高溫（wēn）合金是指在760--1500℃以上及一定應力條件下（xià）長期工作的高溫金屬材料，具有優異的高溫強度，良（liáng）好的抗氧（yǎng）化和抗熱腐蝕性（xìng）能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合（hé）性能，已成為軍民用燃氣渦輪（lún）發動機熱端部件不可替代的關（guān）鍵材料。

高（gāo）溫合金

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高溫合金的分類

高溫合金（jīn）可以根據材料成型方式、基體元素種類（lèi）、合金強化類型等來（lái）劃分（fèn）：

 

1、根據（jù）材料成型方式，高溫合金可以分為變形高（gāo）溫合（hé）金、鑄造（zào）高溫合金（包含（hán）普通精密鑄（zhù）造合金（jīn）、定（dìng）向凝固合金、單晶合金等）、粉末冶金高溫合金（包含普通（tōng）粉末冶金高溫合金和氧化物彌散強化高溫合（hé）金ODS）；

2、根（gēn）據基體（tǐ）元素種類，高溫合金可以（yǐ）分（fèn）為鐵基、鎳基（jī）、鈷基等（děng）；

 

3、根據（jù）合金強化類型（xíng），高溫合金可以分為固溶強化（huà）型高溫合金和時效沉澱（diàn）強化合金（jīn）。

 

高（gāo）溫合金

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發展趨勢

高溫合金發展的趨勢是進一步提高合金的（de）工作溫度和改善中溫或高溫（wēn）下（xià）承受（shòu）各種載荷的能力，延長合金壽命（mìng）。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進入實用階段，定向（xiàng）結晶葉片的綜合性能將得到改進（jìn）。

 

此外，有可能采用激冷態合金粉末製造多層擴散連接的空心葉片，從而（ér）適應提高（gāo）燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧（yǎng）化物彌散強化的合金，以大（dà）幅度提高使用溫度。為（wéi）了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防（fáng）護塗層材料和工藝也將獲得進（jìn）一步發展。

太（tài）行發動（dòng）機

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高溫合金的應用（yòng）

有研究表明，航空發動（dòng）機用高溫合（hé）金占高溫合金總需求一（yī）半（bàn）以上，此外（wài）還廣（guǎng）泛（fàn）應用於電力、汽車、機械等行業中。

 

1、航空發動機

 

航空發動機被稱為“工業之花”，是航空工業中技（jì）術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力裝置的航（háng）空發動機，特（tè）別重要的是金（jīn）屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫（wēn）、抗氧（yǎng）化、耐腐蝕等性能，這幾（jǐ）乎是結構（gòu）材料中最高的性能要求。

 

航空發動（dòng）機的技術進步與高溫合金的發展（zhǎn）密切相關，高溫合金是推動航空發動機（jī）發展的最為關鍵的結構材料。軍用（yòng）航空發動機通常可以用其推重比（bǐ）（推力/重量）綜合地評定發動（dòng）機的（de）水平。提高推重比最直（zhí）接和最有效的技（jì）術措施是提（tí）高渦輪前的燃氣溫度（dù）。因此高溫合金材料的（de）性（xìng）能和選擇是（shì）決（jué）定航空發動機性（xìng）能的關鍵因素。隨著（zhe）航空裝備的不斷升級，對航空發動機推重的要求（qiú）比不斷提高，發動機對高性能（néng）高溫合金材料的依賴越來越大。

 

在現代先（xiān）進的航空發動機中，高溫合金材料用量占發動機總（zǒng）量的40%-60%。在航空發動機上，高溫合金主要用於燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大（dà）熱段零部件；此外，還用於機匣、環件、加（jiā）力燃燒室和尾噴口（kǒu）等部件（jiàn）。

 

2、航天發動機（jī）

 

航天發動機中的（de）特殊工作環（huán）境要求其使用材料必（bì）須受高溫、高壓、高的溫度梯度變化、高動（dòng）態載荷的考驗，因此對材料（liào）的綜合（hé）性能和加工性能提出了很高的要求。高溫合金材料已經占據了航天發動機相當大的（de）比重，在發動機中的應（yīng）用比比例（lì）接近總重量的一半，高溫合金材料技術的發展直接影響航天發動機研（yán）製水平。

 

航天發動機（jī）用（yòng）高溫合金原則上都可以采用航空（kōng）發動機用高溫合金，但航天發動機材料除了承受高溫衝擊外，還有低溫（-100℃以下）環境（jìng）要求。由於高溫（wēn）合金精密鑄造工藝限製，過去形狀極其複雜的結（jié）構件在航天發動機上一直沒有真正（zhèng）加以應用。隨著工藝的進步，航天發動機上的許多關鍵熱部件都采用了無餘量整體精密鑄造高（gāo）溫合金精鑄件，簡化了發動機結（jié）構，降低發動（dòng）機（jī）重量，減少了焊接部分，縮短研（yán）製和生產周期，降低（dī）研（yán）製和（hé）生產成本（běn），提高發動機可靠性。隨著航天發動機技術的進步，航天（tiān）發動機用（yòng）高溫合金逐漸呈現出複雜化、薄壁化、複合化、多位一（yī）體、無餘量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導（dǎo）向器、泵殼體等。

