目前,國際市場上每年消費高溫合金材料近30余萬噸,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。2018年,全球高溫合金市場規(guī)模為121.63億美元,較上期同比增長26.98%;美國、歐洲的高溫合金市場已經(jīng)較為成熟,未來的市場增量主要來源于中國,目前中國高溫合金市場規(guī)模年增速保持在20-30%。
全球高溫合金年需求量為30余萬噸,市場規(guī)模超百億美元
高溫合金最早誕生于20世紀(jì)初期的美國,被用作車站的防腐支架。從二戰(zhàn)開始,高溫合金的研制進(jìn)入了高速發(fā)展時期,鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金紛紛研制成功,并大量應(yīng)用。目前鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)、航天器和火箭發(fā)動機(jī)以及艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵熱端部件材料(如渦輪葉片、導(dǎo)向器葉片、渦輪盤、燃燒室等),也是核反應(yīng)堆、化工設(shè)備、煤轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面需要的重要高溫結(jié)構(gòu)材料。由于航空工業(yè)初期主要為軍事服務(wù),到五十年代,幾大軍事強(qiáng)國英、美、前蘇聯(lián)等國各自形成了自己的高溫合金體系及相應(yīng)的高溫合金行業(yè)。
二十世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)外廣泛開展數(shù)值模擬研究,取得了重要進(jìn)展,并在此基礎(chǔ)上開展了顯微組織及冶金缺陷預(yù)測研究。定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化和陶瓷過濾等新工藝成為高溫合金發(fā)展的主要動力,其中定向凝固工藝制備的單晶合金尤為重要,在航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片中應(yīng)用尤為廣泛。
目前,國際市場上每年消費高溫合金材料近30余萬噸,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的企業(yè)不超過50家,主要集中在美、英、法、德、俄、日等國,整個行業(yè)具有較為明顯的寡頭特征。在涉及航天航空應(yīng)用領(lǐng)域的高溫合金鋼產(chǎn)品,發(fā)達(dá)國家作為戰(zhàn)略軍事物資,從不出口。
2012-2018年,隨著航空航天設(shè)備的更新需求以及國產(chǎn)化需求、火電行業(yè)技術(shù)更新以及石油深入勘探技術(shù)的推廣,均進(jìn)一步刺激了高溫合金市場的需求。2012-2018年,全球高溫合金市場呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。2018年,全球高溫合金市場規(guī)模為121.63億美元,較上期同比增長4.8%。
歐美地區(qū)高溫合金領(lǐng)先企業(yè)數(shù)量眾多
目前,全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的國家主要有美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國等。
美國有多家獨立的高溫合金公司,包括能夠生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)用高溫合金的公司:GE、普特拉-惠特尼公司(PW),以及其他能生產(chǎn)特鋼和高溫合金的公司:漢因斯-斯泰特公司(Haynes Stel-lite Company)、因科國際公司(Inco Alloys International,Inc.)、ATI和卡彭特技術(shù)公司(Carpenter Technology Corporation)等。
歐盟國家中英、德、法、俄是世界上主要的高溫合金生產(chǎn)和研發(fā)代表。英國是世界上最早研究和開發(fā)高溫合金的國家之一,其高溫合金鑄造技術(shù)世界領(lǐng)先,代表產(chǎn)品是國際鎳公司(Mond Nickel Company)的Nimocast合金,后該國的航空發(fā)動機(jī)制造商羅羅控股公司(Rolls-Royce plc)又研制了定向凝固和單晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060等,主要用于航空發(fā)動機(jī)制造。
航空緊固件主要由美國、法國以及加拿大等公司壟斷,我國多種型號的飛機(jī)及航空發(fā)動機(jī)對高性能高溫合金緊固件需求迫切。由于航空緊固件材料絕大部分產(chǎn)品還嚴(yán)重依賴進(jìn)口,所以對于我國發(fā)展新一代飛機(jī)及航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等均形成了明顯的制約。
總的來說,我國在高溫合金技術(shù)水平與生產(chǎn)規(guī)模方面,與美國、俄羅斯等國仍有著較大差距。隨著我國發(fā)展自主研制的更高性能航空航天發(fā)動機(jī),高溫合金材料在供應(yīng)上存在無法滿足應(yīng)用需求的情況,還需要我國高溫合金企業(yè)著力提高研發(fā)能力和裝備水平,提高供應(yīng)更高性能高溫合金材料的實力。
我國高溫合金與進(jìn)口的對比分析
與進(jìn)口高溫合金相比,我國高溫合金主要存在以下幾個方面的不足:1)冶金問題:國內(nèi)生產(chǎn)的高溫合金冶金缺陷較多,主要表現(xiàn)為黑斑、白斑、碳化物偏聚等;2)組織均勻性問題:國內(nèi)高溫合金棒材的組織均勻性較差,主要體現(xiàn)為邊芯部晶粒度極差過大;3)雜質(zhì)元素控制問題:國內(nèi)生產(chǎn)的高溫合金產(chǎn)品雜質(zhì)元素(如硫元素)含量較高,導(dǎo)致材料的強(qiáng)度和使用壽命較低;4)成本問題:國內(nèi)生產(chǎn)高溫合金返回料利用率偏低,導(dǎo)致生產(chǎn)成本普遍偏高。
高溫合金材料是新型航空發(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)制造的關(guān)鍵材料,用于制造發(fā)動機(jī)機(jī)匣、渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤等核心部件。在國外,以ATI、SMC等為代表的高溫合金材料生產(chǎn)企業(yè),近年來通過規(guī)模化、精益化生產(chǎn)的方式,不斷提高高溫合金材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性,降低高溫合金材料的生產(chǎn)成本;并且持續(xù)開發(fā)更高使用溫度的高溫合金材料,同時優(yōu)化現(xiàn)有高溫合金生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備,進(jìn)一步提高高溫合金的純凈度和均勻性。在國內(nèi),國產(chǎn)高溫合金材料在純凈度、均勻性、批次穩(wěn)定性及生產(chǎn)成本等方面較國外高溫合金存在一定差距,尚不能完全滿足高端裝備尤其是航空發(fā)動機(jī)對材料的要求。近年來,隨著“兩機(jī)”重大專項的逐步實施,國內(nèi)對于高性能高溫合金材料的需求愈加迫切,國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)為了解決高溫合金材料的現(xiàn)存問題進(jìn)行了針對性的研發(fā),以提高國內(nèi)高溫合金材料的質(zhì)量水平。
美國是主要的高溫合金消費市場
高溫合金是航空制造業(yè)特別是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵原材料,也是核電、大型艦艇的基礎(chǔ)原材料。目前,受到世界航空制造業(yè)分布的影響,全球的高溫合金主要消費地集中在歐美等航空制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家或地區(qū),特別是在航空制造業(yè)最為發(fā)達(dá)的美國;中國及其他各地高溫合金的消費量比較小。據(jù)統(tǒng)計,世界高溫合金消費市場中,美國占比48%;其次為歐洲,占比25%;亞洲地區(qū)消費占比則為22%左右,其他地區(qū)為5%。
高溫合金未來市場增量主要來自中國
全球市場看,航天航空對高溫合金需求持續(xù)上升,各國基于安全戰(zhàn)略的考量,均會加強(qiáng)對高溫合金的需求。不過,美國、歐洲的高溫合金市場已經(jīng)較為成熟,未來的市場增量主要來源于中國,目前中國高溫合金市場規(guī)模年增速保持在20-30%。故整體看,全球高溫合金依舊能保持較快的增長速度,前瞻預(yù)計,到2024年,全球高溫合金市場規(guī)模可達(dá)到173億美元。
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