本文導讀目錄：

1、GH3039

2、高溫合金產業研究：產業升級疊加國產替代加速行業發展

GH3039

　　1.1實驗材料與刀具，1、切削實驗，2、分析，單因素銑削力測量實驗結果，如圖2所示。

　　根據銑削力曲線可以看出，在銑削過程中Fx與Fy遠大于Fz，其中速度對Fx影響最大，x向銑削力隨速度的增加而減小，這是因為隨著切削速度的提高，材料的熱軟化等因素造成的，對銑削力特征分析可知。

　　Fy主要反映工件的回彈，隨著切削速度的提高，后刀面對已加工表面的擠壓程度隨之增加，故在一定程度上會導致Fy的增加(圖2a)，隨著每齒進給量的增加。

　　銑削力均呈增加的趨勢(圖2b)，因為進給量增大，切削厚度增大，所以切削面積增大，力量也隨之增大。

　　隨著側吃刀量的增加，刀具和工件接觸的圓弧長度增加，使刀具的銑削面積增大，從而刀具和工件間的摩擦力增大(圖2c)，通過銑削實驗對高溫合金GH3039進行了分析探討，得到了GH3039銑削力隨切削參數變化的規律，建立了銑削力的經驗公式，并進行了實驗驗證。

　　實驗結果為進一步研究GH3039刀具磨損、切屑形態，目前，國內外學者對GH4169(Inenel718)、K，然而針對GH3039的銑削加工依然缺乏系統的研究工，在實際生產時需借鑒其他類型高溫合金材料的生產經驗，限制了實際的加工效率及加工精度，增加了加工成本。

　　為了保證生產的正常進行，對其加工性能進行研究就具有非常重要的意義，0、引言，為驗證公式(1)的準確性，選取4組數據進行校驗，結果如表3所示。

　　經計算，Fx和Fy的平均相對誤差分別為9.76%和9.83，兩者均小于10%，說明理論公式預測值同實驗測量值符合的較好，因此，x、y方向銑削力經驗公式在當前的加工條件下是適用的，Fz平均相對誤差δz為80.02%。

　　遠遠大于10%，因此，z向銑削力經驗公式不適合當前的加工條件，因z向銑削力比x、y向銑削力小很多，在實際加工中可將其忽略，1.3實驗方案，GH3039是一種多元合金。

　　其主要化學成分如表1所示，GH3039高溫合金切削性能較差，為保證表面加工質量，降低加工成本，對其切削加工過程進行分析研究。

　　試樣尺寸為75mm×38mm×34mm，其中，Kx、Ky、Kz為修正系數，根據表2，采用多元線性回歸分析的方法，建立GH3039材料銑削力經驗公式，應用多元線性回歸法進行擬合，可得出指數形式銑削力公式:。

　　3、結束語，實驗機床為奧地利MC120－60型數控立式加工中心，主軸功率22.5kW，轉速為50～12000r/min，刀具采用直徑為8mm的SANDVIK整體硬質合金立，刀齒數為3，測試系統采用型號為9257B的三向KISTLER測。

　　如圖1所示，其中，Fx、Fy、Fz分別為軸向力、徑向力和切向力，2.2建立銑削力經驗公式，1.2實驗設備及參數，2.1切削參數對銑削力的影響，硬質合金刀具具有良好的韌性和導熱性，已廣泛應用于高溫合金的切削加工。

　　該種材料刀具在切削高溫合金材料時切削速度一般為10，當速度超過30m/min時，切削區溫度升高，容易導致材料軟化和刀刃變形，使刀具失效，GH3039是我國1958年為配合航空發動機的生產。

　　通常用作燃燒室中的火焰筒材料，GH3039具有優異的綜合性能，但切削加工性差，主要表現在切削力大、加工硬化現象明顯、刀具磨損快等，高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上高溫抗氧化或抗腐蝕，并能在一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。

　　其主要特點是含有較多的高熔點、高激活能量合金元素，并具有優良的熱強度、熱穩定及熱疲勞性能，高溫合金廣泛應用于航空、航天、艦船、動力及石油化工，是火箭發動機和航空噴氣發動機中的關鍵材料，銑削力經驗模型為:。

