一、高溫合金優(yōu)異的耐熱先進(jìn)材料,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)高溫合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與投資前景研究報(bào)告(2025-2032)》顯示,高端金屬結(jié)構(gòu)材料最初被廣泛應(yīng)用于航空航天業(yè)以及相關(guān)國(guó)防工業(yè),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和特種合金及其功能的開發(fā),高端金屬結(jié)構(gòu)材料在化學(xué)工業(yè)、動(dòng)力工業(yè)、機(jī)械制造工業(yè)和生物工程中的應(yīng)用也愈加深入。作為新材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分之一,高端金屬結(jié)構(gòu)材料已成為航空航天、動(dòng)力、能源、化工、機(jī)械、冶金、電子信息等國(guó)民經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵領(lǐng)域和國(guó)防現(xiàn)代化的重要支撐。
高端金屬結(jié)構(gòu)材料是一類較傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)材料具有更高的強(qiáng)度、韌性和耐高溫、抗腐蝕等性能的金屬材料,具體包括高溫合金、特種不銹鋼、節(jié)鎳型高性能不銹鋼、高強(qiáng)汽車板、高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼、齒輪鋼、工模具鋼及耐蝕合金等。
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高溫合金性能優(yōu)越,應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料。高溫合金具有較高的高溫強(qiáng)度,良好的抗氧化和抗腐蝕性能,良好的疲性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金”。從高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看:
在民用工業(yè)領(lǐng)域,可用于柴油機(jī)增壓渦輪、煙氣輪機(jī)葉片和盤、冶金軋鋼加熱爐墊塊、內(nèi)燃機(jī)排氣閥座等方面。此外,近年來(lái)高溫合金應(yīng)用面不斷擴(kuò)大,在石油化工、玻璃和玻纖以及機(jī)械制造等行業(yè)的應(yīng)用有明顯的進(jìn)展。
在軍工領(lǐng)域,目前鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵熱端部件材料,也是核反應(yīng)堆、化工設(shè)備、煤轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面需要的重要高溫結(jié)構(gòu)材料。高溫合金作為軍民領(lǐng)域重要材料,應(yīng)用空間廣闊,并具有重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。
按基體元素,高溫合金可分為鎳基高溫合金、鐵基高溫合金和鈷基高溫合金,不同基體的高溫合金呈現(xiàn)出不同的化學(xué)和物理特征。當(dāng)前,鎳基高溫合金的應(yīng)用范圍較廣,需求量約占高溫合金的80%。主要原因是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩(wěn)定性。另外,鎳基合金可以形成共格有序的金屬間化合物作為強(qiáng)化相,使合金得到有效的強(qiáng)化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度。
高溫合金化學(xué)元素構(gòu)成
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按基體元素分類的高溫合金差異
類型 | 主要特點(diǎn)及應(yīng)用情況 |
鎳基高溫合金 | 在650-1,000℃高溫下有較高的強(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g能力,是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金,廣泛用于制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的最熱端零件,如渦輪部分渦輪葉片、導(dǎo)向器等。 |
鐵基高溫合金 | 使用溫度較低(600-850℃),一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)中工作溫度較低的部位,如渦輪盤、機(jī)匣和軸等零件。 |
鈷基高溫合金 | 使用溫度約950℃,鑄造性和焊接性良好,主要用于做導(dǎo)向器材料,由于鈷資源較少、價(jià)格昂貴,生產(chǎn)和使用受到限制。 |
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相比較而言,鐵基高溫合金的組織不夠穩(wěn)定,因而抗氧化性能比較差、高溫強(qiáng)度不足,是中等溫度(600-800°C)條件下使用的重要材料,且因合金成分比較簡(jiǎn)單,成本較低。而鈷基高溫合金的基體鈷是一種重要的戰(zhàn)略資源,世界上大多數(shù)國(guó)家缺鈷,使得其發(fā)展受到限制。
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按制備工藝,高溫合金可分為鑄造高溫合金、變形高溫合金和粉末高溫合金,變形高溫合金占下游應(yīng)用的70%。鑄造高溫合金強(qiáng)化相數(shù)量較多,不易變形加工,因此通常用于制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等先進(jìn)動(dòng)力裝備的關(guān)鍵熱端部件,其需求量約占高溫合金總需求的20%。變形高溫合金的熱加工塑性較好,可以在鍛軋機(jī)械的外力作用下塑性變形為特定形狀和尺寸的鍛件和型材,在固溶、時(shí)效狀態(tài)下的高溫強(qiáng)度優(yōu)異,其需求量約占高溫合金總需求的70%,其余10%為粉末高溫合金。
