中國高溫合金市場規模、高溫合金產量、消費量、高溫合金在航空航天的需求及全球高溫合金市場發展趨勢分析

一、概況

高溫合金是可以在600℃以上的高溫環境中長期工作的材料，其主要特性有三點：1）、在高溫下可以保持一定的強度和韌性；2）性能穩定，耐腐蝕，抗氧化；3）金屬熱膨脹系數小。

按照主要成分，高溫合金可以分為鐵基、鎳基和鈷基。鐵基高溫合金的最高工作溫度較低（最高800℃），而鈷價格太高（最高使用溫度1100℃），所以目前鎳基高溫合金的應用最廣（最高使用溫度1150℃）。

按照加工和生產工藝，高溫合金又可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、新型高溫合金。變形高溫合金可進行熱冷變形加工，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能。鑄造高溫合金是可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金，新型高溫合金包括粉末高溫合金、ODS合金、金屬間化合物、高溫金屬自潤滑材料等品種。

二、現狀

高溫合金廣泛應用于航空航天產業、電力、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業領域，航空航天和電力是高溫合金的主要下游（超過70%）。除航空發動機、艦船燃氣輪機外，高溫合金還廣泛應用于航天發動機、燃氣發電輪機、汽車渦輪增壓、核電、石油化工、冶金、紡織、玻璃制造等眾多民用領域。

高溫合金從誕生起就用于航空發動機，在現代航空發動機中，高溫合金材料的用量占發動機總重量的40%～60%，主要用于四大熱端部件：燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤，此外，還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。發動機的進步主要決定于其推重比指標，而要使航空燃氣渦輪發動機在尺寸小、重量輕的情況下獲得高性能，主要的措施是采用更高的燃氣溫度。渦輪進口溫度每提高100℃，航空發動機的推重比能提高10％左右。目前，國外現役最先進第四代推重比10一級發動機的渦輪進口平均溫度已經達到了1600℃左右，預計未來新一代戰斗機發動機的渦輪進口溫度有望達到1800℃左右。

燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途，輕型燃氣輪機分主要用于電力調峰、船舶動力。重型燃氣輪機為工業型燃機主要用于聯合循環發電、熱電聯產。燃氣輪機噴射到葉輪上的氣體溫度高達1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來制造。目前我國每年花費在進口渦輪葉片備件上就達上億美元。國內燃氣輪機發展前景為高溫合金的使用提供了巨大的空間。

目前國內從事高溫合金研究生產企業主要有兩類，一類是特鋼企業，目前僅有撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼三家擁有高溫合金產能及產量，這也是是我國軍工用鋼老牌三大巨頭。三家均以變形高溫合金為主要產品，特點是依托生產設備齊全、擁有大規模熔煉能力的優勢，提供大規模基礎產品。另一類是研究院轉型企業，要包括鋼研總院（鋼研高納）、北京航空材料研究院、中科院金屬研究所（中科三耐）。科研機構其研究實力，以制造難度更大的鑄造高溫合金、新型高溫合金為主，主要供應航空航天、海軍等軍工領域需求。

國內從事高溫合金的三家企業，中科院沈陽金屬所主要偏向于基礎理論研究，產業化能力有限。中航工業北京航空材料研究院在鑄造單晶方面，實力較強，但在變形高溫合金及粉末合金方面鋼研高納有其獨到之處，在國外高溫合金中70~85%比重是變形合金。公司在國內高溫合金材料供應領域具有較強優勢。

2012-2018年，隨著航空航天設備的更新需求以及國產化需求、火電行業技術更新以及石油深入勘探技術的推廣，均進一步刺激了高溫合金市場的需求。

2012-2018年，全球高溫合金市場呈現出逐年上升的趨勢。2018年，全球高溫合金市場規模為121.63億美元，較上期同比增長4.8%。

隨著我國發展自主研制的更高性能航空航天發動機，高溫合金材料在供應上存在無法滿足應用需求的情況，還需要我國高溫合金企業著力提高研發能力和裝備水平，提高供應更高性能高溫合金材料的實力。