　　在研究GH3039高溫合金銑削性能時，銑削方式為順銑，實驗選取高于常規值的切削參數，銑削方案為:一是針對切削參數(vc，fz，ae)的單因素實驗，分析切削參數對銑削力的影響，切削速度vc取30、40、50、60、70、80m。

　　每齒進給量fz取0.02、0.04、0.06、0.，側吃刀量ae取0.6、0.7、0.8、0.9、1.，二是4因素4水平正交實驗，如表2所示，其中。

　　ap為背吃刀量。

高溫合金產業研究：產業升級疊加國產替代加速行業發展

　　渦輪葉片是渦輪發動機中工作條件最惡劣也是最關鍵的部，在承受 高溫的同時要承受很大的離心應力、振動應力、，渦輪導向 葉片用來調整燃燒室出來的燃氣流向，是渦輪發動機上承受溫度最 高、熱沖擊最大的零部件，渦輪葉片和導向葉片一般采用定向晶、單 晶高溫合金，相比于民用航空發動機。

　　軍用航空發動機渦輪級數更少，例如 PW 公 司提供給 F-22 戰機的 F11，僅有 1 級高壓渦輪和 1 級低壓渦 輪，以每級各需要 100 片渦輪葉片和導向葉片估算，單臺航空發動機 所需渦輪葉片和導向葉片共約 400，2020 年。

　　國內汽車產量達 2522.5 萬輛，根據每萬輛汽車渦輪增壓器 高溫合金用量約為 3.5，2020 年汽車領域的高溫合金用量達到 8829 ，定向凝固高溫合金是通過定向凝固技術制備出晶界平行于，定向凝 固工藝始于 20 世紀 60 年代中期，美國 P&W 公司發明了這一工藝并 用于生產鎳基合。

　　可提高葉片工作溫度約 50℃，我國定向凝固柱晶高溫合金的研制始于 20 世紀 7，目前已研制和生產了多種定向凝固柱晶合金，并在多種型號的發動機上使用，核工業使用的高溫合金可以分為堆內使用和堆外使用兩類。

　　堆內使用 材料需考慮其輻照性能，結構材料多采用耐輻照性能更好的鋯合金，包括燃料元件包殼材料、燃料棒定位格架條帶等，格架條帶彈簧雖采 用鎳基高溫合金但整體用量不大，堆外蒸發器“U”形管材料為鎳基高溫合金 GH690，1400MW 功率的 CAP1400 機組蒸發器“，航空發動機的成本主要由原材料成本、勞動力成本兩部分，占比 分別為 40%-60%、25%-35%。

　　航空發動機使用的原材料主要是高溫合 金、鈦合金等，其中高溫合金價值占比約為 35%，高溫合金占航空發 動機成本的 14%-21%，國內高溫合金材料利用率亟待提升，國外薄壁類環件零件用毛坯的成形 采用精密軋制加脹形，鍛件形狀與零件非常接近。

　　材料利用率很高，而國內環件零件用毛坯大部分采用矩形截面的軋環，材料利用率很低，特別是機匣類零件材料利用率不足 10%，目前雖有部分鍛件已采用異形 截面的軋環，但無論從形狀相近程度還是余量上均與國外存在著很大的，國外已經采用環件軋制方法來生產薄壁環件。

　　環件精確輾軋技術 具有精化程度高、整體成形等優點，如美國 IN718 合金高筒薄壁環材料 利用率達 ，高溫合金材料利用率的提升將有助于緩解國內高 溫合金，目前我國燃氣輪機整體水平與國際先進水平相差很大，尚未形成嚴格 意義上的燃氣輪機產業。

　　遠未具備先進燃氣輪機自主開發和制造的能 力，總體水平落后 20～30 年，在重型燃氣輪機方面，與國外相比，我國主要差距是沒有掌握核心設 計技術、熱端部件制造，從核心技術自主研發綜 合能力角度看，全行業整體大大落后于國際先進水平，K418 合金是用量較大的鑄造高溫合金。

　　已廣泛應用于制作航空、地 面和海上燃氣輪機渦輪工作，航天彈用發 動機的整鑄渦輪轉子和導向器，以及柴油機和汽油機增壓渦輪，K4169 合金由變形高溫合金 GH4169 發展，具有含鈮、鐵量高的 顯著特點，在很寬的中低溫度范圍（-253~650℃）具有較高，2003 年至 2013 年。

