2017年中国高温合金材料行业发展趋势及市场前景预测分析

　　高温合金是可以在600℃以上的高温环境中长期工作的材料，其主要特性有三点：1，在高温下可以保持一定的强度和韧性；2，性能稳定，耐腐蚀，抗氧化；3，金属热膨胀系数小。
按照主要成分，高温合金可以分为铁基、镍基和钴基。铁基高温合金的最高工作温度较低（最高800℃），而钴价格太高（最高使用温度1100℃），所以目前镍基高温合金的应用最广（最高使用温度1150℃）。

　　按照加工和生产工艺，高温合金又可以分为变形高温合金、铸造高温合金、新型高温合金。变形高温合金可进行热冷变形加工，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能。铸造高温合金是可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金，新型高温合金包括粉末高温合金、ODS合金、金属间化合物、高温金属自润滑材料等品种。

高温合金简介

资料来源：公开资料整理

　　高温合金广泛应用于航空航天产业、电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，航空航天和电力是高温合金的主要下游（超过70%）。除航空发动机、舰船燃气轮机外，高温合金还广泛应用于航天发动机、燃气发电轮机、汽车涡轮增压、核电、石油化工、冶金、纺织、玻璃制造等众多民用领域。

高温合金在众多领域发挥着不可替代的关键作用

资料来源：公开资料整理

　　高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%～60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。发动机的进步主要决定于其推重比指标，而要使航空燃气涡轮发动机在尺寸小、重量轻的情况下获得高性能，主要的措施是采用更高的燃气温度。涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能提高10％左右。目前，国外现役最先进第四代推重比10 一级发动机的涡轮进口平均温度已经达到了1600℃左右，预计未来新一代战斗机发动机的涡轮进口温度有望达到1800℃左右。

　　燃气轮机是高温合金的另一个主要用途，轻型燃气轮机分主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机主要用于联合循环发电、热电联产。燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃，因此叶轮需要用高温合金来制造。目前我国每年花费在进口涡轮叶片备件上就达上亿美元。国内燃气轮机发展前景为高温合金的使用提供了巨大的空间。

高温合金在航空航天发动机上热端应用

资料来源：公开资料整理

高温合金在燃气轮机上的应用

资料来源：公开资料整理

高温合金主要下游及应用部位

资料来源：公开资料整理

　　目前国内从事高温合金研究生产企业主要有两类，一类是特钢企业，目前仅有抚顺特钢、宝钢特钢、长城特钢三家拥有高温合金产能及产量，这也是是我国军工用钢老牌三大巨头。三家均以变形高温合金为主要产品，特点是依托生产设备齐全、拥有大规模熔炼能力的优势，提供大规模基础产品。另一类是研究院转型企业，要包括钢研总院（钢研高纳）、北京航空材料研究院、中科院金属研究所（中科三耐）。科研机构其研究实力，以制造难度更大的铸造高温合金、新型高温合金为主，主要供应航空航天、海军等军工领域需求。

国内高温合金主要企业

资料来源：公开资料整理

　　国内从事高温合金的三家企业，中科院沈阳金属所主要偏向于基础理论研究，产业化能力有限。中航工业北京航空材料研究院在铸造单晶方面，实力较强，但在变形高温合金及粉末合金方面钢研高纳有其独到之处，在国外高温合金中70~85%比重是变形合金。

　　下游国产化加速，高温合金产品需求不是问题

　　据统计，国际市场上每年消费的高温合金材料总量在30万吨左右，被广泛应用于各个领域。而我国的高温合金需求量在2万吨以上，我国的高温合金总产能在1万吨左右，供求缺口近万吨。我国对高档高温合金的年需求量在3000吨以上。未来航空航天发动机领域、水面舰艇发动机、电力燃机、核能领域、汽车涡轮增压器领域、化工和玻璃等众多军工和民用领域对各类高品质高温合金新材料的需求都是持续增长的，而且需求量都是在千吨级以上。

　　航空航天发动机和燃气轮机占高温合金需求80%以上，随着航空航天发动机和燃气轮机国产化加速，我国对高档高温合金的需求将会出现持续快速增长。我们这里主要讨论航空航天发动机和燃气轮机。

　　航空航天发动机：太行发动机已经开始稳定量产

　　我国从上世纪60年代开始发展国产航空发动机，历经坎坷，已经从最早的涡喷-5、涡喷-14“昆仑”发动机，到仿制的涡扇9（秦岭）发动机，发展到目前的涡扇10（太行）发动机，取得了巨大的进步。涡扇发动机是在涡喷发动机基础上发展而成，现在多数飞机采用涡扇作为动力来源。

我国军用航空发动机生产情况

资料来源：公开资料整理

我国三大军用发动机

资料来源：公开资料整理

　　目前我国第三代战斗机开始装备部队，对应的发动机原来采用的进口俄罗斯产品，但目前研制成功的太行发动机将实现第三代战机的国产化；第四代战斗机已经在研制，还有舰载机等等，相配套的发动机也处于研制之中。