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二、國(guó)內(nèi)發(fā)展穩(wěn)扎穩(wěn)打,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)初具規(guī)模
從全球看,高溫合金自20世紀(jì)30年代開始研制,變形高溫合金、鑄造高溫合金與粉末高溫合金相繼問世。而我國(guó)高溫合金的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段:
高溫合金國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程
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第一階段從1956年至20世紀(jì)70年代初,是我國(guó)高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下煉出的第一爐高溫合金GH3030,拉開了我國(guó)研制和生產(chǎn)的序幕。1960年后,我國(guó)開始獨(dú)立自主地研制和生產(chǎn)主要?dú)灀魴C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)WP-5、WP-6、WP-7、WP-8等所需的各種高溫合金材料,建立和完善了我國(guó)高溫合金的生產(chǎn)和研究基地。此階段主要成果是仿制了部分前蘇聯(lián)高溫合金系列,包括GH4033、GH4037、K401、K406等。
第二階段從20世紀(jì)70年代中期至90年代中期,是我國(guó)高溫合金的提高階段。隨著仿歐美航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試制和生產(chǎn),我國(guó)引進(jìn)了一系列歐美體系合金。在對(duì)WS-9、WZ-6、WZ-8發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金材料的研制中,全面按照國(guó)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制和生產(chǎn),對(duì)純潔度、均勻性和綜合性能比過(guò)去提出了更高的要求。此階段研制出一系列新合金、引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備、改進(jìn)生產(chǎn)工藝,使我國(guó)高溫合金的生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面上了一個(gè)新臺(tái)階,基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
第三階段從20世紀(jì)90年代中期至今,是我國(guó)高溫合金的新發(fā)展階段。隨著新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn),我國(guó)接連成功研制高性能的新高溫合金材料,如粉末渦輪盤材料FGH4096,彌散強(qiáng)化高溫合金MGH4754和單晶高溫合金DD406等。同時(shí),我國(guó)主要生產(chǎn)品種GH4169盤件的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大,改型GH4169G性能顯著提高。
目前,我國(guó)從事高溫合金研發(fā)及制備的企業(yè)及研究所等單位共有十余家,已經(jīng)形成了相對(duì)完整的高溫合金生產(chǎn)體系。高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈由上游原材料及設(shè)備供應(yīng)商、中游高溫合金材料及制品生產(chǎn)商、下游應(yīng)用終端組成。中游高溫合金材料及制品生產(chǎn)商作為核心環(huán)節(jié),主要包含三類參與者。第一類是兼具高溫合金材料研發(fā)能力與生產(chǎn)能力的科研單位,包括鋼研高納、北京航材院、中科院金屬所等;第二類是以撫順特鋼、寶鋼特鋼、長(zhǎng)城特鋼為代表的特鋼廠;第三類是以西部超導(dǎo)、圖南股份、應(yīng)流股份等為代表的新興冶金企業(yè)或金屬加工企業(yè),多數(shù)為民營(yíng)背景。
高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈
環(huán)節(jié) |
構(gòu)成內(nèi)容 |
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上游供應(yīng)商 |
原材料供應(yīng) |
設(shè)備供應(yīng)商 |
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基體原材料 |
添加金屬 |
真空感應(yīng)熔煉爐、保護(hù)氣氛電渣爐、真空自耗爐、電子束熔爐等 |
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金川集團(tuán)、上海炬嘉合金、中信錦州金屬、丹陽(yáng)航太再生等 |
ALD(德)、CONSARC(美)、RETECH(美)、INTECO(奧)、錦州航星真空設(shè)備、沈陽(yáng)真空技術(shù)研究所、沈陽(yáng)東大中烏冶金、寶雞稀有金屬裝備設(shè)計(jì)研制所等 |
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中游制造商 |
研發(fā)單位 |
變形高溫合金 |
鑄造高溫合金 |
粉末高溫合金 |
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鋼研所621所、中科金屬所 北京科技大學(xué)沈鑄所 |
母合金熔煉 |
精密鍛造 |
精密機(jī)加工 |
母合金熔煉 |
精密鑄造 |
精密機(jī)加工 |
母合金熔煉 |
制粉 |
精密 機(jī)加工 |
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撫順特鋼 寶鋼特鋼 長(zhǎng)城特鋼 621所 鋼研高納 西部超導(dǎo) 江蘇隆達(dá) 圖南股份 中航上大 |
中航重機(jī) 二重萬(wàn)航 三角防務(wù) 圖南股份 無(wú)錫透平 派克新材 |
主機(jī)廠: 沈陽(yáng)黎明 貴州黎明 西航公司 南方株洲 |
621所 鋼研高鈉 中科院金屬所(中科三耐) 圖南股份 江蘇隆達(dá) |
主機(jī)廠: 沈陽(yáng)黎明 貴州黎明 西航公司 南方株洲 貴航公司 其他: 621所 鋼研高鈉 成都航宇 |
