国内高温合金发展空间、行业壁垒及政策背景分析

最佳答案 匿名用户编辑于2023/12/06 15:31

国内高温合金发展水平仍有提升空间。

我国高温合金目前正在快速发展,技术逐步处于领先地位。铸造高温合金方面, 我国已攻破高温合金整体机匣铸造、高温透平叶片铸造和单晶空心叶片铸造等技术; 变形高温合金方面,国内开发了燃气涡轮盘电渣重熔连续定向凝固冶炼+3D 锻造制坯 +等温锻造、燃气涡轮盘增材制造等先进技术;粉末高温合金方面,我国已成功研制 出第一代高强型和第二代损伤容限型粉末高温合金,正在研制高强损伤容限型第三代 粉末高温合金。

尽管国内高温合金发展速度较快,但与欧美等国相比,仍有很多提升空间,包括 研究水平、设备能力、工艺技术和生产管理方面:

研究水平:以单晶叶片为例,我国针对定向凝固过程中复合模壳与合金液间的界面反应以及 组织影响研究并不充分;对单晶空心涡轮叶片的微观组织及晶体生长研究多集中在叶 片凸台位置的凝固特征研究,并未结合单晶空心叶片结构特征对其微观组织及晶体生 长规律进行系统研究;对组织缺陷研究不够充分,导致铸造缺陷较多,成品率较低。

设备能力:目前我国大部分高温合金企业熔炼设备为 20t 以下,现有最大的真空感应炉和真 空电弧炉为抚顺特钢 2022 年新投产的 30t 真空感应炉和 30t 真空电弧炉,而 20 世 纪末美国已有 60t 的真空感应炉,世界上最大的工业真空电弧炉容量已达 200t;我 国真空电弧炉自产设备在自动控制软件、精密称重系统等方面偏弱,因此多从德国 ALD 公司或美国 CONSAC 公司等国外公司进口设备。

工艺技术:我国高温合金母合金熔炼过程中会产生数量较多、尺寸较大的非金属夹杂物,高 温合金组织、性能存在分散性,纯净度尚无法达到国外水平,致使国内粉末盘整体质 量与美国存在差距;我国合金棒材在冷拔变形、冷轧变形等变形工艺过程中,由于高 温力学性能差,易开裂,导致产品成材率低;我国精密铸造陶瓷模壳体系仍沿用高温 合金等轴晶或柱状晶制备工艺,缺乏承温更高的单晶合金复合陶瓷模壳的设计。

生产管理:我国高温合金棒材、环件零件加工过程中存在材料切除率高、利用率低,资源浪 费严重的问题,尤其是机匣等零件材料利用率不足 10%,导致原材料成本高,产品价 格居高不下,而国外高温合金薄壁环材料利用率可达 25%~30%;我国高温合金返回料 多采用降级使用,其中众多具有高回收价值的稀有金属被浪费,而美国早在上世纪末, 已经能将高温合金返回料的 70%实现同级使用。

高温合金材料属于先进金属材料,主要用于航空航天等国防军工重点领域,因此 行业壁垒较高,具体可归纳为技术壁垒、生产组织能力壁垒、资金壁垒、市场先入壁 垒和行业准入壁垒。

技术壁垒:高温合金工艺较为复杂,特种冶炼、精密铸造、锻造、焊接等工序需要技术积淀 和不断的技术创新,特别是航空航天高温合金材料及制品领域对于质量可靠性、性能 稳定性、产品外观尺寸精确性等方面都有着非常苛刻的要求。如果没有相应的技术储 备和研发实力,一般企业很难进入高温合金生产领域。

生产组织能力壁垒:高温合金生产工序复杂、加工周期长,且往往具有多品种、小批量的生产特点, 要获得高质量的产品,需要对整个生产过程进行精细化管理,这对企业的人员配置、 生产组织、工序管理能力都提出了较高的要求。

资金壁垒:高温合金技术的不断进步对企业的生产设备提出了更高的要求。企业需投入较高 成本购置先进生产设备,从而提升工艺水平以达到客户需求。同时,高温合金产品的 研发也需要持续的资金投入,而新产品的认证周期相对较长,这也对企业的流动资金 提出了要求。

市场先入壁垒:航空航天动力系统对高温合金产品的性能和质量要求较高,用户对供应商选择有 严格的评定程序,供应商的变更存在较高的技术风险和不确定因素。因此,在产品质 量稳定的前提下,用户在选定合格供应商后通常不会轻易更换。

行业准入壁垒:国家对武器装备科研生产活动实行许可管理,未取得许可不得从事相应生产活动。 从事军品相关生产活动必须通过严格审查并取得军工资质。另外,在民用航空发动机、 核电装备等领域,也各自存在相应的资质认证管理体系,生产厂家需要通过获得相关 行业准入资质和认证,方能进入这些市场。

两机”专项政策推动行业发展。“两机”专项政策加速航发国产化进程,助力上游高温合金发展。2015 年工信 部启动“两机”(航空发动机与燃气轮机)重大专项,将我国航空发动机和燃气轮机 自主创新的基础研究、技术、产品研发和产业体系的建立提升到了国家战略发展层面。 “两机”专项投资规模已超千亿元,带动上游产业较大市场需求。高温合金占“两机” 总重量的 40%~60%,是热端部件的主要材料,预计受益于“两机”专项,高温合金有 望具有较大成长空间。

更多行业政策跟进,产业发展势头可期。自“两机”专项实施后,国家出台大量 推动高温合金自主创新研究的政策,并将高温合金作为国家战略性资源重点关注。《中 国制造 2025》重点实施五大工程中有三大工程涉及高温合金,关注的十大领域中,航 空航天装备、电力设备及新材料三大领域涉及到高温合金。随着国防现代化建设步伐 的加快,以及“制造强国”战略计划地位的不断提升,高温合金产业或将充分享受政 策红利,生产企业也有望迎来更好的发展机遇。

近年来,我国国防预算保持稳步增长,从 2010 年的 0.53 万亿元增长到 2022 年 的 1.45 万亿元,12 年 CAGR 为 8.7%,增长速度较快;2018 年,国防预算支出同比增 速达到 12 年来最低,约 6.0%,之后四年又重新呈现上升趋势,2022 年同比增速上升 到 7.1%。