　　太行发动机是我国自主研制的大推力涡轮风扇发动机，为了配合歼10飞机的研制，我国80 年代开始立项研制大推力涡扇发动机，05 年底完成定型审查，目前已部分列装歼10、歼11。太行发动机的研制成功在中国航空发动机研制历史上是一次重要跨越，使中国跨入了第三代航空发动机研制国家的行列，在自主研制航空发动机方面，实现了从中等推力到大推力的跨越；从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越；从第二代发动机到第三代发动机的跨越。虽然从各方面反馈的信息判断， “太行”发动机在性能方面和国外同类产品仍有不小差距，但是从最初试飞时的“喷零件”到现在的稳定量产，这一巨大进步还是不容质疑的。有了这一基础，在可预见的5到10年内，国产发动机逐步走向前台已经成为大概率事件。

国际三代机配套发动机平均水平对比

资料来源：公开资料整理

　　燃气轮机：

　　舰船动力装置主要有：蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较早，广泛应用于各类舰船，后面三种，系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起，尤其是六十年代中期以来，已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长，装舰使用范围日益扩大，已由快艇发展到了护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰和直升机航空母舰等。

　　燃气轮机独有的三大特性使其非常适用于军舰动力系统。第一是功率密度极大。同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一，是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。第二是启动速度快。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸汽轮机更是“反应迟钝”，整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度，对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。第三是噪声低频分量低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导致军舰容易被敌方声纳探测。因此老牌海军强国如美国海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。

舰船动力装置比较

资料来源：公开资料整理

　　燃气轮机技术与航空发动机同源，绝大多数燃机是由某型航空燃机作为母型机改型而来，世界著名的舰用燃机LM2500燃气轮机衍生自美国GE公司的GE9。中国虽然发展船用燃气轮机较早，但是由于技术基础不足，因此研制过程一直比较困难，到本世纪初还没有实用的国产燃气轮机。中国052型驱逐舰采用的是引进的美国LM-2500型燃气轮机，由于美国此后对中国实行武器禁运，中国引进燃气轮机的渠道中断。由于燃气轮机的技术瓶颈，直接导致了国产驱逐舰建造的停滞，在2005 至2010 年间几乎没有新的驱逐舰下水。

　　我国在本世纪初从乌克兰引进了UGT25000型燃气轮机，用于建造052B/C驱逐舰。该发动机是前苏联研制的第四代舰用燃气轮机，1990年完成研制。据相关资料，UGT-25000燃气轮机采用9级高压风扇、9级低夺风扇，1级高压涡轮和1级低压涡轮，功率25000KW，燃料初温1250度，机组重量14吨，寿命60000小时，首翻寿命20000小时，系统采用模块式结构，维护性较好。近年来我国成功实现了UGT-25000国产化以后，进行了严格的测试，为国产驱逐舰的批量生产扫清了最后一个也是最关键的障碍。

　　航空母舰建造将需要大量高温合金

　　大型航空母舰需要的钢板品种规格繁多，一般可分为船体板、装甲板及结构板三大类。船体用钢板要求比较低，基本上就是潜艇用的耐压板，装甲钢板一般用在指挥中心、炮台、航母的动力系统等地方。航母用钢板要求最高的是结构用钢板，结构板主要用于飞机跑道（飞行甲板）、隔仓及船体结构等，尤其是飞行甲板，要求极高，要承受喷气式飞机高达几千度的火舌的烘烤，对钢材的耐热性要求很高，确保高温合金钢材，是航母建造的关键技术点。

　　2017年4月26日上午，中国第二艘航空母舰在中国船舶重工集团公司大连造船厂举行下水仪式。中国2020年若要建成大约3-4艘大中型航母，所需高温合金将近15000吨。

　　建造一艘7.5万吨级的大型航空母舰，需用各种特殊品种的钢板4万多吨，其中，飞行甲板就需钢板约8000吨。“瓦格良号” 是6万吨级别的，对于高温合金的需求将近5000吨，据此估计，中国要在2020年建成大约3-4艘大中型航母，则航母一共所需高温合金将近15000吨，每年大约需求3000吨。

　　“两机专项”开启发动机研制新时代，将带动高温合金可持续发展

　　2012 年6 月由两院院士、中国“高温合金之父”师昌绪先生牵头、组织完成“我国航空发动机和燃气轮机工程咨询研究报告”。 目前，航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为国家第20 个重大技术专项，与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破聚焦。中国将通过“两机专项”投入巨资力图改变过去的窘境。预计航空发动机重大专项的投资规模有望达到1000 亿元的水平，
其投资周期可能缩短至10 年以内。相对于其他重大专项的20 年左右周期，投资强度大幅提高。“两机专项”将带动高温合金可持续发展。

　　2016年7月13日， 国资委发布关于组建中国航空发动机集团有限公司的公告；2016年8月28日， 中国航空发动机集团公司成立大会在京举行。中国航空发动机集团的成立，使“两机专项”有了更好的载体，加快航空发动机和燃气轮机的发展。

国内高温合金上市公司

资料来源：公开资料整理