全球高溫合金行業(yè)競爭格局穩(wěn)固 2018年中國市場規(guī)模增長超25%[圖]

高溫合金曹伍斌 2019-04-24 06:01 來源：智研咨詢

高溫合金通常是指能在600~1200°C的高溫下抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變，并能在較高的機(jī)械應(yīng)力作用下長期工作的合金材料。

高溫合金的分類有多種:

1）按制造工藝分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫冶金三類。

2）按合金的主要元素分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金三類。3）按強(qiáng)化方式分為固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、氧化物彌散強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等。

高溫合金最早是為了提升航空發(fā)動機(jī)的性能而發(fā)展起來的。由于航空工業(yè)初期主要為軍事服務(wù)，到五十年代，幾大軍事強(qiáng)國英、美、前蘇聯(lián)等國各自形成了自己的高溫合金體系及相應(yīng)的高溫合金行業(yè)。

高溫合金領(lǐng)域經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)意義上的鐵、鎳、鈷基等高溫合金，融合粉末冶金等新型工藝，拓展到粉末高溫合金、ODS、金屬間化合物等新型的高溫金屬材料，以滿足新型航空航天器在速度、性能、成本等方面的要求，從而可以制造更先進(jìn)的飛行器。

半個多世紀(jì)以來，渦輪葉片的承溫能力從上世紀(jì)40年代的750℃提高到了90年代的1500℃左右再到目前的2000℃左右。傳統(tǒng)工藝鑄造的渦輪葉片根本無法承受如此高的溫度，甚至?xí)蝗刍?，無法有效地工作。單晶高溫合金成功解決了航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片耐高溫的問題。

美國GE公司目前大量應(yīng)用的第二代單晶高溫合金RenéN5，在20世紀(jì)80年代初開始合金研制，到90年代中后期合金才得到應(yīng)用；美國P&W公司大量應(yīng)用的第二代單晶高溫合金PWA1484，在20世紀(jì)80年代初期開始研制，90年代中后期才應(yīng)用在F110等先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)上。

第二代單晶合金通過加入錸（Re）元素、增加高熔點(diǎn)元素的含量等方式，提高了合金力學(xué)性能、抗熱腐蝕性能及熱強(qiáng)性能，成為目前應(yīng)用最多的單晶高溫合金。近期開始在單晶合金中加人元素釕（Ru），從而研制出第四代至第五代單晶高溫合金。但由于組織穩(wěn)定性、成本、技術(shù)成熟度等原因，應(yīng)用并不廣泛。

就全球范圍來看，從事高溫合金材料的廠家不超過50家，主要分布在以美、英、德、法、俄、日本等國家。在航空領(lǐng)域，，其中美國的通用電氣和普惠兩家實(shí)力最為強(qiáng)大，從航空發(fā)動機(jī)的市場占有率來看，通用、普惠、羅羅、MTU四家所占的份額高達(dá)84%，呈現(xiàn)出明顯的寡頭壟斷格局。具體到某個國家來看，每個國家內(nèi)部也只有1-2家廠商占據(jù)寡頭壟斷地位。世界上航空發(fā)動機(jī)與單晶葉片制造技術(shù)水平最高的是美國的 GE 公司和英國的Rolls-Royce公司（羅羅公司）。

在民用領(lǐng)域，國際上從事高溫合金材料生產(chǎn)的廠家主要有特殊金屬公司、國際漢因斯公司、國際因科公司、豪邁特公司、卡彭特公司等。目前美國的高溫合金年產(chǎn)量約為3萬噸，其中近一半用于民用工業(yè)。

全球主要的高溫合金企業(yè)產(chǎn)品用途簡介

國家	代表公司	產(chǎn)品用途
美國	GE	航發(fā)燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片
	普惠	航發(fā)燃?xì)鉁u輪盤、葉片、密封環(huán)件、燃?xì)廨啓C(jī)葉片。
	漢因斯	發(fā)動機(jī)燃燒室部件及密封件
英國	羅羅	航空發(fā)動機(jī)
德國	MTU	坦克、艦艇等柴油發(fā)動機(jī)
俄國	特殊金屬公司	航發(fā)燃?xì)鉁u輪盤及其他零件
俄國	新日鐵	航發(fā)燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片、及其他零件

