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    新聞中心

    軍工材料:高溫合金研究報告

    作者:創始人 日期:2020-10-24 人氣:367

    高溫合金的分類

    高溫合金可以根據材料成型方式、基體元素種類、合金強化類型等來劃分:

    1、根據材料成型方式,高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金(包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合金等)、粉末冶金高溫合金(包含普通粉末冶金高溫合金和氧化物彌散強化高溫合金ODS);

    2、根據基體元素種類,高溫合金可以分為鐵基、鎳基、鈷基等;

    3、根據合金強化類型,高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。


    高溫合金

    發展趨勢

    高溫合金發展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力,延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言,單晶葉片將進入實用階段,定向結晶葉片的綜合性能將得到改進。

    此外,有可能采用激冷態合金粉末制造多層擴散連接的空心葉片,從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言,有可能使用氧化物彌散強化的合金,以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能,合金的防護涂層材料和工藝也將獲得進一步發展。


    太行發動機

    高溫合金的應用

    有研究表明,航空發動機用高溫合金占高溫合金總需求一半以上,此外還廣泛應用于電力、汽車、機械等行業中。

    1、航空發動機

    航空發動機被稱為“工業之花”,是航空工業中技術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發動機,特別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

    航空發動機的技術進步與高溫合金的發展密切相關,高溫合金是推動航空發動機發展的最為關鍵的結構材料。軍用航空發動機通??梢杂闷渫浦乇龋ㄍ屏?重量)綜合地評定發動機的水平。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。因此高溫合金材料的性能和選擇是決定航空發動機性能的關鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級,對航空發動機推重的要求比不斷提高,發動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。

    在現代先進的航空發動機中,高溫合金材料用量占發動機總量的40%-60%。在航空發動機上,高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件;此外,還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

    2、航天發動機

    航天發動機中的特殊工作環境要求其使用材料必須受高溫、高壓、高的溫度梯度變化、高動態載荷的考驗,因此對材料的綜合性能和加工性能提出了很高的要求。高溫合金材料已經占據了航天發動機相當大的比重,在發動機中的應用比比例接近總重量的一半,高溫合金材料技術的發展直接影響航天發動機研制水平。

    航天發動機用高溫合金原則上都可以采用航空發動機用高溫合金,但航天發動機材料除了承受高溫沖擊外,還有低溫(-100℃以下)環境要求。由于高溫合金精密鑄造工藝限制,過去形狀極其復雜的結構件在航天發動機上一直沒有真正加以應用。隨著工藝的進步,航天發動機上的許多關鍵熱部件都采用了無余量整體精密鑄造高溫合金精鑄件,簡化了發動機結構,降低發動機重量,減少了焊接部分,縮短研制和生產周期,降低研制和生產成本,提高發動機可靠性。隨著航天發動機技術的進步,航天發動機用高溫合金逐漸呈現出復雜化、薄壁化、復合化、多位一體、無余量的趨勢。典型的有渦輪轉子、導向器、泵殼體等。

    我國的“長征”系列火箭以及“神舟”系列飛船,發動機的核心部分都采用了高溫合金材料。目前,航天領域使用的液氧煤油和液氧液氫航天運載發動機、小型渦噴渦扇發動機已經定型,并開始批量生產,國內對航天用高溫合金母合金和精鑄件的需求也在不斷增長,進入一個新的增長期。


    高溫合金

    3、民用工業高溫合金的應用

    隨著工業化的推進,工業向高端、大型化發展,高溫合金在民用工業中的需求也日益增長。高溫合金也是艦船、火車、汽車渦輪增壓器葉片及各類工業燃機葉片的優選材料;鐵路運輸的高速化、造船業的高品質要求(特別是出口造船)、艦艇動力的高效要求、工業燃機應用的高速發展等急需高性能的高溫合金母合金。目前,國內民用工業高溫合金占高溫合金總需求的20%,而美國50%的高溫合金應用于民用工業領域。

    4、核電與其它領域的高溫合金應用

    核電工業使用的高溫合金包括:燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格架,高溫氣體爐熱交換器等,均是其他材料難以代替的。例如,燃料元件包殼管的管壁在工作時需承受600-800℃的高溫,需要較高的蠕變強度,因此大量采用高溫合金材料。

    高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫療器械等領域也有著廣泛的用途。在玻璃工業中應用的高溫合金零件多達十幾種,如:生產玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝,平板玻璃生產用的轉向輥拉管機大軸、端頭和通氣管、玻璃爐窯的料道、閘板、馬弗套、料碗和電極棒等。冶金工業的軋鋼廠加熱爐的墊塊、線材連軋導板和高溫爐熱電偶保護套管等。醫療器械領域的人工關節等。


    高溫合金生產用關鍵設備 真空爐

    國內高溫合金市場情況

    高溫合金行業的細分領域和主要參與者:


    在潛在競爭者方面,高溫合金行業的高壁壘特性使試圖進入這個行業的企業望而卻步。


    高溫合金下游市場分析

    1、軍用航空發動機

    根據美國國防部預測的數據,預計未來20年中國戰斗機新增量將達到1430架、軍用大飛機1500架、教練機500架,合計對高溫合金需求量將達到5.7萬噸。另外,現有軍機的維護和修理折算成發動機所需數量為2000臺,對應的高溫合金需求量達到1萬噸左右。因此軍用領域對高溫合金的需求將達到6.7萬噸。


    未來20年我國軍用機領域對高溫合金需求預測

    2、燃氣輪機領域

    燃氣輪機是高溫合金的另一個主要用途,其結構及原理與航空發動機類似。由于燃氣輪機噴射到葉輪上的氣體溫度高達1300℃,因此葉輪需要用高溫合金來制造。

    我國目前大約只有10艘主力艦艇使用燃氣機。未來,我國海軍有望形成3大近海艦隊和若干航母編隊的作戰體系,預計將新增驅逐艦及護衛艦97 艘左右,中小型艦艇200艘左右,預計對高溫合金的需求量約為3.3萬噸左右。


    我國艦船燃氣輪機對高溫合金需求預測

    3、汽車渦輪增壓器

    2015年我國新售乘用車中渦輪增壓的配置率在31%左右,預計到2020年,我國乘用車渦輪增壓比例將高達47%。渦輪增壓汽車將從2015年的750萬輛增至到2025年2300萬輛,期間累計高溫合金總需求10.6萬噸,市值超200億元。


    2015-2025年我國汽車渦輪增壓器高溫合金需求預測

    4、核電領域

    核電用高溫合金包括:燃料元件包殼材料、結構材料和燃料棒定位格架,高溫氣體爐熱交換器等,均是其他材料難以代替的。

    根據鋼研高納2009 年招股說明書,2010-2020 十年間我國核電裝機容量新增2300千瓦,在建1800萬千瓦。對應高溫合金需求6000噸,價值24億元。



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