 

我（wǒ）國的“長征”係列（liè）火箭以及“神舟”係列飛船，發動機的核（hé）心部分（fèn）都采用了高溫合金材料。目（mù）前，航天領域使用的液氧煤（méi）油和液氧液氫（qīng）航天（tiān）運載發動機、小型渦噴渦（wō）扇發動機（jī）已經定型，並開（kāi）始批量生產，國內對航天用高溫合金母合金和精鑄件的需求也在不（bú）斷增長，進入一個新（xīn）的增長期。

 

高溫合金

3、民用工業（yè）高溫合金的應（yīng）用

 

隨著工業化的推進，工業（yè）向高端、大型化（huà）發展，高溫合金在民用工業中的需（xū）求也日益（yì）增長。高溫（wēn）合金也是艦船、火車、汽車渦（wō）輪增壓器（qì）葉片及各類工業燃機葉片的（de）優選材料；鐵（tiě）路運輸的高速化、造船業的高品質要（yào）求（特別是出口造船）、艦艇動力的高效（xiào）要求、工業燃機應用的高速發展等急需高性能的高溫合（hé）金（jīn）母合金。目前，國內民用工業（yè）高溫合金占高溫合金總需（xū）求的20%，而美國50%的高溫合金應用於民用工業領域。

 

4、核電與其它領域的高溫（wēn）合金應用

 

核（hé）電工業使用的高溫合金包括：燃（rán）料元件包殼材料、結構材料和燃料（liào）棒定位格架（jià），高溫氣體爐熱交換器等，均是其他材料難以代替的。例如，燃料元件包殼管的管壁在工作時需承（chéng）受600-800℃的高溫，需要較高的（de）蠕變強度，因此大量采用高溫合金材料。

 

高溫合（hé）金材料在（zài）玻璃製造、冶金、醫療器械等領域（yù）也有著廣泛的用途。在（zài）玻璃工（gōng）業中應用的高溫合金零件多達十幾種，如：生產玻璃棉（mián）的離心頭和火焰（yàn）噴吹坩堝，平板（bǎn）玻璃生產用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管、玻璃爐窯的料道、閘板、馬弗套（tào）、料碗和電極棒等。冶金（jīn）工業的軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導板（bǎn）和高溫爐熱電偶保護套管等。醫療器械領域的人工關節等。

 

高（gāo）溫合金（jīn）生產用關鍵設備 真空（kōng）爐

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國內高溫合金（jīn）市場情況

高溫合金行業的細分領（lǐng）域和主要參與者：

 

在（zài）潛（qián）在競爭者方麵，高溫合金行業的高壁壘特性使試圖進入這個行業的企業望而卻步。

 

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高溫（wēn）合金下遊市場分析

1、軍用航空發（fā）動機

 

根據美國國防部預測的數據（jù），預計未來20年中國戰鬥機新增量將達到1430架、軍用大飛機1500架（jià）、教練機500架，合計對高溫合金需求量將達到5.7萬噸。另外，現有軍機（jī）的（de）維護和修理折（shé）算成發動機所需數量為2000台，對應的高溫合金需求量達到1萬噸左右。因此軍用領域（yù）對高溫合金的需求將達（dá）到6.7萬噸。

 

未來20年我國軍用機領（lǐng）域對高溫合金需求預測

2、燃氣輪機領域

 

燃氣輪（lún）機是高溫合金的另一個主要用途，其結構及原理與航空發動（dòng）機類似。由於燃氣輪機噴射到葉輪上的氣（qì）體溫度高達1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來製造。

 

我國（guó）目前大約隻有10艘主力艦艇使用燃氣機。未來，我國（guó）海軍有望形成3大近海艦隊和若（ruò）幹航母編隊的作戰（zhàn）體係，預計將新增驅逐艦（jiàn）及護衛艦97 艘左右，中小型艦艇200艘（sōu）左右，預計對高溫合金的（de）需求量約為3.3萬噸（dūn）左右。

 

我國艦船燃氣輪機對高溫合金需求預測

3、汽車渦輪增壓器

 

2015年（nián）我國（guó）新售乘用（yòng）車中渦輪增（zēng）壓的（de）配置率在（zài）31%左右，預計到2020年（nián），我國乘用車渦輪增壓比例將高達47%。渦輪增壓汽車將從2015年的750萬輛增至（zhì）到2025年2300萬輛，期間累計高溫合金總需求10.6萬噸，市值超200億（yì）元。

2015-2025年我國汽車渦輪增壓器高溫合金需求預測

4、核電領域（yù）

 

核電（diàn）用高溫合金包括：燃料元件包（bāo）殼材（cái）料、結構材料和燃料棒定位格架，高溫（wēn）氣體爐熱交換（huàn）器（qì）等，均是其他材料難以代替的。

 

根據鋼研（yán）高納2009 年招股說明書，2010-2020 十年間我國核電裝機容量新增2300千瓦，在建1800萬千瓦。對（duì）應高溫合金（jīn）需求6000噸，價（jià）值24億（yì）元。

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