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高溫合金行業競爭格局
時間:2019-04-29  點擊:253次   來源:

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,并能在較高的機械應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)按強化方式分為固溶強化、時效強化、氧化物彌散強化和晶界強化等。
 
高溫合金最早是為了提升航空發動機的性能而發展起來的。由于航空工業初期主要為軍事服務,到五十年代,幾大軍事強國英、美、前蘇聯等國各自形成了自己的高溫合金體系及相應的高溫合金行業。
 
高溫合金領域經過半個多世紀的發展,已經從傳統意義上的鐵、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的飛行器。
 
 半個多世紀以來,渦輪葉片的承溫能力從上世紀40年代的750℃提高到了90年代的1500℃左右再到目前的2000℃左右。傳統工藝鑄造的渦輪葉片根本無法承受如此高的溫度,甚至會被熔化,無法有效地工作。單晶高溫合金成功解決了航空發動機渦輪葉片耐高溫的問題。
 
 
 
美國GE公司目前大量應用的第二代單晶高溫合金RenéN5,在20世紀80年代初開始合金研制,到90年代中后期合金才得到應用;美國P&W公司大量應用的第二代單晶高溫合金PWA1484,在20世紀80年代初期開始研制,90年代中后期才應用在F110等先進航空發動機上。
 
第二代單晶合金通過加入錸(Re)元素、增加高熔點元素的含量等方式,提高了合金力學性能、抗熱腐蝕性能及熱強性能,成為目前應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。但由于組織穩定性、成本、技術成熟度等原因,應用并不廣泛。
 
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。在航空領域,,其中美國的通用電氣和普惠兩家實力最為強大,從航空發動機的市場占有率來看,通用、普惠、羅羅、MTU四家所占的份額高達84%,呈現出明顯的寡頭壟斷格局。具體到某個國家來看,每個國家內部也只有1-2家廠商占據寡頭壟斷地位。世界上航空發動機與單晶葉片制造技術水平最高的是美國的 GE 公司和英國的Rolls-Royce公司(羅羅公司)。
 
在民用領域,國際上從事高溫合金材料生產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量約為3萬噸,其中近一半用于民用工業。
 
全球主要的高溫合金企業產品用途簡介
 
 
復雜的在線工藝決定了高溫合金成材率低、生產周期長,具有極高的技術壁壘。同時,該行業無論是軍品還是民品均涉及到產品認證問題,特別是軍品的認證,審核嚴、跨度長,耗時費力,為該行業構筑了天然的進入壁壘。整體來看,行業壁壘決定了未來高溫合金需求增長所產生的缺口將更多的依靠原有企業產能的夸張,行業競爭格局穩固。
中國高溫合金的研發起步于20世紀50年代,1956年在蘇聯專家指導下煉出GH3030。經過幾代材料人的努力,現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。它們廣泛用作燃氣渦輪發動機的熱端關鍵部件。如:渦輪盤、渦輪工作葉片、渦輪導向葉片、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;環形件用合金GH903、GH907、GH909。
總體來看,現在我國的高溫合金已基本形成自己的體系和研制生產基地,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動機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基地。
2018年我國高溫合金行業產量約21750噸,需求量約37400噸:
 
如今航空航天及高溫合金材料行業相關重大科技項目已上升為國家戰略。高溫合金在主要領域需求不斷增長,主要有:航空、汽輪機、核電、汽車等領域。
2018年我國高溫合金需求量約37400噸,均價約34.01萬元/噸,高溫合金行業規模127.2億元。
 
我國高溫合金行業質和量均存缺口,相關企業具備數倍成長潛力。這就需要國內高溫合金生產企業提高現有的研發能力,同時還要提高生產設備質量,使其具有生產先進高溫合金材料的實力。
 
 
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