高溫（wēn）合金是指在760--1500℃以上及一定應力（lì）條件下長期（qī）工作的高（gāo）溫金（jīn）屬（shǔ）材料，具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良（liáng）好的（de）疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已成為（wéi）軍民用燃氣渦輪發動機熱端部（bù）件不（bú）可替代的關鍵材料。

高溫合金

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高溫合金的分類

高溫合金可以根據材料成型方式、基體元素種類、合金強化類型等（děng）來劃分：

 

1、根（gēn）據材料成型方式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合金等）、粉末冶（yě）金高溫合金（包含普通粉末冶（yě）金高溫合金和（hé）氧化物彌散強化高溫合金ODS）；

2、根據基（jī）體元素種（zhǒng）類，高溫合金可（kě）以分為鐵基、鎳基、鈷基等；

 

3、根據合金強化類型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉澱強化合金。

 

高（gāo）溫合金（jīn）

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發展趨（qū）勢

高溫合金發展的趨勢是進一（yī）步提高合金的工作溫度和改善中溫（wēn）或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進入實用階段，定向結晶葉片的綜（zōng）合（hé）性能（néng）將得到改（gǎi）進。

 

此外，有可（kě）能（néng）采用激冷態合金粉（fěn）末製造多層擴散連接的空心葉（yè）片，從而適應（yīng）提高燃氣溫度的需要。就（jiù）導向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧（yǎng）化（huà）物彌散強（qiáng）化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了（le）提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護（hù）塗層材（cái）料和工（gōng）藝也將獲得進一步發展。

太行發動機

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高溫合金的應用

有（yǒu）研究表明，航空發（fā）動機用高溫合金占高溫合金總需求一半以上，此外還廣泛應用於電力、汽車、機械等行業中。

 

1、航空發動機

 

航空發動（dòng）機被稱為“工業之（zhī）花”，是航空（kōng）工業中技術含量最高、難度最大的部（bù）件之一。作為飛機（jī）動力裝置的航空發動（dòng）機，特（tè）別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐（nài）腐（fǔ）蝕（shí）等性能（néng），這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

 

航空發動機的技術進步與高溫合金的發展密切相（xiàng）關，高溫合金是推動航空發動機發展的最為關鍵的結構材料。軍用航空發動機（jī）通常可以用其推重（chóng）比（推力/重量）綜合地評定發動機的水平（píng）。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的（de）燃氣（qì）溫度。因此高溫合金材料的性能和選擇是決（jué）定航空發動機性能的關鍵因素。隨著航空裝（zhuāng）備的不斷升級，對航空發動機推重的要求比不斷提高，發動（dòng）機對高性（xìng）能高溫合金材料的依賴越來越大。

 

在現代先進的航空發動機中，高溫合金材料用（yòng）量占發動機總量（liàng）的40%-60%。在航空發動機上，高溫合（hé）金主要用於燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用於機匣、環件、加力燃（rán）燒（shāo）室和尾噴口等部件。

 

2、航天發動機

 

航天發（fā）動機中（zhōng）的特殊工作（zuò）環境要求其使（shǐ）用材料必須受高溫（wēn）、高壓、高的溫度梯度變化、高動態載荷的考驗，因此對材料的綜合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（dāng）大的比重，在發動（dòng）機中（zhōng）的應用比比例接近總重量的一半，高溫合金材料技（jì）術的發展直接影響航天發動機研製水平。

 

航（háng）天發動（dòng）機用高溫合金原則上（shàng）都可以采用（yòng）航空發動機用高溫合（hé）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）環境要求。由於高溫合金精密鑄造工藝限製，過去形狀極（jí）其複雜的（de）結構件在航天（tiān）發動機上一直沒有真正加以應（yīng）用。隨著工藝（yì）的進步，航天發動機上的許多關鍵熱部件都（dōu）采用了無餘量整體精密鑄造（zào）高溫合金精鑄件，簡（jiǎn）化了發動機結（jié）構（gòu），降低發動機重（chóng）量，減少了焊接部分，縮短研（yán）製（zhì）和生產周（zhōu）期，降低研製和生產成本，提高（gāo）發動機可靠性。隨（suí）著航天發動機技術的（de）進步，航（háng）天發（fā）動機用高溫合金逐漸呈（chéng）現出複雜化、薄壁化（huà）、複合化、多位一體（tǐ）、無餘量的趨勢。典型的有渦輪（lún）轉子、導向器、泵殼體等。

 

我國的“長征”係（xì）列火（huǒ）箭以及“神舟”係列飛船，發動（dòng）機的核心部分（fèn）都（dōu）采用了高溫合金（jīn）材（cái）料。目前，航天領域使用的液氧煤油和液氧液氫航天運載發動機、小型渦噴渦扇（shàn）發動機已經定型，並開始批量生產，國內對航天（tiān）用高溫合金母合金和精鑄件的需求也（yě）在不斷（duàn）增長，進入一個新的增（zēng）長期。