資料來源：智研咨詢整理

復(fù)雜的在線工藝決定了高溫合金成材率低、生產(chǎn)周期長，具有極高的技術(shù)壁壘。同時，該行業(yè)無論是軍品還是民品均涉及到產(chǎn)品認(rèn)證問題，特別是軍品的認(rèn)證，審核嚴(yán)、跨度長，耗時費(fèi)力，為該行業(yè)構(gòu)筑了天然的進(jìn)入壁壘。整體來看，行業(yè)壁壘決定了未來高溫合金需求增長所產(chǎn)生的缺口將更多的依靠原有企業(yè)產(chǎn)能的夸張，行業(yè)競爭格局穩(wěn)固。

中國高溫合金的研發(fā)起步于20世紀(jì)50年代，1956年在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下煉出GH3030。經(jīng)過幾代材料人的努力，現(xiàn)在已形成自己的高溫合金體系。目前我國高溫合金牌號和品種很多，變形高溫合金有50多個牌號，鑄造高溫合金有40多個牌號。它們廣泛用作燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的熱端關(guān)鍵部件。如：渦輪盤、渦輪工作葉片、渦輪導(dǎo)向葉片、燃燒室和加力燃燒室等零部件材料。在我國研制（包括仿制）的高溫合金中，有些已達(dá)到國外同類合金水平。例如葉片用合金GH5188、K417G、K403、DZ4、DZ22、DZ125、IC6、DD3等；渦輪盤用合金GH901、GH4133B、GH710、K418B、K6C等；燃燒室用合金GH1140、GH4099、GH1015等；環(huán)形件用合金GH903、GH907、GH909。

總體來看，現(xiàn)在我國的高溫合金已基本形成自己的體系和研制生產(chǎn)基地，主要形成了以撫鋼、寶鋼特鋼等為主體的變形高溫合金基地和以航空發(fā)動機(jī)制造公司精密鑄造廠為主體的鑄造廠為主體的鑄造高溫合金生產(chǎn)基地。

2018年我國高溫合金行業(yè)產(chǎn)量約21750噸，需求量約37400噸：

2009-2018年中國高溫合金市場供需走勢

資料來源：智研咨詢整理

如今航空航天及高溫合金材料行業(yè)相關(guān)重大科技項(xiàng)目已上升為國家戰(zhàn)略。高溫合金在主要領(lǐng)域需求不斷增長，主要有：航空、汽輪機(jī)、核電、汽車等領(lǐng)域。

2018年我國高溫合金需求量約37400噸，均價(jià)約34.01萬元/噸，高溫合金行業(yè)規(guī)模127.2億元。

2015-2018年中國高溫合金市場規(guī)模情況

資料來源：智研咨詢整理

我國高溫合金行業(yè)質(zhì)和量均存缺口,相關(guān)企業(yè)具備數(shù)倍成長潛力。這就需要國內(nèi)高溫合金生產(chǎn)企業(yè)提高現(xiàn)有的研發(fā)能力，同時還要提高生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量，使其具有生產(chǎn)先進(jìn)高溫合金材料的實(shí)力。

隨著我國研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，過去一直掣肘國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)的航空發(fā)動機(jī)已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步。目前，我國第三代主力戰(zhàn)機(jī)殲10B已經(jīng)開始獵裝國產(chǎn)的WS10發(fā)動機(jī)，其所采用的單晶渦輪葉片和整體粉末冶金渦輪盤均已經(jīng)突破技術(shù)瓶頸，并開始規(guī)?；a(chǎn)，發(fā)動機(jī)的壽命和可靠性得到大幅提升。而在核電領(lǐng)域，寶鋼特鋼與久立特材分別于2010年、2012年實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器U型管零的突破，目前已具備為國內(nèi)AP1000、CAP1400以及“華龍一號”最新堆形提供蒸發(fā)器管能力。與此同時，旨在解決國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)短板的“兩機(jī)”重大專項(xiàng)已經(jīng)過國務(wù)院、政治局常委討論通過，相關(guān)發(fā)展專項(xiàng)正在論證啟動中，預(yù)計(jì)2020年前，研發(fā)資助資金投入規(guī)模將不少于2000億元，以高溫合金為代表的高端原材料也成為計(jì)劃的重點(diǎn)突破方向。技術(shù)+政策雙管齊下，即使僅按照國產(chǎn)化率為40%的中性預(yù)測，預(yù)計(jì)到2020年行業(yè)產(chǎn)能利用率也有望達(dá)到83%左右。

2019-2025年高溫合金需求量與市場規(guī)模預(yù)測