高温合金是紧缺战略性高端装备核心材料,在航空航天和能源领域广泛应用。
随着高温合金的成分越来越复杂,以及所需零件的尺寸逐渐增大,粉末冶金技术制造的高温合金展现出更加显著的优势。
当前航空发动机涡轮盘已从变形高温合金的普通锻造盘逐渐升级为第三代粉末高温合金盘。
粉末高温合金已经成为制造现代高推重比航空发动机涡轮盘等关键热端部件的关键必备材料。
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粉末高温合金行业概览在航空发动机和燃气轮机的热端零部件中,涡轮盘所处的工作环境温度最高且条件最为恶劣,是最重要的部件之一。
相较于铸造高温合金,粉末高温合金能有效解决其力学性能不稳定的问题。
粉末高温合金是通过粉末冶金技术制备的,在一定程度上克服了传统铸锻高温合金中存在的成分偏析、组织不均匀、热工艺性能下降等难题。
涡轮盘所使用的高温合金的制造过程包括粉末制备、粉末固结成型以及热处理等关键工艺。
粉末涡轮盘的生产流程先将粉末高温合金母合金制成粉末,随后通过热等静压、热加工变形以及热处理等工艺步骤制成,这种制备方法显著提升了涡轮盘的屈服强度和疲劳性能。
我国对粉末高温合金的研究始于20世纪70年代,至今已成功研发出第三代粉末高温合金——FGH99合金,能在800°C的高温下保持高强度和良好的损伤容限。
自21世纪以来,欧美国家已经开始着手研制第四代粉末高温合金,其显著特征是能够在高达815°C的温度下使用,第四代粉末盘在金属成分和制造工艺上都进行了创新。目前,美国、俄罗斯、英国和法国等国家已开发出成熟的产品。
粉末高温合金产业链高温合金的产业链包括上游原材料、中游有高温合金材料和制品生产商,下游为终端应用领域。
上游环节供应商通过原矿开采和冶炼加工为下游企业提供所需的金属原材料;中游环节中中的高温合金生产商及零部件制造商是产业链核心,零部件制造商进一步将高温合金半成品加工成涡轮叶片、涡轮盘等关键部件;下游应用广泛包括航空航天、电力、石油化工、汽车等多个行业。当前国内的高温合金主要应用于航空航天发动机的制造。
由于高温合金技术具有复杂性和产品的非标准化特点,因此产品类型会根据下游的需求进行调整。在军工领域,常常采用合约订购和外协加工的方式进行产品的定制。
细分到粉末高温合金的领域来看,产业链主要环节包括母合金制备、粉末制备、粉末合金盘制造以及主机厂应用等四个关键环节。
高温合金产业链图示:
资料来源:中国银河证券、行行查
粉末高温合金竞争格局和龙头梳理当前全球能够生产航空航天用高温合金的国家主要有中国、美国、俄罗斯、德国、法国、日本等。以全球龙头ATI等厂商为代表,正通过规模化持续提高高温合金的质量和稳定性,并加速提升产品的纯净度和均匀性。
国内生产高温合金原材料的主要公司主要有抚顺特钢、西部超导、钢研高纳、图南股份、航材股份等。
粉末高温合金的生产难度极大,国内的研发机构主要有北京航空材料研究院和钢铁研究总院;具备粉末高温合金生产能力的国内企业则包括万泽股份、北京航材院、钢研高纳以及西部超导等。
结语随着“两机”专项的推进实施,航空发动机在军民市场对高温合金的需求日益迫切。为了解决技术依赖等问题,国内生产企业正加快研发步伐,以提升国产高温合金材料的质量。随着我国先进航空发动机性能的不断提升,未来对粉末高温合金的需求将会持续增长,行业具有广阔的市场前景。
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