 

高溫合金

3、民用工業高溫合金（jīn）的應用

 

隨著工業化的推進，工業向（xiàng）高端、大型（xíng）化發展（zhǎn），高溫合金在（zài）民用工業中的需求也（yě）日益增長。高溫合金也是艦船、火車、汽（qì）車渦輪增壓（yā）器（qì）葉片及各類工業燃機葉片（piàn）的優選材料；鐵路（lù）運輸（shū）的高速化、造船業的高品質要求（qiú）（特別是出口造船）、艦艇動力的高效要求、工業燃機應用的高速發展等急需高性能的高溫（wēn）合金母合金。目前，國內民用工業（yè）高溫合（hé）金占高溫合金總需求的20%，而美國50%的高溫合金應用（yòng）於（yú）民用工業領域。

 

4、核電與其它領域的高溫合金應用

 

核電工業使用的（de）高溫合金包（bāo）括：燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格架（jià），高溫氣體爐熱（rè）交換器等（děng），均是其他材料難以代替的。例如，燃（rán）料元件包殼管的管壁在工作時需承受600-800℃的高溫，需要較（jiào）高的蠕變強度，因此（cǐ）大量采用高溫（wēn）合金材料。

 

高（gāo）溫合金材（cái）料在玻璃製造、冶金、醫療器（qì）械等領域也有著廣泛的用途。在玻璃工業中應用的高（gāo）溫（wēn）合金零件多達十幾種，如：生產玻璃棉的離心頭和火（huǒ）焰噴吹坩堝，平板玻璃生產用的轉向輥拉（lā）管機大軸、端頭（tóu）和通氣管、玻璃爐窯的料道（dào）、閘板、馬弗套（tào）、料碗和電極棒等。冶金工業的軋鋼廠（chǎng）加熱爐的墊塊、線材連軋導板和高溫爐熱電偶保護（hù）套管等。醫療（liáo）器械領域（yù）的人工關節等。

 

高溫（wēn）合金生產用關鍵設備 真（zhēn）空爐

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國內（nèi）高溫合金（jīn）市場情況

高溫合金行業的細分領域和主要參與（yǔ）者：

 

在潛在競（jìng）爭者方麵，高（gāo）溫合（hé）金行業的高壁（bì）壘特性使試圖進入這個行業的企業（yè）望而卻步。

 

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高溫合金（jīn）下遊市場分（fèn）析

1、軍（jun1）用（yòng）航空發動（dòng）機

 

根據美國國防部預測的數（shù）據，預計未來20年中國戰鬥機新增量將（jiāng）達到1430架、軍用（yòng）大飛（fēi）機（jī）1500架、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）的維護和（hé）修理折（shé）算成（chéng）發動機所需數量為2000台，對應的高（gāo）溫合金需求量達到1萬噸左右。因此軍用領域對高溫（wēn）合金的需求將達到6.7萬噸。

 

未來（lái）20年我國軍用機領域對高溫合金需（xū）求預測

2、燃氣（qì）輪機領域

 

燃氣輪機是高溫（wēn）合金的（de）另一個主要用（yòng）途，其結構及原理（lǐ）與航空發動機類似。由於燃氣輪機噴射到葉輪（lún）上的氣體溫度高達1300℃，因此葉（yè）輪需要用高溫合金來製造。

 

我（wǒ）國目（mù）前大約隻有10艘主力艦（jiàn）艇使用（yòng）燃氣（qì）機。未來，我國海軍有望形成3大近海艦隊和（hé）若幹航母編隊的作戰體（tǐ）係，預計將新增（zēng）驅逐艦及護衛艦97 艘左右，中小型艦艇（tǐng）200艘左右，預計對高溫合金（jīn）的需（xū）求量約為3.3萬噸左右。

 

我國艦船（chuán）燃氣輪機對高溫合金需求預（yù）測

3、汽車渦輪增壓器

 

2015年我國新售乘用車中渦輪增壓的配置率在31%左右，預計（jì）到（dào）2020年，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200億元。

2015-2025年我國（guó）汽車渦輪增（zēng）壓器高溫合金需求預測

4、核電領域

 

核電用高（gāo）溫合金包括：燃料元件包（bāo）殼材料、結構材料和燃料棒定位（wèi）格架，高溫氣體（tǐ）爐熱交換（huàn）器（qì）等，均是其他（tā）材（cái）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（wǒ）國核電裝機容量新增2300千（qiān）瓦，在建1800萬千瓦。對（duì）應高溫合金需（xū）求6000噸，價值24億元。

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