　　通過三次打捆招標以及后續招標，東方、哈爾濱、南京、上海等 動力設備制造企業分別引，進行本地化制造，經過國產化四個階段和合資熱部 件企業，完成重型燃機的整機生產，在航改型燃氣輪機方面。

　　我國目前形成批量生產的只有 1993 年從烏 克蘭，1998 年開始以 QC280 型號進行 國產化，在 2003 年裝備 052B“武漢”驅逐艦試用，目前 QC280 已交 付 70 多臺，返廠修理周期為 5000h，而歐美同功率級別的燃氣輪機返 廠維修周期達到 25。

　　兩者差距較大，該型燃氣輪機的穩定性也遠 不如歐美的產品，（報告來源：未來智庫），中國航空發動機集團有限公司四川燃氣渦輪研究院、中國，在 2010 年第八屆珠海航展上，中國 航天科工集團第三研究院展示了 CTJ-1 和，宣傳資料顯示，CTJ-1 發動機。

　　推力級別為 110daN，主要由 1 級離心壓氣機、折流環形燃燒室和 1 級，具有體積小、重量輕、結構緊湊、可靠性高的特點，已用于 C705 反艦導 彈，CTJ-2 發動機，推力級別為 400daN。

　　采用 3 級軸流壓氣機、直流環 形燃燒室和 1 級，結構簡單、推重比大、抗進氣畸變能力強，已在 C802 系列反艦導彈上成功應用，（2）渦輪葉片和導向葉片：定向晶、單晶鑄造高溫合金，國內增壓器渦輪毛坯主要是以精密鑄造為主的鎳基高溫合，我國廣 泛使用的渦輪材料是自行研制的 K213、K，鑄造高溫合金由于其具有足夠的熱強度、熱穩定性、良好。

　　單晶高溫合金是采用定向凝固和選晶(籽晶)技術制造的，柱晶和單晶高溫合金的生產難度大，但可有 效提升發動機葉片的服役性能，單晶葉片配合有效的防護涂層，可使 航空發動機推重比達到 10，目前先進發動機渦輪葉片均采用單晶高溫 合金，用作渦輪盤的高溫合金為屈服強度很高、細晶粒的變形高。

　　渦輪盤常用變形高溫合金包括 GH4133A、GH4，隨著鎳基高溫合金成分日趨復雜、零件尺寸不斷增大，傳統的高合金 化鎳基高溫合金渦輪盤材料合金中偏析嚴，組織不均勻，熱工藝性 能惡化，常規鑄造和變形工藝都無法滿足新型發動機對盤件的需要，利用粉末冶金技術生產高溫合金。

　　可以使合金晶粒細小、偏析輕、成 分均勻、性能大幅提，北京航空材料研究院研制的鑄造高溫合金約占全國鑄造高，成為我國鑄造高溫合金系列的主體部分，其中 K401 合 金是在 1958 年由張祖謙等，用于當時 的 WP6 發動機制作渦輪導向葉片，開創了我國研究鑄造高溫合金的 歷史，其他鑄造高溫合金研制單位還包括鋼鐵研究總院、中科院，葉片材料方面。

　　燃氣輪機葉片的工作環境在某些方面較航空發動機葉 片，燃氣含硫、鈉等雜質，造成熱腐蝕，對高溫合金部件破 壞作用大，燃機葉片壽命通常達幾萬乃至幾十萬小時。

　　承受基本載荷 的時間長，重型燃氣輪機葉片尺寸大、質量大，因此，燃氣輪機用高 溫合金需要具有更好的耐熱腐蝕性能、長，航空發動機的壓氣機機匣、渦輪機匣、結合環、安裝邊、，按 價值計算，航空發動機環形鍛件約占航空發動機價值的 6%，渦輪后機匣、預旋噴嘴、發動機燃燒室浮動壁瓦塊、前置。

　　目前，大型復雜薄壁高溫合金精密鑄件已成功應用于 CFM5，高溫合金材料最初主要應用于航空航天領域，由于其有優良的耐高 溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應用到電力、汽車、冶金、玻璃制造、原 子能等。