航空航天發動機和燃氣輪機占高溫合金需求80%以上，隨著航空航天發動機和燃氣輪機國產化加速，我國對高檔高溫合金的需求將會出現持續快速增長。

航空航天發動機：太行發動機可靠性和穩定性基本成熟，第三代戰斗機發動機有望實現完全國產化我國從上世紀60年代開始發展國產航空發動機，歷經坎坷，已經從最早的渦噴-5、渦噴-14“昆侖”發動機，到仿制的渦扇9（秦嶺）發動機，發展到目前的渦扇10（太行）發動機，取得了巨大的進步。渦扇發動機是在渦噴發動機基礎上發展而成，現在多數飛機采用渦扇作為動力來源。

2018年11月，第十二屆珠海國際航展上，殲10B矢量驗證機表演了“眼鏡蛇機動”、“J-Turn機動”、“落葉飄”等機動動作，其中發動機是渦扇10B發動機的矢量推力版，這進一步說明我國太行發動機可靠性和穩定性已經基本成熟。第三大戰斗機J10，由于是單發動力，以前基本上是安裝俄羅斯航空發動機。隨著太行發動機的成熟，第三代戰機航空發動機逐步實現完全國產化，實現進口替代。

三、燃氣輪機

艦船動力裝置主要有：蒸汽動力裝置、柴油機動力裝置、核動力裝置、燃氣動力裝置和聯合動力裝置。前兩種裝置發展得比較早，廣泛應用于各類艦船，后面三種，系近十多年來迅速發展起來的新型動力裝置。艦船燃氣輪機動力裝置是指以燃氣輪機為主機的全燃化動力裝置。它自五十年代末期起，尤其是六十年代中期以來，已得到了極其廣泛的應用。功率總數日益增長，裝艦使用范圍日益擴大，已由快艇發展到了護衛艦、導彈驅逐艦、巡洋艦和直升機航空母艦等。

燃氣輪機獨有的三大特性使其非常適用于軍艦動力系統。第一是功率密度極大。同等功率的燃機體積是柴油機的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機的五分之一到十分之一左右。非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點。第二是啟動速度快。而柴油機由于轉子運動源于活塞的往復，加速較慢，蒸汽輪機更是“反應遲鈍”，整個系統達到最高功率輸出可能需要長達一小時的時間。而啟動速度，對于軍艦的戰時出動和反潛作戰時加減速性能有著直接的影響。第三是噪聲低頻分量低。由于燃氣輪機本身處于高速穩定轉動當中，產生的噪聲更多是高頻嘯聲。而柴油機的活塞往復產生了大量低頻機械振動噪聲，恰好迎合了海洋容易傳播低頻噪聲的特點，導致軍艦容易被敵方聲納探測。因此老牌海軍強國如美國海軍、英國海軍、日本海上自衛隊的主力水面作戰艦只早已完成動力燃氣輪機化。

燃氣輪機技術與航空發動機同源，絕大多數燃機是由某型航空燃機作為母型機改型而來，世界著名的艦用燃機LM2500燃氣輪機衍生自美國GE公司的GE9。中國雖然發展船用燃氣輪機較早，但是由于技術基礎不足，因此研制過程一直比較困難，到本世紀初還沒有實用的國產燃氣輪機。中國052型驅逐艦采用的是引進的美國LM-2500型燃氣輪機，由于美國此后對中國實行武器禁運，中國引進燃氣輪機的渠道中斷。由于燃氣輪機的技術瓶頸，直接導致了國產驅逐艦建造的停滯，在2005至2010年間幾乎沒有新的驅逐艦下水。

我國在本世紀初從烏克蘭引進了UGT25000型燃氣輪機，用于建造052B/C驅逐艦。該發動機是前蘇聯研制的第四代艦用燃氣輪機，1990年完成研制。據相關資料，UGT-25000燃氣輪機采用9級高壓風扇、9級低奪風扇，1級高壓渦輪和1級低壓渦輪，功率25000KW，燃料初溫1250度，機組重量14噸，壽命60000小時，首翻壽命20000小時，系統采用模塊式結構，維護性較好。我國成功實現了UGT-25000國產化以后，進行了嚴格的測試，為國產驅逐艦的批量生產掃清最關鍵的障礙。

目前，國際市場上每年消費高溫合金材料近30余萬噸，被廣泛應用于各個領域。2018年，全球高溫合金市場規模為121.63億美元，較上期同比增長26.98%;美國、歐洲的高溫合金市場已經較為成熟，未來的市場增量主要來源于中國，目前中國高溫合金市場規模年增速保持在20-3