主機(jī)廠: 沈陽(yáng)黎明 貴州黎明 西航公司 南方株洲 其他: 應(yīng)流股份 |
航材院沈 陽(yáng)鑄造研 究所 鋼研高鈉 萬(wàn)澤股份 |
航材院 鋼鐵研究總院 西安歐中 |
航材院 鋼研高鈉 萬(wàn)澤股份 |
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下游應(yīng)用 |
中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院、株洲動(dòng)力機(jī)械研究所、沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所、貴陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所、中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究所、沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司、中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司、西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司、貴州黎陽(yáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司、中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司 |
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當(dāng)前,我國(guó)已建立完善的牌號(hào)體系,可覆蓋主要應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)2002年出版的《中國(guó)航空材料手冊(cè)》,我國(guó)可供航空選用的高溫合金牌號(hào)僅89個(gè),而根據(jù)2012年出版的《中國(guó)高溫合金手冊(cè)》,目前有194個(gè)牌號(hào)列入我國(guó)牌號(hào)體系,相較十年前發(fā)展迅速,也成為除美、英、俄之外,第四個(gè)具備牌號(hào)體系的國(guó)家。我國(guó)目前牌號(hào)中包括100多個(gè)變形高溫合金、70余鑄造高溫合金和近20個(gè)粉末、輕型等新型高溫合金牌號(hào),基本覆蓋主要應(yīng)用領(lǐng)域,已基本具備新材料、新工藝的自主開發(fā)能力。
主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)我國(guó)牌號(hào)
應(yīng)用領(lǐng)域 |
零部件 |
代表牌號(hào) |
航空 |
渦輪盤 |
GH4133B、GH2132、GH500、GH33A、GH901、YZGH4169、GH4169 |
葉片 |
GH4049、GH4037、GH4033、GH4133、GH105、GH80A、YZGH4169 |
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機(jī)匣 |
GH3030、GH3044、GH1015、GH1140、GH536、GH901、GH163、GH105、GH907 |
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導(dǎo)向葉片 |
K32、K14、K38、K3、K5、K17、DK5、DK3、K19、K002、K20等 |
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渦輪葉片 |
K17、K19 |
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艦船、地面 |
渦輪葉片、導(dǎo)向葉片 |
K435、K444、K452、GH4413等 |
航天 |
火箭、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī) |
GH2038、GH1040、GH4169、GH4141、GH1131、GH3600、GH4586、GH4202 |
導(dǎo)彈 |
GH4742、K424、GH4487、GH4098等 |
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電力能源 |
燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤 |
GH706、GH698、GH742、GH674 |
燃?xì)廨啓C(jī)葉片 |
GH4133B |
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燃?xì)廨啓C(jī)殼體 |
GH698、GH674 |
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汽車 |
增壓渦輪材料 |
K213,K418,K419、K4002等 |
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國(guó)內(nèi)高溫合金產(chǎn)業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平仍有差距??傮w來(lái)看,我國(guó)的高溫合金行業(yè)從產(chǎn)業(yè)到技術(shù)等各方面較國(guó)際先進(jìn)水平仍存在較大差距,包括部分關(guān)鍵技術(shù)+尚未實(shí)現(xiàn)突破、重要材料依賴進(jìn)口、缺乏自主研制的先進(jìn)設(shè)備、返回料再利用的技術(shù)與機(jī)制尚未完善等。性能上,我國(guó)高溫合金材料在主元素精確控制能力、雜質(zhì)元素控制水平、成分均勻性、組織一致性等方面皆有所不足。
由于高溫合金主要用于航空航天、燃?xì)廨啓C(jī)等高端制造領(lǐng)域,具有很強(qiáng)的戰(zhàn)略價(jià)值及商業(yè)價(jià)值,歐美俄等發(fā)達(dá)國(guó)家的重點(diǎn)企業(yè)已在高溫合金領(lǐng)域進(jìn)行了幾十年的研究,并對(duì)核心制備技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格保密。而高溫合金質(zhì)量是影響我國(guó)高溫環(huán)境下關(guān)鍵零部件承溫能力、可靠性和使用壽命的主要因素之一,因此我國(guó)在高溫合金的發(fā)展迫在眉睫,產(chǎn)業(yè)鏈安全也至關(guān)重要。