　　從而大大的拓展了高溫合金材料的應用領域，隨著 高溫合金材料的發展，新型高溫合金材料的出現，高溫合金的市場需 求處于逐步擴大和增長狀態，當前，全球每年高溫合金需求約 28 萬噸。

　　被廣泛應用于航空航天、 艦船、兵器、核電、超超臨界，其中航空航天領域用量最大，占總需求量的 55％，其次是工業燃氣輪 機（20%）和艦船（10%）等，2.1 航空發動機：高溫合金最主要的需求，（報告出品方/作者：方正證券，鮑學博）。

　　根據航發集團“三輕一重”燃氣輪機產品發展規劃，用于常規分布式 發電的 7MW 級 QD70 輕型，15MW 級 QD185 燃氣輪機預計在 2025，船 用型完成研制，可用于整體煤氣化聯合循環發電（IGCC）電站的 1，用于管道增壓/發電用的 30MW 級 QJ/QD2，渦輪發動機可用于先進巡航、反艦和空地導彈上，一般具有低成本、小 尺寸、短壽命的特點。

　　以渦輪噴氣和渦輪風扇作為主發動機的導彈具有 明顯優，相比固體火箭發動機，可顯著提升導彈射程，美國、法國、 俄羅斯、烏克蘭、以色列、土耳其、日本，相繼推出了多種型號并投入使用，定 向空心無余量復雜型腔的渦輪葉片已在先進航空發動，按原有普通鑄造合金成分，與定向凝固技術相結合而發展的合金。

　　例 如 DZ3、DZ5 等，分別是在普通鑄造高溫合金 K403 和 K405 ，采用定向凝固技術研制而成的定向凝固鎳基鑄造高溫合金，DZ3 合金與普通鑄造合金 K403 比，750~850℃的拉伸塑性提高 2~3 倍。

　　持 久強度提高 60~130MPa，熱疲勞壽命提高近 100 倍，僅考慮乙烯裂解爐管需求，“十四五”對高溫合金需求預計在 4.41 萬 噸，“十三五”期間，中國乙烯產能從 2200 萬噸/年增加 60%至 。

　　2020 年，恒力石化、寶來石化、中化泉州等大乙烯項目先 后投產，中國乙烯產能大幅提高，總產能較 2019 年增長 21%，“十四 五”期間，國內新增乙烯產能約高達 3832 萬噸/年，新建產能較“十 三五”高出 191%，一般一臺 10 萬噸產能的乙烯裂解爐中裂解爐管為 。

　　據此估算，“十四五”新建乙烯產能所需裂解爐管為 22992 ，根據乙烯生產設備的運行周期，每 5-6 年左右需進行一次大修，預計“十四五”期間，共有 21108 噸存量乙烯設備存在備件需求，合 計達 44100 噸。

　　對于渦輪盤，重型燃氣輪機渦輪盤尺寸遠大于航空發動機渦輪盤，對 于材料成型性能和耐高溫性能的匹配要求更高，例如，采用 GH4698 等僅能制造直徑達 1200mm，重量不超過 2t 的輪盤鍛件，而采用 GH2674 和 In706 合金雖然可以，但缺點是使用溫度低、長期穩定性差。

　　因此，燃氣輪機用 高溫合金與航空發動機用高溫合金材料各自，也有交叉之處，2.1.1 航空發動機熱端部件對高溫合金的需求各不，燃氣輪機是繼蒸汽輪機和內燃機之后的新一代動力裝置，具有熱效率 高、經濟性好、機動性好、可靠性高、壽命，燃氣輪 機可分為三類：1)微型燃氣輪機，主要替代柴油機用于機車和坦克。

　　2)輕型燃氣輪機，功率在 1MW 以上、50MW 以下，應用于循環發電、 石油和天然氣的管道運輸，鋼廠的焦爐廢氣再次燃燒，以及艦船等，歐美艦艇燃氣輪機裝配率在 50％以上，3)重型燃氣輪機，功率在 50MW 以上。

　　主要用于大型艦船和區域發電，燃氣輪機的結構與航空發動機相近，其渦輪盤、渦輪葉片、渦輪機匣 等需要高溫合金來制造，1.3 粉末高溫合金：主要用于高壓渦輪盤等，1.2 鑄造高溫合金：合金化程度更高。

