艾伯纳工业炉(太仓)有限公司
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高温合金是指以第三主族元素(铁、钴、镍)为基,加入大量强化元素,能在 600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度以及良好的抗氧化、抗热腐蚀、抗疲劳性能,在高温下具有良好的组织稳定性和使用可靠性,因此,也被称为热强合金、耐热合金或超合金。
经过数十年发展,我国在高温合金的研究和生产上取得了巨大的进步,基本形成了牌号齐全的高温合金体系,并形成了一定的产能规模。其在航空航天、燃气轮机、汽车等领域均为核心应用材料。
1、高温合金主要是镍基的变形高温合金
图1为世界高温合金的发展趋势及其我国研制的合金,高温合金既是航空发动机的燃料室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘等热端部件、航天火箭发动机高温部件的关键材料,又是工业燃气轮机、能源、化工等工业部门所需的高温耐蚀部件材料,是国民经济中不可或缺的一类重要材料。
按照合金的主要元素划分
铁基高温合金:中等温度(600-800℃)条件下使用的高温合金。铁基合金成分简单,成本低廉,应用广泛。
镍基高温合金:以镍为基体,在中高温(650-1000℃)条件下使用的高温合金。在所有高温合金中,镍基高温合金的高温强度最大,应用范围最广泛。相比铁基合金,组织更稳定,有害相少,抗氧化和抗腐蚀能力更强。
钴基高温合金:在高温(730-1100℃)条件下使用的奥氏体高温合金,含钴量40%-65%。耐高温能力强,但钴是贵金属,成本相对较高,限制钴基合金的推广。
按照制造成型工艺划分
变形高温合金:是指可以进行热、冷变形加工,工作温度范围-253~1320℃,具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标,具有较高的抗腐蚀性能的一类合金。
铸造高温合金:以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分,可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金3种类型。按结晶方式,又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。
粉末冶金高温合金:用粉末冶金工艺制取的高温合金。与传统的铸锻高温合金相比,具有组织均匀,无宏观偏析,屈服强度高,耐疲劳性好等优点。
按照强化方式划分
2、高温合金应用于航天航空
高温合金主要应用于航空航天领域,是屹立于金字塔尖的尖端工业材料。高温合金在材料工业中主要是为航空航天产业服务,由于其优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等性能,已经应用到电力、石油石化、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域。目前,其最大的应用还是航空航天领域,占总使用量的55%,其次是电力领域(20%)和机械领域(10%)。
3、高温合金分布在欧美国家
目前,受到世界航空制造业分布的影响,全球的高温合金主要消费地集中在欧美等航空制造业比较发达的国家或地区,中国及其他各地高温合金的消费量比较小。特别是在航空制造业最为发达的美国。据统计,2019年,世界高温合金消费市场中,美国占比48%;其次为欧洲,占比25%;亚洲地区消费占比则为22%左右,其他地区为5%。
4、我国高温合金需求旺盛 民用航空成为增长引擎
在企业产能排名上,抚顺特钢5000吨/年占据榜首,2019年钢研高纳高温合金相关营业收入排名第一,为14.46亿元。钢研高纳拥有变形高温合金90余种,粉末高温合金10余种,均占全国该类型合金80%以上。最新出版《中国高温合金手册》收录的201个牌号中,钢研高纳及其前身牵头研发114种,占总牌号数量的56%。
航空领域除军用航发外,伴随国产大飞机的逐步成熟,将在未来20年开启年均3560亿元高温合金需求量的国内民航市场。根据《中国商飞2019-2038年民用飞机市场预测年报》,未来2年中国航空市场预计将接收50座以上客机9205架。受益于未来民用飞机的建设速度,前瞻初步估算2020-2025年我国高温合金的市场规模将保持30%以上的增速,到2025年达到约856亿元左右。
未来,随着两机专项的实施带来的大量的新增需求,我国的高温合金消费量将快速提升。由于高温合金尤其是需要精细加工的高端高温合金的技术门槛较高,扩充产能的周期长,难度大,因此短期内产量难以跟上需求的增长,供需缺口将进一步扩大。
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