高溫合金的發(fā)展歷史

1. 國際發(fā)展

自20世紀30年代末以來，高溫合金在英國、德國和美國得到了研究。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動機的需要，高溫合金的研究和使用進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。20世紀40年代初，英國首次在80ni-20cr合金中加入少量鋁和鈦形成伽瑪相進行強化，研制出第一種高溫強度鎳基合金。同時，為了適應活塞式航空發(fā)動機渦輪增壓器的發(fā)展，美國開始用維塔利姆鈷基合金制造葉片。

此外，美國還研制了鎳基合金，用于制造噴氣發(fā)動機燃燒室。之后,為了進一步提高合金的高溫強度,冶金學家添加鎢、鉬、鈷等元素的鎳基合金鋁和鈦的含量增加,開發(fā)了一系列品牌的合金,如鎳鉻鈦合金在英國,mar-m和在美國。通過在鈷基合金中加入鎳、鎢等元素，研制出x-45、ha-188、fsx-414等多種高溫合金。鈷基高溫合金由于鈷資源的缺乏，發(fā)展受到限制。

20世紀40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)了a-286和Incoloy901兩個牌號。然而，由于高溫穩(wěn)定性差，自20世紀60年代以來發(fā)展緩慢。蘇聯(lián)在1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”品牌的高溫鎳基合金,然后生產(chǎn)“ЭП”一系列變形高溫合金和ЖС一系列鑄造高溫合金。20世紀70年代，美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造定向晶片和粉末冶金渦輪盤，并研制了單晶片等高溫合金部件，以滿足航空發(fā)動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。

到目前為止，國際市場每年消耗30萬噸高溫金屬合金，廣泛應用于各個領(lǐng)域:近年來，全球航天工業(yè)對新能源飛機的需求量很大。目前，空客和波音有1萬多架這樣的飛機等待交付。精密元件是全球領(lǐng)先的高溫合金復雜金屬部件和產(chǎn)品制造企業(yè)，以及航空航天、化工加工、石油天然氣冶煉和污染防治等行業(yè)的鎳、鈷等高溫合金供應企業(yè)。精密零部件公司是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航空航天企業(yè)指定的零部件制造商。

2. 國內(nèi)發(fā)展

自1956年以來，首次成功地對GH3030高溫合金加熱爐進行了試驗。到目前為止，我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應用經(jīng)歷了60多年的發(fā)展歷程。高溫合金60年的發(fā)展可分為三個階段。

第一階段:1956年至20世紀70年代初，我國高溫合金處于開拓和起步階段。本階段主要是仿照前蘇聯(lián)高溫合金為主要合金系列，如:GH4033、GH4049、GH2036、GH3030、K401、K403等。

第二階段:70年代中期至90年代中期，是我國高溫合金的改進階段。在主階段，對歐美型號發(fā)動機進行試制，改進了高溫合金的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

第三階段:90年代至今，是我國高溫合金發(fā)展的新階段。在這一階段，應用和開發(fā)了一系列新技術(shù)，開發(fā)和生產(chǎn)了一系列高性能、高品位的新型合金。

目前，高溫合金研究單位是鋼鐵研究所、北京航空材料研究所、金屬研究所、中國科學院、北京科技大學、東北大學、西北工業(yè)大學等，主要生產(chǎn)企業(yè)有:中航、凱爾高石有色冶煉、撫順特鋼、特鋼、特鋼及第二重型機械集團公司均通航模鍛(雙)廠等。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了自主研發(fā)高溫合金新材料、新工藝的能力。

高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年，但仍處于發(fā)展階段。由于高溫金屬合金材料領(lǐng)域具有較高的技術(shù)含量，工業(yè)企業(yè)具有較深的護城河。我國高溫金屬合金年需求量在2萬噸以上，國內(nèi)年產(chǎn)量在1萬噸左右，市場容量80多億元，進口占比較大。未來20年，我國各類軍用飛機采購需求將在2800架左右，民用飛機采購量將在5400架左右，相應的高溫合金需求將超過1500億。除了500億燃氣輪機的需求外，僅高溫合金的市場空間就將達到2000億左右。

我國目前的生產(chǎn)能力與需求之間存在兩個缺口:

(1)生產(chǎn)能力不足。目前，我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限，生產(chǎn)能力與需求之間存在較大差距。燃氣輪機、核電等領(lǐng)域的高溫合金主要依賴進口。

(2)高端產(chǎn)品難以滿足應用需求。我國高溫合金的生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國存在較大差距。隨著我國高性能航空發(fā)動機的發(fā)展，高溫合金材料的供應已不能滿足應用需求。