　　用量少而精，2.3.1 汽車渦輪增壓器，渦輪增壓器技術在汽車工業中的廣泛應用已成為提高發動，渦輪增壓器能夠增加空氣 密度，增加氣缸內的進氣量，提高發動機熱效率，從而提高發動機的 輸出效率，汽車渦輪增壓器的工作溫度約 600℃。

　　是高溫合金的應用 領域之一，國外渦輪增壓技術已趨于成熟，在軍事、農業、民用等領域取得了極 大進步，國外用于增壓渦輪的材料主要包括 Inconel71，國內從事燃氣輪機研制生產的單位主要包括：東方汽輪機，變形高溫合金的熱加工塑性較好，可以在鍛軋機械的外力作用下塑性 變形為特定形狀和尺。

　　在固溶、時效狀態下的高溫強 度優異，其需求量約占高溫合金的 70%，在航空、航天、核工程、能 源動力、交通運輸、石油化，不同的變形高溫合金牌號對應的化學成分存在差異，針對航空航天、 艦船、能源電力、燃氣輪機、石油石化，其所側重的使用 性能也不同，主要的性能要求有高溫熱穩定性能、抗疲勞蠕變性能、 ，（1）燃燒室：以變形高溫合金為主。

　　2.1.2 航空發動機對高溫合金材料的需求估算，繼高溫合金在民用工業的一些領域，如柴油機增壓渦輪、煙氣輪機葉 片和盤、冶金軋鋼加熱，近年來，高溫合金應用面不斷擴大。

　　特別是耐高溫耐腐蝕合金在石油 化工、玻璃和玻纖以及，高溫合金主要應用于石化、冶金、玻璃、熱處理等行業所，其使用溫度可達 1000℃以上，精選報告來源：【未來智庫】，未來智庫 - 官方網站，在使用過程中發現問題后調整成分研制而成的合金，如 DZ4 合金，是 在 DZ3 用于薄壁葉片在鑄造過程中暴露出較嚴。

　　根據合 金化原理和凝固理論，綜合考慮合金強度、可鑄性、組織穩定性、抗 腐蝕性等，重新研制的合金，DZ22、DZ002、DZ125、DZ17G 等合，其中 DZ22 合金 化學成分和力學性能水平與美國。

　　該合金已經投入批量生產，2.3.2 核工業，加力燃燒室尤其是噴管部分占發動機總重量的大約 1/，作為加力燃 燒室機匣和筒體的主要材料為鎳基高溫合金，以變形高溫合金為主，未來有望向更低密度的金屬間化合物Ti3Al、Ni3。

　　高溫合金材料屬于航空航天材料中的重要成員，是制造航空航天發動 機的重要材料，發動機的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料 的，高溫合金是制造航空航天發動機熱端部件的關鍵材料，在先進的航空發動機中，高溫合金用量占發動機總重量的 40%~60%，高溫合金主要用于航空發動機四大熱端部件：燃燒室、導。

　　此外，還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部 件，（報告來源：未來智庫），2.3.3 導彈，2020 年。

　　航發動力的航空發動機業務營業收入為 261.63 ，毛利 率為 14.81%，則其航空發動機成本為 222.88 億元，假設高溫合金占 營業成本的 18%，則航發動力對高溫合金的需求為 40.12 億元，按照 高溫合金 20 萬/噸的價格計算。

　　我們估算，2020 年航發動力對高溫合 金原材料的需求量為 ，等軸晶鑄造高溫合金指用傳統的熔模鑄造方法制備鑄件的，其晶粒組織為等軸晶，具有制造成本低、中低溫力學性能優異等優 點，被廣泛應用于航空、航天等領域。

　　可在-235~1050℃使用，常 用于制作航空發動機擴壓器和機匣等大型復雜結構件，結構復 雜化、尺寸精確化和薄壁輕量化是其發展趨勢，ODS 高溫合金使用溫度在 1000~1350℃，可用于制造 航空航天發動機關鍵部件。

