摘要：高溫合金是一種具有多種優(yōu)異性能的合金材料，廣泛應(yīng)用在航空航天發(fā)動機領(lǐng)域，本文從高溫合金分類、應(yīng)用領(lǐng)域、市場容量、市場格局和主流發(fā)展趨勢等方面闡述高溫合金的發(fā)展。

高溫合金通常是指能在600℃以上的高溫下及一定的應(yīng)力作用下長期工作，具有抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變等性能的一類合金材料，其特性不是強調(diào)耐受高溫度，而關(guān)鍵在于使用溫度下所具有的高強度、高硬度和高穩(wěn)定性。高溫合金通常含有30-40種元素以上，但多以鐵、鈷、鎳為基礎(chǔ)元素。近年來，高溫合金材料能較大提升航空航天用發(fā)動機的性能，因此市場容量穩(wěn)健增長。

高溫合金的分類

高溫合金按基礎(chǔ)元素、成型工藝和強化方式大體可分為三類（括號內(nèi)為合金材料應(yīng)用范圍的占比）。按合金所包含的基礎(chǔ)元素為維度進行劃分：分為鐵基高溫合金（占14.3%）、鈷基高溫合金（占5.7%）和鎳基高溫合金（占80%）；按合金制造工藝為維度進行劃分：分為變形高溫合金（占70%）、鑄造高溫合金（占20%）和新型高溫合金（粉末高溫合金）；按合金強化方式為維度進行劃分：分為固溶強化型、沉淀強化型、氧化物彌散強化型和晶界強化型。

表1 各類高溫合金的分類及特性

（根據(jù)公開資料整理）

高溫合金的應(yīng)用領(lǐng)域

高溫合金軍工應(yīng)用占比八成，航空航天是主要需求力量。高溫合金因兼具高溫和高強度等突出性能，故廣泛應(yīng)用于軍用航空、航天發(fā)動機、艦船和工業(yè)用燃氣輪機的核心熱端部件。

高溫合金是先進航空發(fā)動機的主體材料。渦輪風扇發(fā)動機（渦扇發(fā)動機）是目前航空發(fā)動機的主要類型，高溫合金主要應(yīng)用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件以及機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件，其中壓氣機葉片和渦輪盤主要使用變形高溫合金，渦輪葉片主要使用鑄造高溫合金。航空發(fā)動機中高溫合金的使用量占比在50%以上。

高溫合金是艦船燃氣輪機重要的結(jié)構(gòu)材料。燃氣輪機的結(jié)構(gòu)形式與飛機的噴氣式發(fā)動機相類似，其構(gòu)造主要由空氣壓縮機（壓氣機）、燃燒室、葉輪系統(tǒng)（渦輪機）及回熱裝置。高溫合金主要應(yīng)用在燃燒室和渦輪葉片上，且與航空高溫合金葉片相比，燃氣輪機用高溫合金的性能要求更嚴苛。

高溫合金在航天發(fā)動機中占據(jù)較大比重。航天發(fā)動機主要由固體火箭發(fā)動機和液體火箭發(fā)動機構(gòu)成，液體火箭發(fā)動機是彈道導(dǎo)彈、運載火箭和航天器的主要動力裝置，具有比固體火箭發(fā)動機易控制、可重復(fù)運動等優(yōu)勢，因此應(yīng)用較廣泛。液體火箭發(fā)動機主要由燃燒室和噴管、渦輪泵、活門自動器等三大部分組成，燃燒室和渦輪泵因所處工作環(huán)境溫度較高，故需要采用高溫合金材料。

高溫合金市場容量

從全球范圍看，據(jù)Roskill數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2012年全球高溫合金總消費量約為28萬噸，占鋼鐵總消費量的0.02%，占比很小，但市場規(guī)模約達100億美元。高溫合金均價約1.6萬美元/噸，高端產(chǎn)品價格可達兩倍以上，遠高于不銹鋼和粗鋼的價格。

從國內(nèi)范圍看，2013年高溫合金的供給量約1萬噸，需求量約3萬噸，截止2016年，供給量約2萬噸；在2009年國內(nèi)高端高溫合金的需求量約3000噸，假設(shè)每年按15%的速度增長，2018年高端高溫合金的市場需求將達1萬噸以上。

國內(nèi)高溫合金的市場格局

高溫合金市場格局主要分為科研單位和材料生產(chǎn)商兩類。主要科研單位10家；母合金生產(chǎn)商9家，其中5家公司上市；鍛件熱加工廠9家，4家上市公司；高溫合金生產(chǎn)商9家，5家上市公司；其下游即軍工分系統(tǒng)及總裝環(huán)節(jié)應(yīng)用，涉及航空、航天、航海等領(lǐng)域。如下圖所示，鋼研高納與萬澤股份同時具有研發(fā)、生產(chǎn)和銷售部分（萬澤股份科研單位為萬澤中南研究院）。鋼研高納、煉石有色、萬澤股份、中科三耐等四家上市公司涵蓋從母合金生產(chǎn)到高溫合金零部件制造整個完整產(chǎn)業(yè)鏈，煉石有色還包括分系統(tǒng)與總裝環(huán)節(jié)。撫順特鋼主要從事母合金生產(chǎn)，應(yīng)流股份主要從事高溫合金零部件鑄造。

圖1 國內(nèi)高溫合金市場格局

（根據(jù)公開資料整理，注：加粗字體代表已上市公司，母合金生產(chǎn)商

寶鋼特鋼未上市，其母公司寶鋼股份已上市）

鎳基單晶高溫合金是主流發(fā)展趨勢

近年來，為提高航空發(fā)動機的高推重比，一直著重于研發(fā)新型材料來提高渦輪前溫度，渦輪前溫度每提高100卡，推力將增加15%，因此材料的性能直接影響發(fā)動機的性能。鎳基單晶高溫合金因耐溫能力更強，因此廣受關(guān)注。將單晶高溫合金按代數(shù)進行劃分，國外一些國家已經(jīng)發(fā)展至第五代，而國內(nèi)目前正著手于第三代單晶高溫合金的研制（殲20將成為我國第一個使用第三代單晶高溫合金發(fā)動機的機型），相比世界水平較為落后，未來將是我國攻克的重點。

結(jié)語

隨著航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，高溫合金的需求穩(wěn)健增長，其中鎳基單晶高溫合金將會是主流的發(fā)展的趨勢，盡管目前軍用領(lǐng)域的占比較大，但高溫合金領(lǐng)域難題的不斷攻克，未來民用領(lǐng)域的應(yīng)用熱潮將會值得期待。