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【高温合金材料】高温合金材料——中国人必须要掌握在自己手中

(内容来源:有色金属结构材料,查看详细信息)

看到陶氏化学也加入了“断代”中国华为的行动,小编心里很郁闷!中国毛衣战已经越来越影响中国许多产业的战略发展。

今天给各位分享一下高温合金材料,希望我们金属材料同行能够掌握好基础材料及广泛应用,不要也变成“卡脖子”工程。

高温合金材料凭借优异的抗氧化和抗热腐蚀性能在航空发动机、汽车发动机、燃气轮机、核电、石油化工等多个领域广泛应用。

特性

所谓高温合金,即能在600℃以上高温及一定应力作用下长期工作的一类合金。高温合金材料相比于传统金属,在性能上具有高温高强;良好的抗氧化和抗热腐蚀性能;良好的抗疲劳性能、断裂韧性、良好的弹塑性。

分类

高温合金大体上有三种划分方式:根据基体元素种类、根据合金强化类型和根据材料成型方式。

高温合金分类

制备工艺

高温合金产品以非标准化为主,因此生产工艺较为复杂,但基本可以可分为三个步骤:熔炼、铸造和热加工,粉末冶金工业则将铸造工艺替代为热压。

各种高温合金的工艺生产流程

应用

高温合金凭借优异的抗氧化和抗热腐蚀性能在航空发动机、汽车发动机、燃气轮机、核电、石油化工等多个领域广泛应用。

在众多应用领域中,航空航天仍然占据最重要地位,占需求总量的55%,其次是电力行业,占比达20%。

航空发动机

高温合金从诞生起就应用于航空发动机,在现代航空发动机中,高温合金材料主要用于四大热端部件:燃烧室、导向室、涡轮叶片和涡轮盘,此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

高温合金在航空发动机上的应用

不同机型对高温合金需求预测

高温合金材料的用量占发动机总重量的40-60%,在先进发动机中这一比例超过50%甚至更多。

民用航空发动机

2016 年7 月11 日,波音公司在范保罗航展首日发布最新版 《当前市场展望》,预测未来20 年全球需要39,620 架新飞机,该数字较去年预测增加4.1%。

2016-2035年全球民航飞机需求

由于不同机型的发动机所需的高温合金占比不同,根据测算,未来二十年全球民航各类型新机航空发动机,对高温合金的总需求为42.7 万吨。

民航不同机型对高温合金需求

2016-2035全球民航飞机高温合金需求

我国民航发动机市场也十分广阔,根据波音公司预测,到2032 年,中国新增的飞机数量超过5580架,预计我国民用航空对高温合金的需求量将超过3.8万吨。

到2032年我国民航对高温合金需求预测

军用航空发动机

根据美国国防部预测的数据,预计未来20年中国战斗机新增量将达到1430架、军用大飞机1500架、教练机500架,合计对高温合金需求量将达到5.7万吨。

另外,现有军机的维护和修理折算成发动机所需数量为2000台,对应的高温合金需求量达到1万吨左右。因此军用领域对高温合金的需求将达到6.7万吨。

未来20年我国军用机领域对高温合金需求预测

燃气轮机

燃气轮机是高温合金的另一个主要用途,其结构及原理与航空发动机类似。由于燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃,因此叶轮需要用高温合金来制造。

燃气轮机结构示意图

燃气轮机的应用分为发电用燃气轮机领域和舰船用燃气轮机领域,主要以后者为主,在军用领域,有 75%以上的海军主力舰艇采用燃机动力。

全球舰船用燃气轮机市场分布情况

对于全球燃气轮机高温合金市场而言,据罗罗公司2013年预测,未来二十年,作为舰船动力的燃气轮机的市场需求达到2700亿美元,相应的服务需求达1250亿美元,市场空间广阔。

我国目前大约只有 10艘 主力舰艇使用燃气机,国产舰船用燃气轮机的技术问题已经得到解决。 我国海军有望形成3大近海舰队和若干航母编队的作战体系,预计将新增驱逐舰及护卫舰 97艘左右 ,中小型舰艇 200艘 左右,预计对高温合金的需求量约为 3.3万吨 左右。

我国舰船燃气轮机对高温合金需求预测

汽车涡轮增压器

汽车废气增压器涡轮也是高温合金材料的重要应用领域。 目前,我国涡轮增压器生产厂家所采用的涡轮叶轮多为镍 基高温合金涡轮叶轮,它和涡轮轴、压气机叶轮共同组成一个转子。

汽车涡轮增压器

据 cnii报道,2015年我国新售乘用车中涡轮增压的配置率在 31%左右,预计到2020年,我国乘用车涡轮增压比例将高达47%。涡轮增压汽车将从2015年的750万辆增至到2025年2300万辆 ,期间累计高温合金总需求 10.6万吨 ,市值 超200亿元。

2015-2025年我国汽车涡轮增压器高温合金需求预测

核电领域

核电用高温合金包括: 燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架,高温气体炉热交换器等,均是其他材料难以代替的。

根据钢研高纳2009 年招股说明书,2010-2020 十年间我国核电装机容量新增 2300千瓦 ,在建 1800万千瓦 。 对应高温合金需求 6000吨 ,价值 24亿元 。

其他领域

高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有着广泛的用途。

国内外高温合金厂商概况

国外领先厂

目前,每年全球对高温合金材料的消费将近 28万吨 ,市场规模达到 100亿美元 。全球范围内能够生产航空航天用高温合金的企业 不超过50家 ,主要集中在美、俄、英、法、德、日等国。

国内主要高温合金厂商

我国高温合金的研发起步于20世纪60年代,形成独有的合金体系,并且取得了明显的进步,到目前已经成立了众多的生产和科研单位,并已具备变形高温合金、铸造高温合金的生产基地与高端高温合金材料的生产研发基地。

一个有温度的平台一个有深度的平台

责任编辑: 鲁达

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