三、高溫合金發(fā)展政策環(huán)境優(yōu)渥,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步建立
高溫合金發(fā)展政策環(huán)境優(yōu)渥,行業(yè)迎發(fā)展黃金期。新材料產(chǎn)業(yè)是制造業(yè)轉(zhuǎn)型提升的核心領(lǐng)域和重要支撐之一,高溫合金作為航空、航天、石油化工、能源等各個(gè)重要領(lǐng)域的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料,在中美關(guān)系日益緊張的國(guó)際環(huán)境下,盡早實(shí)現(xiàn)我國(guó)高溫合金的全自主研發(fā)和進(jìn)口替代,解決各項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)是我國(guó)近年來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。
當(dāng)前我國(guó)已出臺(tái)系列支持新材料行業(yè)發(fā)展的政策,如《中國(guó)制造2025》、《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》、《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,均將高溫合金作為高端裝備發(fā)展的重點(diǎn)突破領(lǐng)域。高溫合金是制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料,提升關(guān)鍵戰(zhàn)略材料保障能力是國(guó)家戰(zhàn)略所需。當(dāng)前高溫合金行業(yè)發(fā)展政策環(huán)境優(yōu)渥,行業(yè)迎發(fā)展黃金期。
歷年高溫合金相關(guān)支持政策
政策名稱 | 發(fā)文機(jī)關(guān) | 發(fā)文時(shí)間 | 內(nèi)容概要 |
《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》 | 國(guó)務(wù)院 | 2021年3月 | 推動(dòng)高端稀土功能材料、高品質(zhì)特殊鋼材、高性能合金、高溫合金、高純稀有金屬材料、高性能陶瓷、電子玻璃等先進(jìn)金屬和無(wú)機(jī)非金屬材料取得突破 |
《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》 | 國(guó)家發(fā)改委 | 2019年10月 | 鋼鐵行業(yè)中鼓勵(lì)發(fā)展高溫合金,機(jī)械行業(yè)中鼓勵(lì)發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件(300MV以上重型燃機(jī)用轉(zhuǎn)子體鍛件、大型高溫合金輪盤、缸體、葉片等)及控制系統(tǒng) |
《2018年工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)資金工作指南》 | 工信部、財(cái)政部 | 2018年5月 | 關(guān)鍵基礎(chǔ)材料重點(diǎn)支持航空航天標(biāo)準(zhǔn)件高溫合金材料等 |
《新材料標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航計(jì)劃(2018-2020年)》 | 工信部、發(fā)改委、國(guó)防科工局等9部委 | 2018年3月 | 從新材料技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性特點(diǎn)出發(fā),科學(xué)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化體系,明確新材料標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的方向,建立標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作機(jī)制,重點(diǎn)部署研制一批“領(lǐng)航”標(biāo)準(zhǔn),指導(dǎo)新材料產(chǎn)品品質(zhì)提升,帶動(dòng)科技創(chuàng)新,引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。 |
《國(guó)家新材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺(tái)建設(shè)方案》 | 工信部、財(cái)政部 | 2017年12月 | 新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。在關(guān)鍵領(lǐng)域建立國(guó)家新材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺(tái),旨在構(gòu)建上下游有效協(xié)同的新機(jī)制、新體制、新體系,填補(bǔ)生產(chǎn)應(yīng)用銜接空缺,縮短開發(fā)應(yīng)用周期,實(shí)現(xiàn)新材料與終端產(chǎn)品同步設(shè)計(jì)、系統(tǒng)驗(yàn)證 |
《增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》 | 發(fā)改委 | 2017年11月 | 重點(diǎn)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金材料等新材料,加快先進(jìn)金屬及非金屬關(guān)鍵 |
《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》 | 工信部、國(guó)家發(fā)改委、科技部、財(cái)政部 | 2016年12月 | 在航空航天裝備材料方面開展高溫合金及復(fù)雜結(jié)構(gòu)葉片材料設(shè)計(jì)及制造工藝攻關(guān) |
《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》 | 國(guó)務(wù)院 | 2016年11月 | 完善航空產(chǎn)業(yè)配套體系建設(shè),提高航空材料和基礎(chǔ)元器件自主制造水平,掌握鋁鋰合金、復(fù)合材料等加工制造核心技術(shù) |
