找差距!补短板!浅析高温合金全球格局

高温合金是以金属镍、镍-铁及钴为基,在高温下能够承受一定应力且具有抗氧化、耐腐蚀能力的先进结构材料。按照材料的成型方式划分如下图:

高温合金分类

找差距!补短板!浅析高温合金全球格局

图片来源:国家新材料产业发展战略咨询委员会

据中国产业信息网公布数据显示,每年全球高温合金材料的需求量约为28万吨,其中航空航天领域的需求约占55%,而电力、机械、冶金、汽车、石油石化等民用领域的需求总量约占45%。我国民用高温合金需求约占总需求量的20%。与全球水平相比,我国民用高温合金需求量仍有提升空间。以下为全球高温合金材料的市场应用比例分布图:

找差距!补短板!浅析高温合金全球格局

全球高温合金材料市场应用比例分布图

国内外进展情况

全球格局

从全球范围来看,国外高温合金的总体产业规模较大,其中美国年产量超过10万吨,日本约为5万吨,德国约为5万吨。欧美等发达国家高温合金牌号仍有持续创新,但整体趋于一材多用。通常美国在航空发动机和燃气轮机中应用的高温合金牌号约20种,其中Inconel718合金产量约占一半以上。国家新材料产业发展战略咨询委员会分析师称,“我国高温合金材料产业处于'多品种、小批量、低质量、高成本'的发展现状。我国已研究开发的高温合金牌号多达200余种,但每种牌号的批量都较小,绝大部分合金的年产量只有几十吨”。

国外进展

20世纪初,欧美等发达国家开始研究高温合金;20世纪80~90年代,发达国家主要追求航空航天发动机、舰船和地面燃气轮机用高温合金的高性能研究;近十几年,发达国家则重点转向低成本和稳定化生产方向发展。国外已建立了完善的高温合金工艺、性能体系、过程控制及选材标准,因此高温合金材料的成本低、质量高且稳定性较好。

国内进展

我国高温合金的研究始于1956年,目前已形成了生产装备比较先进、具有一定规模的生产基地。我国已经具备了高温合金新材料、新工艺自主研发的能力,可以解决航空航天及其他工业部门生产过程中遇到的一系列高温合金材料问题。

在变形高温合金领域,我国主要的产品GH4169的应用不断扩大,盘件的尺寸也进一步增大;在铸造高温合金领域,我国三代单晶合金性能与国外相当,已试制出复杂结构叶片样件;在末高温合金领域,我国FGH96合金挡板和FGH97合金盘件已在某些型号发动机上得到应用。

现状分析及发展建议

现状分析

与发达国家的技术水平相比,国内高温合金的技术与产业发展主要存在以下几个方面的问题:

(1)我国高温合金的牌号众多且年产量较低。我国已研发的高温合金牌号多达200余种,但每种牌号的年产量较小,且合金牌号繁杂,不易形成产业化规模优势。

(2)我国高温合金的生产质量不佳,且产品稳定性较差。即便我国用量最大的高温合金也存在这样的问题。我国高温合金的质量稳定性距美国同类产品仍有较大差距。

(3)我国航空发动机在设计选材上多以仿制为主,缺乏对单晶高温合金材料系统性、自主性的研究开发。

发展建议

为满足新一代航空发动机或其他应用领域的研发需求,按照“一代材料、一代装备”的发展模式,我国在高温合金领域应重点发展以下几个方面:

(1)变形高温合金材料方面,我国需解决关键材料过度依赖国外进口的问题。

(2)铸造高温合金材料方面,我国需开展高温合金材料的研制工作。

(3)粉末高温合金材料方面,我国需开展研究工作,有效解决涡轮盘中夹杂物尺寸过大的问题。


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