2020年我国高温合金产业发展现状分析及与发达国家发展差距分析

发布时间：2020-02-01　　来源：立鼎产业研究网　点击量： 3037　

——产业发展阶段

高温合金较多被用于航空发动机。航发被称作“制造业皇冠上的明珠”，研发难度大，其复杂的结构和严苛的工作环境对材料要求很高，高温合金也因此具有很高的技术壁垒。我国高温合金从1956 年开始生产后，已经历60 年发展历程。第一阶段（1956-70s）以仿制生产前苏联高温合金为主；第二阶段（70s-90s）我国引进欧美技术和生产设备，自主研制了高性能变形合金、定向凝固和单晶铸造合金，水平有了大幅提升；第三阶段（90s-今）我国进一步研发了一系列高档次新合金，如ODS 合金、定向凝固柱晶合金、低膨胀系数合金等。总体来看我国高温合金产品在向更高的工作温度和强度等方面进步，但与国外先进水平相比，仍然面临材料制造工艺和性能、产品成材率、配套设备等方面的差距。

——变形高温合金的发展

我国高温合金领域最突出、最典型的范例是GH4169 合金的质量水平的显著提高。

无论在国外还是在国内，GH4169 合金都是用量最多、应用范围最广的一个主要品种（对应美国 Inconel718 ，法国 NC19FeNb ）。在我国，该合金主要用于涡轴发动机的甩油盘、鼓筒轴、涡轮螺栓等各种重要零件、先进歼击机发动机用盘件等各类关键部件以及液体火箭发动机的关键热部件。通过不断提高合金纯洁度（硫含量低于 20*10 6, 铋含量低于 0.3*10 6 ）、改善盘件加工工艺、掌握了 GH4169 合金组织和性能方面的规律，使其生产和质量稳定性有了明显提高。

此外大型难变形合金盘件的生产取得重大突破，通过解决冶炼和热加工中存在的一系列技术问题，研制成功了直径 1.2 米的 GH4698 合金盘和直径 0.8 米的 GH4742合金盘，为烟气轮机（炼化厂用）生产了直径 1.1 米的 GH4738 和 GH2132 圆饼，为大型燃气轮机生产了直径 2.2 米的 GH2674 圆饼，以满足大型舰用和地面燃气轮机发展的需要。

我国变形高温合金产业链参与者

资料来源：公开资料整理

——铸造高温合金的发展

在铸造高温合金方面，除常规等轴晶铸造合金继续进行性能稳定和提高铸件质量，控制铸件凝固过程、提高材料成品纯净度及研制少量新合金品种等工作外，定向凝固合金和单晶合金叶片材料的研究是国内高温合金领域的研究重点。

根据航空发动机发展要求，我国研制了数个具有较高性能的定向凝固高温合金并研究其相应的叶片制造工艺，其中 DZ404 、 DZ422 和 DZ422B 已在现役航空发动机中投入批量生产。此外，为新机种研制成功了 DZ4125 、 DZ4125L 和 DZ417G 涡轮叶片材料，其使用温度为 1000 ℃左右，以及 DZ640M导向叶片材料，这些合金均已通过使用考核。

我国在20 世纪80年代开始研制单晶合金，研制了DD402、DD403、DD406、DD407、DD408(耐蚀）和DD498等合金，其中第一代单晶合金DD402适用于制作工作温度为1050 ℃以下的涡轮叶片，已在涡轴发动机上通过试车、试飞考核 DD407正在进行试车、试飞考核（2010年）。第二代单晶合金DD406 ，含铼 2%，使用温度可达1080-1100℃。

我国铸造高温合金产业链参与者

资料来源：公开资料整理

——粉末高温合金的发展

我国在上世纪80 年代初开始研制粉末高温合金盘，但大量研制工作是在1994年后进行的。 1994年，钢研总院（钢研高钠大股东中国钢研集团前身）在涿州基地建立了等离子旋转电极制粉粉末高温合金生产线，结合新研制和新设计发动机型号的需求开展了 FGH4095 和 FGH4096 的研制工作。经直接热等静压成型的粉末 FGH4095 合金挡板已在研制的新型航空发动机中通过台架试车和试飞考核，并进行了批量生产，粉末 FGH4095 直接热等静压成型的小型涡轮盘也通过了新型涡轴发动机的试车考核。此外，直接热等静压成型 FGH4097 粉末涡轮盘的研制已顺利取得进展，将在新试制的发动机中进行使用考核。

我国粉末高温合金产业链参与者

资料来源：公开资料整理

——新型高温合金的发展

我国新型高温合金产业链参与者

资料来源：公开资料整理

——国内产业与国外的差距

以GH4169为例，虽然GH4169合金近年来取得了长足的进步，满足了使用的基本需求，但与国外Inconel718合金涡轮盘相比，国产涡轮盘的研制和生产还存在一些问题。

美国Inconel718合金的冶炼技术水平很高且稳定，但我国在冶炼GH4169合金过程中，由于冶炼设备技术状态不稳定、冶炼工艺路线不合理或技术参数控制不精准，有时会产生冶金缺陷黑斑，加大了涡轮盘在使用过程中的潜在风险。据文献《我国航空发动机用GH4169合金现状与发展》统计，自2005年太行发动机批产以来，已生产盘锻件中出现黑斑缺陷的钢锭占总数的1.8%，而美国Inconel718合金中出现黑斑的几率几乎为0。同时，其S、O含量和其它杂质元素含量比国产料要低。可见GH4169合金和美国Inconel718合金的冶金质量还有一定差距。