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行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步建立,高溫合金行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。20世紀(jì)50年代,我國(guó)剛開始試制生產(chǎn)高溫合金時(shí),直接采用原蘇聯(lián)材料技術(shù)條件的翻譯本;冶金廠、航空工廠和研究院所自20世紀(jì)60年代初期開始共同制定我國(guó)高溫合金的技術(shù)條件,即開始建立冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);20世紀(jì)80年代后期,隨著高溫合金在航空、航天等型號(hào)上的應(yīng)用,原冶金部、航空部門、航天部門又陸續(xù)制定了多項(xiàng)航空、航天用高溫合金的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著我國(guó)高溫合金生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我國(guó)開始對(duì)高溫合金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了二次修訂并逐步形成了目前的高溫合金國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)是保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù),是產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的必備條件。隨著國(guó)內(nèi)高溫合金標(biāo)準(zhǔn)逐步建立,高溫合金產(chǎn)品質(zhì)量有望實(shí)現(xiàn)新突破,國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程將提速。
四、海闊憑魚躍,高溫合金市場(chǎng)空間廣闊
目前,高溫合金主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和各種工業(yè)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)Roskill統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),高溫合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用占比55%,其次是電力領(lǐng)域,應(yīng)用占比為20%。作為飛機(jī)動(dòng)力裝置的航空發(fā)動(dòng)機(jī),是航空工業(yè)中技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一,對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能提出很高要求,特別是金屬結(jié)構(gòu)材料需要具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能。而高溫合金作為在600℃以上及一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的金屬材料,滿足現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的苛刻要求,至今已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的一類關(guān)鍵材料。
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高溫合金第一大應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天領(lǐng)域,高溫合金用量約占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的40%-60%,主要用于燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件,此外還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。隨著我國(guó)發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè),研制國(guó)產(chǎn)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)不斷取得突破,可預(yù)見高端和新型高溫合金的市場(chǎng)空間廣闊。
五、高溫合金助力國(guó)之重器,與航空航天產(chǎn)業(yè)齊飛
作為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”,航空發(fā)動(dòng)機(jī)附加值較高。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是關(guān)系國(guó)家國(guó)防安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大裝備,以先進(jìn)性和復(fù)雜性成為一個(gè)國(guó)家科技水平、軍事實(shí)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。它的發(fā)展可廣泛帶動(dòng)電子、材料、精密加工、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)的繁榮,被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。同時(shí),航發(fā)也是典型的技術(shù)、知識(shí)密集型高科技產(chǎn)品,附加值較高,根據(jù)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新》,其單位重量創(chuàng)造的相對(duì)價(jià)值是船舶的1400倍。