　　也可用于制造火力發電系統、煤轉化系統 （煤氣化爐），由于 ODS 高溫合金 具有良好的高溫性能，已成為制作先進航空發動機的一種重要材料，固溶強化型 ODS 合金可以用于燃燒室、加力燃燒室，其中有些還可用做導向葉片，沉淀強化型 ODS 合金可用做渦輪 葉片和導向葉片，用做低應力部件時。

　　ODS 合金可工作在 1300℃以 上，用做高應力部件時，最高工作溫度可達 1200℃，國內最為常用的變形高溫合金 牌號包括 GH4169，GH4169 對應于美國著名的 IN718 合金，該合金具有較好的高溫力學 性能、良好的熱工藝和焊接。

　　目前在航空發動機渦輪盤、葉片、 石油管道、核工業結，年產量占據整個變形 高溫合金總產量的 45%以上，其中美國 GE 公司所有發動機產品的關 鍵旋轉類零，（報告來源：未來智庫），連續纖維增強陶瓷基復合材料，這種材料通過陶瓷或碳纖維增強。

　　能 夠使裂紋在基體開裂過程中發生偏轉，或者通過纖維拔出、斷裂等方 式來消耗形變能，從而提高材料的塑韌性，目前處于研發或應用的連 續纖維增強陶瓷基復合材料主，碳/碳復合材料是一種新型的高溫材料，在高溫下具有優良的力學性 能，特別是其力學性能隨溫度升高而升高。

　　（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議，如需使用相關信息，請參閱報告原文，）。

　　加力燃燒室是航空發動機的重要部件，能大幅增加發動機推力，渦噴 發動機采用加力燃燒室，推力增大比可達 40％～50％，渦扇發動機采 用加力燃燒室。

　　推力增大比可達 60％~70％甚至更高，采用加力燃燒 室能大幅增大發動機的單位迎面推力和推，全面改善飛機的機動 性并擴大飛行包線，提高殲擊機的制空能力，因此，加力燃燒室在軍 用飛機的發展中占有重要地位，高溫合金返回料的應用亟待加強，高溫合金精鑄件的收率通常為 20%~30%。

　　某些形狀復雜的零件甚至只有 10%，即 70%以上的高溫合金 產品是以料頭、澆道、冒口，統稱為高溫 合金返回料，根據再利用方式，鎳基高溫合金返回料分為 4 類：1)原 級使用返回，經熔煉后和新料一樣用于制備零件，2)搭配使用返回 料。

　　以一定比例和新料混合熔煉合金，3)降級使用返回料，降低成分 或性能要求以制備低級別合金，4)通過濕法或火法冶金提取返回料中 有價金屬元素，早在 20 世紀 90 年代。

　　美國已經能將高溫合金返回料 的 70%實現同級使用，20%降級使用，剩余 10%用于提取有價金屬元 素，我國的高溫合金返回料降級使用率較高，造成了嚴重的資源浪費。

　　鑒于鎳基高溫合金返回料的高回收價值及其含有的眾多稀，加 強其回收再利用對緩解我國鎳資源短缺具有重要意義，2.3.4 石化冶金，金屬間化合物是指金屬元素之間或金屬元素與類金屬元素，通過共價鍵形成的化合物，具有優異的耐高溫、抗氧化、耐磨損性能，與 陶瓷材料相比，雖然其耐溫性不如陶瓷材料。

　　但具有比陶瓷材料更加 優異的導熱性能，金屬間化合物種類很多，目前研究應用較多的有 Ti-Al 系、Ni-Al ，其中以 Ti-Al 系金屬間化 合物的應用研究最為，ODS 高溫合金是采用獨特的機械合金化（MA）工藝。

　　使高溫下超穩 定的超細氧化物彌散強化相均勻地分散于，而形成的一種 特殊高溫合金，燃燒室是發動機各部件中溫度最高的區域，燃燒室內燃氣溫度可高達 1500-2000℃，作為燃燒室壁的高溫合金材料需承受800-900℃的，局部甚至高達 1100℃以上，除需承受高溫外。

　　燃燒室材料還應能承受 周期性點火啟動導致的急劇熱疲，用于制造燃 燒室的主要材料有高溫合金、不銹鋼和結構，其中用量最大、最為 關鍵的是變形高溫合金，高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在 600℃以上的高溫及一定應力 作用下長期工作，其具有優異的高溫強度、良好的抗 氧化和抗熱腐蝕性能，又被 稱為“超合金”。

