1. 高溫合金生產(chǎn)工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘較高

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷等金屬為基礎(chǔ)材料，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的高端金屬結(jié)構(gòu)材料。從所屬細(xì)分行業(yè)來看，高溫合金材料屬于新材料領(lǐng)域中的高端金屬結(jié)構(gòu)材料。高溫合金綜合性能優(yōu)越，具有優(yōu)秀的高溫強度及塑性，良好的抗氧化及抗熱腐蝕性能，優(yōu)異的抗蠕變性能、抗斷裂性能和良好的組織穩(wěn)定性。隨著工藝及材料的不斷進(jìn)步，高溫合金產(chǎn)品不斷迭代，承溫能力不斷提高，綜合性能不斷增強，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鑄造高溫合金、變形高溫合金，發(fā)展出粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等一系列新型高溫合金材料。

高溫合金可按照多種分類方法劃分類別，其中鎳基及變形高溫合金為主要應(yīng)用品類。 高溫合金按合金基體元素可分為鐵基、鎳基和鈷基高溫合金，其中鎳基高溫合金應(yīng)用范圍最廣，占比達(dá)80%；按制備工藝可分為變形高溫合金（牌號GH）、鑄造高溫合金(等軸晶--牌號K、定向柱晶--牌號DZ和單晶--牌號DD)、新型高溫合金（粉末高溫合金（牌號FGH）和金屬間化合物高溫合金（牌號JK））三大類；按強化方式可分為固溶強化、時效強化、氧化物彌散強化和晶界強化。高溫合金因具有較高的高溫強度，良好的抗氧化、抗腐蝕、抗疲勞等性能，已成為航空航天、電力、冶金、石油化工、核工業(yè)、玻璃制造等多個重要工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵特種材料。

高溫合金生產(chǎn)制備工藝較為復(fù)雜，熔煉、鑄造、熱處理為主要流程工藝。生產(chǎn)流程及工藝的穩(wěn)定對高溫合金材料的力學(xué)性能產(chǎn)生直接影響?？焖侔l(fā)展的經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)為各種新型高溫合金材料的研發(fā)和推廣提供了較大的發(fā)展空間，在對合金性能要求越來越高的情況下，必須要對各種工藝進(jìn)行不斷的完善和優(yōu)化，保證各種工藝與高溫合金材料的變化相適應(yīng)。工藝的不斷完善引入可實現(xiàn)性能的不斷提升，發(fā)展新型的高溫合金，進(jìn)而推動相關(guān)產(chǎn)品與行業(yè)的發(fā)展。

熔煉工序：嚴(yán)格控制化學(xué)成分是保證高溫合金具備優(yōu)異性能的基礎(chǔ)，熔煉工序能有效消除大于臨界尺寸的夾雜物，降低氧、氮、及硫的含量，從源頭上提高高溫合金的純凈度，因此熔煉工序在高溫合金的制備工藝中處于首要位置。目前國際上高溫合金的熔煉方法主要有真空感應(yīng)爐（VIM）、真空自耗爐（VAR）、電渣重熔爐（ESR）。近年以粉末高溫合金為代表的新型高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛，粉末高溫合金的熔煉工藝成為前沿研究的技術(shù)，國際上俄羅斯粉末高溫合金采用VIM或VIM+VAR雙聯(lián)熔煉工藝，美國粉末高溫合金采用VIM+ESR+VAR三聯(lián)工藝，而國內(nèi)粉末高溫合金基本采用VIM單煉工藝，導(dǎo)致我國粉末高溫合金材料純凈度低于國外先進(jìn)水平。