在軍用方面,當(dāng)今世界安全局勢(shì)動(dòng)蕩,地區(qū)沖突頻發(fā),不確定性和不穩(wěn)定性上升,根據(jù)國(guó)防需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,近年來(lái)我國(guó)國(guó)防支出規(guī)模增速保持穩(wěn)定,占財(cái)政總支出的比例有所提升。國(guó)防支出由2012年的0.67萬(wàn)億元增長(zhǎng)到2022年的1.48萬(wàn)億元,2022年占財(cái)政總支出的5.7%,10年CAGR為8.2%。2021年,在財(cái)政總支出同比增速趨近于零的情況下,同年國(guó)防支出保持了適度穩(wěn)定的增速。2023年全國(guó)一般公共預(yù)算安排國(guó)防支出1.58萬(wàn)億元,比上年執(zhí)行數(shù)增長(zhǎng)7.2%,2024年全國(guó)一般公共預(yù)算安排國(guó)防支出1.69萬(wàn)億元,比上年執(zhí)行數(shù)增長(zhǎng)7.2%,2025年中央和地方財(cái)政預(yù)算草案報(bào)告,2025年我國(guó)國(guó)防支出為17846.65億元,增長(zhǎng)7.2%。保持國(guó)防支出合理穩(wěn)定增長(zhǎng)。根據(jù)《新時(shí)代的中國(guó)國(guó)防》白皮書,近年來(lái)增加的國(guó)防支出其中一個(gè)主要用途是在于加大武器裝備建設(shè)投入,淘汰更新部分落后裝備,升級(jí)改造部分老舊裝備,研發(fā)采購(gòu)航空母艦、作戰(zhàn)飛機(jī)、導(dǎo)彈、主戰(zhàn)坦克等新式武器裝備,穩(wěn)步提高武器裝備現(xiàn)代化水平。
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在民用方面,民航業(yè)復(fù)蘇機(jī)隊(duì)規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大,國(guó)產(chǎn)飛機(jī)研制加快搶占市場(chǎng)份額。近年來(lái)。在旅客周轉(zhuǎn)量和貨郵周轉(zhuǎn)量下行的背景下,民航運(yùn)輸機(jī)數(shù)量繼續(xù)保持增長(zhǎng)。截至2023年底,我國(guó)頒證民用航空運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)259個(gè),比上年末增加5個(gè),其中定期航班通航機(jī)場(chǎng)259個(gè),定期航班通航城市(或地區(qū))255個(gè)。;民航全行業(yè)運(yùn)輸飛機(jī)期末在冊(cè)架數(shù)4270架,比上年底增加105架。進(jìn)入2024年以來(lái),民航當(dāng)月旅客周轉(zhuǎn)量和貨郵周轉(zhuǎn)量均快速持續(xù)回升,目前已恢復(fù)至疫情之前水平,伴隨經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,我們預(yù)計(jì)民航運(yùn)輸機(jī)數(shù)量規(guī)模將加快擴(kuò)大,民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及高溫合金的需求也將隨之增長(zhǎng)。
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2023年10月1日,工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、中國(guó)民用航空局等4部門聯(lián)合印發(fā)《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要(2023—2035年)》,綱要提出,到2035年,建成具有完整性、先進(jìn)性、安全性的綠色航空制造體系,新能源航空器成為發(fā)展主流,國(guó)產(chǎn)民用大飛機(jī)安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性達(dá)到世界一流水平,以無(wú)人化、電動(dòng)化、智能化為技術(shù)特征的新型通用航空裝備實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)?;瘧?yīng)用。根據(jù)中國(guó)商飛公司發(fā)布《中國(guó)商飛公司市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)(2022-2041)》,未來(lái)二十年,中國(guó)航空運(yùn)輸市場(chǎng)將接收噴氣客機(jī)9,284架,其中支線客機(jī)958架,單通道客機(jī)6,288架,雙通道客機(jī)2,038架。到2041年,中國(guó)的機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)到10,007架,占全球客機(jī)機(jī)隊(duì)21.1%。中國(guó)航空市場(chǎng)將成為全球最大的單一航空市場(chǎng)。
目前國(guó)內(nèi)的民航客機(jī)主要依靠進(jìn)口,民航機(jī)隊(duì)基本被波音與空客壟斷。以我國(guó)三大國(guó)有民用航空運(yùn)營(yíng)集團(tuán)中國(guó)國(guó)航、南方航空和中國(guó)東航的機(jī)隊(duì)構(gòu)成來(lái)看,截至2024年末,三大航空公司共有飛機(jī)數(shù)量2595架,其中空客系列飛機(jī)1309架,占比50%;波音系列飛機(jī)1202架,占比46%;中國(guó)商飛系列飛機(jī)僅74架,占比3%。根據(jù)三大航空公司公布的年度引進(jìn)計(jì)劃,2024年合計(jì)計(jì)劃引進(jìn)183架飛機(jī),其中中國(guó)商飛系列(ARJ21和C919)40架,占比達(dá)到22%。
隨著國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的進(jìn)一步成熟,國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的引進(jìn)占比還有巨大空間,近期三大航空公司已分別和商飛公司簽訂協(xié)議,分別購(gòu)買100架C919大飛機(jī),計(jì)劃于2024-2031年分批交付,按照南方航空最新公告,C919飛機(jī)(基本型)單架售價(jià)高達(dá)0.99億美元。目前中國(guó)商飛C919總訂單數(shù)已接近1500架(包含確認(rèn)訂單和意向訂單),訂單數(shù)日益增長(zhǎng)也推動(dòng)C919產(chǎn)能逐步擴(kuò)大,中國(guó)商飛計(jì)劃在3-5年內(nèi),投入幾百億元用于擴(kuò)大產(chǎn)能,未來(lái)五年內(nèi),C919年產(chǎn)能有望達(dá)到150架。
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