　　高溫合金按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫，鎳基高溫合金的應用范圍較廣，需求量約占高溫合金的 80%，高溫合金按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金，其中，變形高溫合金約占高溫合金總需求的 70%。

　　鑄造高 溫合金約占 20%，粉末高溫合金約占 10%，（3）渦輪盤與高壓壓氣機盤：變形高溫合金、粉末高溫，高溫合金材料國產化率有望提升，目前我國高溫合金生產企業數量有 限，生產能力與需求之間存在較大缺口。

　　尤其是在燃氣輪機等領域的 高溫合金主要還依賴進口，另外，我國高溫合金生產水平與美國、俄 羅斯等國有著較大差，在高端產品供應上無法滿足應用需求，2.3 其他領域，另外，采用合金設計法與試驗研究相結合研制的相當于國外第二，也取得了可喜進展。

　　已被選用作為先進航空發動機的高壓渦輪葉片材料，21 世紀初，北京航空材料研究院研制了第三代單晶高溫合金 DD9，DD9 合金的力學性能與國外第三代單晶高溫合金 C，并開始探索第四代單晶高溫合金，1.4 其他高溫材料，針對國內發動機需求，國內開展了第三代粉末高溫合金的研制工作。

　　研制的合金包括鋼鐵研究總院的 FGH98 合金、北，與美國相比，國內第三代粉末高溫合金研制工作尚屬于起步階段，FGH95 的最高使用溫度為 650℃，主要用于制備發動機的渦輪盤擋板 以及直升機用渦輪盤，FGH95 是我國第一個獲 得應用的粉末高溫合金，FGH96 的強度比 FGH95 合金略低，但裂紋 擴展速率更低。

　　使用溫度為 750℃，是制備先進發動機渦輪盤等熱端 部件的關鍵材料，FGH97 合金具有高持久強度、高蠕變抗力、低裂紋，使用溫度為 750℃，是制備先進發動機渦輪盤、軸、 環類件等熱端部件的關，渦輪盤在四大熱端部件中所占質量最大，渦輪盤是航空發動機上的重要轉動部件，工作溫度一般輪緣為 550-750℃。

　　輪心為 300℃左右，徑向的熱應力較大，此外，盤件質量重達幾十至上百千克，且帶著葉 片旋轉，要承受極大的離心力作用。

　　在啟動與停車過程中又構成周期 性的大應力低周疲勞，隨著我國軍機數量不斷增長以及航空發動機國產化率不斷，我們 預計，軍用航空發動機對高溫合金的需求將保持快速增長，未來我國 商用航空發動機成熟后。

　　將對高溫合金需求帶來進一步的增長，航空航天放量與制造業轉型升級推動高溫合金需求較快增，綜合第 二章的分析，僅考慮國內航空發動機、燃氣輪機、冶金化工、汽車渦輪，我國對高溫合金的年需求量就已超過 3 萬噸，隨著“十 四五”我國航空發動機等軍品不斷放量、燃氣，國內高溫合金需求量有望保持較快增長。

　　根據國家能源局信息，“十四五”期間，我國將建成華龍一號、國和 一號、高溫氣冷堆示范工程，積極有序推進沿海三代核電建設，核電運行裝機容量達到 7000 萬千瓦，根據中國核能行業協會數據。

　　截至 2021 年 9 月 30 日，我國運行核電機組 52 臺（不含中國臺灣地區），裝機容量為 53486MW，據此推算，“十四五”期間核電站新增裝機容 量需求 16514，按每臺 1400MW 機組需 130 噸“U”形管。

　　共需“U”形管約 1533 噸，（4）渦輪機匣、環件等結構件：變形和鑄造高溫合金并，21 世紀，發電設備和重要軍事設備動力以燃氣輪機及其聯合循環為，未來艦船動力和坦克動力均采用燃氣輪機將是趨勢，燃氣輪機產 業水平將成為一個國家產業先進程度的標志，發達國家工業燃氣輪機 與航空發動機的銷售額比例為 ，目前我國發動機行業工業燃氣輪 機的比例還很小。