鑄造：高溫合金精密鑄造技術(shù)以熔模鑄造工藝為主，發(fā)展形成了等軸晶類型、定向柱晶與單晶類型的精密鑄造形式。目前高溫合金鑄件已經(jīng)開始向著復(fù)雜化、大型化、高精確度化的方向發(fā)展，對鑄造工藝、流程形成一定的挑戰(zhàn)，也促使熔模精密鑄造技術(shù)不斷進(jìn)步，從真空冶煉技術(shù)發(fā)展到無余量鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、單晶技術(shù)等方面。鑄造技術(shù)的提升與高溫合金原材料生產(chǎn)制造之間也存在直接的聯(lián)系，需要結(jié)合高溫合金材料特性、鑄件使用情況等，完善相應(yīng)的工藝技術(shù)模式與機制，控制材料的性能，保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性。目前在生產(chǎn)的過程中，高溫合金的成分參數(shù)與凝固參數(shù)控制存在難點，很容易在定向凝固生產(chǎn)或是單晶生產(chǎn)期間出現(xiàn)雀斑、熱裂和疏松等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的高溫性能。美國在研究的過程中使用高梯度定向凝固技術(shù)進(jìn)行航空發(fā)動機葉片的生產(chǎn)，有效降低了雀斑缺陷問題的發(fā)生率，嚴(yán)格控制各個零件尺寸條件下的溫度梯度參數(shù)，形成一定的生產(chǎn)優(yōu)化、改良的作用。

熱處理：隨著新高溫合金材料的應(yīng)用以及使用過程中對合金性能提出的高要求，熱處理工藝是必不可少的過程。高溫合金熱處理工藝是指高溫合金材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的方式，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。近年來對于高溫合金研究比較深入、系統(tǒng)的是固溶熱處理和時效熱處理。固溶熱處理是指在高于高溫合金組織內(nèi)析出相的全溶溫度，使合金中各種分布不均勻的析出相充分溶解至基體相中，從而實現(xiàn)強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除殘余應(yīng)力的作用，以便繼續(xù)加工成型，并為后續(xù)時效處理析出均勻分布的強化相做準(zhǔn)備。時效熱處理是指在強化相析出的溫度區(qū)間內(nèi)加熱并保溫一定時間，使高溫合金的強化相均勻地沉淀析出，碳化物等均勻分布，從而實現(xiàn)硬化合金和提高其強度的作用。近年來高溫合金熱處理工藝不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢如下：

2.高溫合金發(fā)展歷史

國際上高溫合金的研制始于上世紀(jì)二三十年代，主要在英美俄等國家展開。目前，世界范圍內(nèi)僅有不超過50家企業(yè)具備生產(chǎn)高性能高溫合金的能力，主要集中在美英法德等歐美國家，整個行業(yè)頭部效應(yīng)明顯。國際知名的高端高溫合金生產(chǎn)國家和企業(yè)主要有美國的通用電氣公司、普拉特-惠特尼公司、佳能-穆斯克貢公司、漢因斯·司泰特公司、國際因科合金公司等，以及英國的國際鎳公司、日本的JFE鋼鐵株式會社、新日鐵住金株式會社、神戶制鋼等。這些企業(yè)經(jīng)過多年的技術(shù)積累，均已建立了完善的企業(yè)級的高溫合金工藝、性能體系、過程控制及選材標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)的高溫合金具有成本低、質(zhì)量高且穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。

國內(nèi)高溫合金起步較晚，初期以仿制為主，目前已建立較為完備的產(chǎn)品體系。由于高溫合金主要運用于航空航天、核電等戰(zhàn)略核心領(lǐng)域，因此作為高精尖產(chǎn)品，國外廠商管控嚴(yán)格，很少出口銷售。國內(nèi)高溫合金行業(yè)從20世紀(jì)50年代末仿制前蘇聯(lián)高溫合金體系開始，經(jīng)過60余年的發(fā)展，經(jīng)歷了由仿制到仿創(chuàng)結(jié)合再到獨創(chuàng)的發(fā)展歷程，形成了我國獨特、系統(tǒng)、完整的高溫合金體系，是國際上公認(rèn)的四大較完整的高溫合金體系之一。為保障我國航空航天用發(fā)動機、戰(zhàn)略導(dǎo)彈等武器裝備的順利研制，為國防建設(shè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了特殊貢獻(xiàn)。

