找差距!補短板!淺析高溫合金全球格局

高溫合金是以金屬鎳、鎳-鐵及鈷為基,在高溫下能夠承受一定應力且具有抗氧化、耐腐蝕能力的先進結構材料。按照材料的成型方式劃分如下圖:

高溫合金分類

找差距!補短板!淺析高溫合金全球格局

圖片來源:國家新材料產業發展戰略諮詢委員會

據中國產業信息網公佈數據顯示,每年全球高溫合金材料的需求量約為28萬噸,其中航空航天領域的需求約佔55%,而電力、機械、冶金、汽車、石油石化等民用領域的需求總量約佔45%。我國民用高溫合金需求約佔總需求量的20%。與全球水平相比,我國民用高溫合金需求量仍有提升空間。以下為全球高溫合金材料的市場應用比例分佈圖:

找差距!補短板!淺析高溫合金全球格局

全球高溫合金材料市場應用比例分佈圖

國內外進展情況

全球格局

從全球範圍來看,國外高溫合金的總體產業規模較大,其中美國年產量超過10萬噸,日本約為5萬噸,德國約為5萬噸。歐美等發達國家高溫合金牌號仍有持續創新,但整體趨於一材多用。通常美國在航空發動機和燃氣輪機中應用的高溫合金牌號約20種,其中Inconel718合金產量約佔一半以上。國家新材料產業發展戰略諮詢委員會分析師稱,“我國高溫合金材料產業處於'多品種、小批量、低質量、高成本'的發展現狀。我國已研究開發的高溫合金牌號多達200餘種,但每種牌號的批量都較小,絕大部分合金的年產量只有幾十噸”。

國外進展

20世紀初,歐美等發達國家開始研究高溫合金;20世紀80~90年代,發達國家主要追求航空航天發動機、艦船和地面燃氣輪機用高溫合金的高性能研究;近十幾年,發達國家則重點轉向低成本和穩定化生產方向發展。國外已建立了完善的高溫合金工藝、性能體系、過程控制及選材標準,因此高溫合金材料的成本低、質量高且穩定性較好。

國內進展

我國高溫合金的研究始於1956年,目前已形成了生產裝備比較先進、具有一定規模的生產基地。我國已經具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發的能力,可以解決航空航天及其他工業部門生產過程中遇到的一系列高溫合金材料問題。

在變形高溫合金領域,我國主要的產品GH4169的應用不斷擴大,盤件的尺寸也進一步增大;在鑄造高溫合金領域,我國三代單晶合金性能與國外相當,已試製出複雜結構葉片樣件;在末高溫合金領域,我國FGH96合金擋板和FGH97合金盤件已在某些型號發動機上得到應用。

現狀分析及發展建議

現狀分析

與發達國家的技術水平相比,國內高溫合金的技術與產業發展主要存在以下幾個方面的問題:

(1)我國高溫合金的牌號眾多且年產量較低。我國已研發的高溫合金牌號多達200餘種,但每種牌號的年產量較小,且合金牌號繁雜,不易形成產業化規模優勢。

(2)我國高溫合金的生產質量不佳,且產品穩定性較差。即便我國用量最大的高溫合金也存在這樣的問題。我國高溫合金的質量穩定性距美國同類產品仍有較大差距。

(3)我國航空發動機在設計選材上多以仿製為主,缺乏對單晶高溫合金材料系統性、自主性的研究開發。

發展建議

為滿足新一代航空發動機或其他應用領域的研發需求,按照“一代材料、一代裝備”的發展模式,我國在高溫合金領域應重點發展以下幾個方面:

(1)變形高溫合金材料方面,我國需解決關鍵材料過度依賴國外進口的問題。

(2)鑄造高溫合金材料方面,我國需開展高溫合金材料的研製工作。

(3)粉末高溫合金材料方面,我國需開展研究工作,有效解決渦輪盤中夾雜物尺寸過大的問題。


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