高温合金分类与需求情况如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2025/09/26 10:41

先进航发基石,以镍基合金为主。

高温合金通常是指能在 600-1,200℃的高温下抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变,并能在较高的机 械应力作用下长期工作的合金材料,在航空航天、石油化工、核电等众多领域应用广泛。 高温合金按其成形方式可分为变形高温合金、铸造高温合金以及粉末冶金高温合金;按其 基体成分主要分为铁基、镍基、钴基,其中以镍基高温合金的应用最为广泛。

高温合金按其成形方式分类:变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金。在航空发动 机上,高温合金主要用于燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘以及机匣等热端零部件。燃烧室所采 用的高温合金主要为变形高温合金,国内的主要有 GH4169 和 GH141。涡轮叶片包括导 向叶片和工作叶片,我国的涡轮叶片最初的叶片材料采用的是变形高温合金,后来为了满 足生产工艺的要求,涡轮叶片采用了等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金、单晶 高温合金、金属间化合物基高温合金等新材料逐渐被研制出来并用于制造我国多个型号的 航空发动机涡轮叶片。

高温合金按其基体成分主要分为铁基、镍基、钴基。镍基高温合金是我国产量最多、使用 量最大的一种高温合金,常用于舰船、石油化工、航空航天、冶金等工业领域。镍基高温 合金是以 Ni 为基体,在 650~1000℃高温范围内拥有较高的强度及优异的耐腐蚀、抗氧 化性能的高温合金。镍基高温合金在整个高温合金领域内具有举足轻重的地位,常用于制 造涡轮盘、燃烧室、涡轮叶片、导向叶片等燃气轮机和航空喷气发动机的热端零件,因而 受到广泛关注。根据 Rolls-RoyceTrent800 航空发动机的材料分布情况,镍基高温合金材 料用量占发动机总量的 40wt%~60wt%。

镍基高温合金先后经历了由变形、铸造、定向凝固至单晶的演变,每一次成型技术的革新 都使得高温合金的承温能力呈现跳跃式上升。自 20 世纪 40 年代初至 90 年代末期,镍基 高温合金的服役温度以每年提高约 10℃的速度从最初的 700℃提升至 1100℃。

目前我国高温合金主要应用于航空、航天、舰船、核电等领域,军用高温合金占比达 80%, 石油化工、电力等民用领域应用有较大提升空间。总体而言,我国高温合金产量较应用端 需求仍具有较大缺口。

航空发动机的制造对于高温合金材料有着刚性需求,高温合金材料的应用需求主要来自于 航空领域,航空领域应用需求的增长及装备建设的加快推进将为我国高温合金材料创造广 阔的发展前景。在军用航空领域,据英国《World Air Force 2025》报告,我国 2024 年军 用飞机数量达 3309 架,总量落后于美国和俄罗斯,居全球第三位,由于当前我国军机保 有量仍与美国存在较大差距,随着我国国防和军队现代化建设深入推进,军用航空装备将 得到持续稳步发展。

在民用航空领域,根据波音公司预测,2025-2044 年,中国需要新增民航飞机 5,330 架, 2044 年将达到 9755 架(支线客机 395 架、窄体机 7120 架、宽体机 1550 架、货机 690 架),目前我国商用航空发动机仍主要依赖进口,随着国产民航飞机项目稳步推进以及商 用航空发动机国产替代进程加快,将带动对高温合金的需求。航空领域应用需求的增长及 装备建设的加快推进将为我国高温合金材料创造广阔的发展前景。

在航天领域,高温合金是火箭发动机核心部件燃烧室和涡轮泵等的关键用材。根据《中国 航天科技活动蓝皮书(2023 年)》,2023 年中国航天发射次数达 67 次,2024 年预计发射 次数将达到 100 次左右。近年来,我国航天产业始终保持着自主发展的良好态势,一系列 重大航天项目持续推进,我国航天领域整体实力得到大幅提升,高温合金作为航天领域不 可或缺的关键材料,其需求量也随之增加。 燃烧室是燃气轮机的核心部件之一,工作中承受高温,主要采用镍基高温合金进行制造。 燃烧室作为燃气轮机的核心部件之一,要在受限空间及高压环境中承受超过金属熔点的高 温燃气;此外,燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域,工作环境需要承受高硫 燃气和海水盐分的腐蚀,设备热端部件材料必须使用具有耐高温、较高蠕变强度的高温合 金材料,目前国内外主要采用镍基高温合金进行制造。

 

燃气轮机的换代伴随着高温合金的升级。目前世界发达国家燃气轮机燃烧室用高温合金已 经跨越了四代。第一代为 AISI309 奥氏体不锈钢(0Cr23Ni13)于 1950 年被美国 GE 公 司使用,可承受 980℃以下反复加热工况。第二代以 Hastelloy-X 为代表的固溶强化镍基 高温合金,1960 年被 GE、西门子、三菱重工等公司选作燃烧室用材料,至今仍在沿用。 第三代以 Haynes188 合金为代表的固溶强化型钴基高温合金,适用于 980℃以下要求高 强度、高温抗氧化的部件。第四代合金是以 Nimonic263 为代表的时效强化镍基高温合金, 多用于燃烧室过渡段。随着我国产燃气轮机的研发替代,燃气轮机对高温合金材料将保持 较高的需求。

因此,总体看,从需求和产量差异角度来看,我国高温合金仍具有较大缺口,存在一定的 进口依存度。根据上大股份招股说明书,我国高温合金需求量迅速增长,从 2017 年的 30,000 吨增至 2022 年的 70,000 吨,年均复合增长率为 18.47%。产量方面,我国高温合 金产量从 2017 年的 18,800 吨增至 2022 年的 42,000 吨,年均复合增长率为 17.44%。从 需求和产量差异角度来看,我国高温合金仍具有较大缺口,存在一定的进口依存度,公司 作为国内少数能同时批量化生产变形高温合金、铸造高温合金(母合金、精密铸件)产品 的企业之一,将有望受益。