我國高溫合金在研制與性能方面，與發(fā)達(dá)國家仍有差距，國家陸續(xù)出臺鼓勵政策，支持高溫合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與國外發(fā)達(dá)國家的差距主要表現(xiàn)在兩個層面，首先是總體規(guī)劃層面，具體表現(xiàn)在基礎(chǔ)研究、技術(shù)流程研究、需求引導(dǎo)等方面。其次是生產(chǎn)流程控制及產(chǎn)品技術(shù)層面，具體表現(xiàn)為技術(shù)水平落后國外導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題。在此背景下，國家高度重視高溫合金行業(yè)發(fā)展，陸續(xù)出臺一系列支持政策，鼓勵相關(guān)企業(yè)做大做強。尤其是隨著“兩機”專項的持續(xù)推進(jìn)，所涉及的高溫合金材料領(lǐng)域受到鼓勵政策及專項資金的持續(xù)投入。

3.高溫合金下游應(yīng)用前景廣泛，需求高速增長

高溫合金全球市場持續(xù)成長，中國成為主要增量市場。據(jù)最新發(fā)布的全球航空航天材料工業(yè)市場分析報告，2020年全球高溫合金市場規(guī)模達(dá)573億元，預(yù)計到2025年，全球航空航天材料的市場規(guī)模將達(dá)到265億美元。而根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國高溫合金市場規(guī)模達(dá)169.8億元，2020年我國高溫合金市場規(guī)模達(dá)187億元，同比增長10.18%，預(yù)計2025年我國高溫合金市場規(guī)模將達(dá)到856億元。我國已經(jīng)成為全球高溫合金市場增長最快的地區(qū)。

高溫合金第一大應(yīng)用場景是航空航天領(lǐng)域，需求份額占比為55%。高溫合金材料是航天航空發(fā)動機的重要制造原材料，主要應(yīng)用于發(fā)動機的燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片、渦輪盤、尾噴口及機匣等部件。其次，高溫合金具備耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，也被廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C、石油化工、工業(yè)和汽車領(lǐng)域等場景。我國高溫合金市場中，變形高溫合金和鎳基高溫合金占比最大，根據(jù)制造工藝，變形高溫合金約占整個高溫合金市場70%左右，其次是鑄造高溫合金（20%）和粉末高溫合金（10%）；根據(jù)合金基體元素，鎳基高溫合金占比達(dá)80%左右，鎳-鐵高溫合金和鈷基高溫合金占比分別約為14%和6%。

高溫合金材料的誕生與使用主要源于航空發(fā)動機材料的不斷探索。航空發(fā)動機作為現(xiàn)代工業(yè)行業(yè)的明珠，代表著世界制造行業(yè)的最高水平，而高溫合金則是航空發(fā)動機最重要的制造原材料。在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動機中，高溫合金材料使用量占發(fā)動機總量的40%-60%。在航空發(fā)動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)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(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

軍用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機通?？梢杂闷渫浦乇龋ㄍ浦乇?發(fā)動機推力/發(fā)動機自重）來綜合評定發(fā)動機的性能，而渦輪前燃?xì)鉁u溫度對發(fā)動機推重比有最直接、最顯著的影響，也成為發(fā)動機代際最突出的判別依據(jù)之一。

我國軍用航空發(fā)動機內(nèi)生需求規(guī)模巨大，將帶動高溫合金需求快速增長。空軍建設(shè)和發(fā)展對保護(hù)國家安全具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義，同時也強有力地刺激了我國高端軍事裝備尤其是高性能軍用飛機的需求。但是長期以來，我國空軍先進(jìn)戰(zhàn)機的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機和海軍大型艦艇燃?xì)廨啓C大量依賴進(jìn)口，其中生產(chǎn)原材料高溫合金是制約國內(nèi)軍用航空發(fā)動機發(fā)展的重要因素。在下游軍機需求帶動下，軍用航空發(fā)動機需求將持續(xù)高增長，對上游高溫合金材料的需求也將實現(xiàn)高速增長。