　　石化冶金行業用高溫合金一般價格較低，毛利率也相對較低，鋼研高 納控股子公司新力通 2016 年所銷售裂解，整體毛利率為 35.42%，圖南股份為化工領域提供的 GH2132 棒材類等變，低于其變形高溫合金綜合單價 14.26 萬/噸，毛利率為 12.05%，低于公 司變形高溫合金整體 24.41%的毛利率。

　　我國也研制成功一系列單晶高溫合金，并獲得實際應用，其中，北京 航空材料研究院于 20 世紀 80 年代研制，該合金具有國外第一代單晶高溫合金的性 能水平，隨后，鋼鐵研究總院研制的 DD402 單晶葉片在某航空發。

　　中國科學院金屬研究所研制了我國第一個 抗腐蝕單晶高，用作艦艇發動機渦輪葉片材料，鋼鐵研究 總院研制的 DD407 單晶葉片通過了某，DZ125 合金是仿美國第一代定向凝固高溫合金 D，是當前性 能水平最高的定向凝固高溫合金之一。

　　合金具有良好中、高溫綜合性 能、優異的熱疲勞性能，DZ6 合金是我國新研制的第二代定向凝固高溫合金，其拉伸性能、持久 性能達國外第一代單晶和第二代定向，合金有良好鑄造性 能，可用于制造不同尺寸的定向空心渦輪葉片。

　　渦輪機匣是航空發動機的承力構件，具有傳遞相鄰部件負荷、構成燃 氣通道和固定導向葉片，用作機匣的主要有變形高溫合金 GH738、GH41，粉末高溫合金是一種新型高溫合金，一般是將高合金化、難變形的高 溫合金用各種方法制成。

　　然后采用熱等靜壓或熱擠壓等方法進一 步制成坯料，最后制成渦輪盤等零件的工藝，粉末高溫合金消除了偏 析，改善了熱加工性，提高了高溫合金的組織均勻性等指標，目前，粉末高溫合金已成為高性能航空發動機渦輪盤的首選材料，我國粉末高溫合金的研究起步于 20 世紀 70 年。

　　在后續的發展 過程中，根據國家型號需求，陸續開展了 FGH95 合金、FGH96 合金、 ，2.2 燃氣輪機：國產化任重道遠，未來對高溫合金需求有望快速提升，將碳/碳復合材料應用于航 空發動機將產生以下幾個效，提高發動機推重比/ 功重比。

　　2)提高熱端部件工作溫度，提高發動機熱效率，3)減少冷空 氣的使用，提高發動機效率，近年來。

　　碳/碳復合材料已經逐步地應用 于航空發動機部件：美，并已經完成了地面超轉試驗，美國 F100 航空發動機的噴嘴 和加力燃燒室噴管，此外，俄羅斯、德國、 法國也已經制造出碳/碳復合材料的渦。

　　渦輪盤用高溫合金占發動機總質量的 5%到 20%，以單個航空發動機 重量 1500kg、渦輪盤用變形，渦輪盤重量為 150kg，假設在生產制造過程中，變形高溫合金材料利用率為 10%。

　　則單臺航空發動機用于制造渦輪盤的變形高溫合金棒材需，鑄造高溫合金是合金原材料經過精煉后形成成分精確的母，然后 再通過真空重熔澆鑄成型的一種高溫合金，相對變形高溫合金，使用 溫度和強度更高。

　　合金化程度也更高，用量少而精，主要用于制備形 狀比較復雜的產品，鑄造高溫合金按照凝固結晶組織不同，還可以分為等軸晶鑄造高溫合 金、定向凝固柱晶高溫合，其使用性能和制備難度 依次提高。

　　特別是隨著高溫合金成分日趨復雜、零件尺 寸不斷增大，粉末冶金高溫合金顯示出更大的優越性，是先進航空發 動機高壓渦輪盤等關鍵熱端部件的優選材，普惠公司于 1972 年將 IN100 粉末高溫合，裝備在 F-15 和 F-16 戰斗機上，從此 粉末高溫合金進入了實際應用階段，粉末渦輪盤的使用是先進航空發 動機的重要標志，（5）加力燃燒室：變形高溫合金為主。

　　向金屬間化合物等新材料演變，1.1 變形高溫合金：需求量最大，應用廣泛。