从“中国制造2025”和“新材料十三五”规划 ——谈高温合金未来发展

一、从“中国制造2025”和“新材料十三五规划”谈起

2015年5月，国务院发布了《中国制造2025》发展战略，其将作为纲领性文件指导我国工业未来十年的发展。文件内容提出了围绕我国制造业发展，重点实施五大工程，关注十大领域。经过笔者对照分析，“五大工程”中有三大工程涉及高温合金内容。“十大领域”中，航空航天装备、电力设备及新材料三大领域也将涉及到高温合金的内容，这足以看出高温合金产品在未来国家科技发展和国民经济方面的重要地位。

材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。呼之欲出的《新材料产业“十三五”发展规划》是指导未来五年新材料产业发展的纲领性文件，是配置政府公共资源和引导企业决策的重要依据，对于未来我国工业进步、装备升级换代、材料发展有着重要的指导意义。因此，预测和解读新材料“十三五”规划内容，对于高校、企业的科研方向把握、产业升级、资金投向有着重要的前瞻性意义。

根据相关信息报道，新材料产业“十三五”规划将重点围绕“升级基础材料、发展战略材料以及遴选前沿新材料”三个层面出发，对“十三五”期间我国新材料产业发展作出细致规划。作为规划内容中必不可少，而且非常重要的一个层面，战略高端材料将涉及海洋工程、轨道交通、航空航天、核电、新能源等战略新兴产业。我们可以看到，特别是在航空航天、核电等新兴产业领域，以高温合金为代表的一系列特殊合金，由于一直以来受到国外技术封锁、或高价格限制，已经成为我国工业进步和发展的“瓶颈”和短板。因此，从国家层面来讲，已经逐渐重视这一问题，并投入大量的人力和资金。总而言之，我们坚信在“新材料十三五规划”内容中，高温合金必然将是一大亮点和重点关注的方向。而且笔者坚信，在未来至少10~20年的时间里，高温合金仍然将作为国家战略材料，获得人力、资金投入，不断发展和进步。因此，本文接下来将主要综述下高温合金的需求和应用情况。

二、高温合金需求情况

高温合金材料最初主要应用于航空航天领域，由于其有着优良的耐高温、耐腐蚀等性能，逐渐被应用到电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，从而大大的拓展了高温合金材料的应用领域。因此，高温合金的市场需求也逐步扩大和增长。

据权威机构统计，综合考虑军用和民用飞机的新增与替代需求，航空发动机市场未来20年对应高温合金的需求空间大约为864亿元，未来20年该领域高温合金需求的年复合增速将达到12.15%，考虑到大飞机项目等国产化进程的时间，2017年将是行业爆发期。另一方面，汽车发动机领域是短期有望继续保持快速增长领域，据估算2020年汽车领域对应的高温合金总用量约为1.67万吨，7年复合增速达到20.9%，将是未来高温合金发展最为迅速的民用领域（见表1）。

表1  2013年-2020年汽车领域高温合金总需求及增速：吨

另外，值得关注的一个需求增长点来自高端和新型高温合金领域，主要体现在以下两个方面：

第一，我国发展自主航空航天产业研制先进发动机，将带来市场对高端和新型高温合金的需求增加。

第二，我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造集团在生产规模和生产技术等方面近年来有了较大提高，拉动了对发电设备用的涡轮盘的需求。正在进行国产化研制的新一代发电装备－大型地面燃机（也可作舰船动力）取得了显著进展，实现量产后将带动对高温合金的需求。同时，核电设备的国产化，也将拉动对国产高温合金的需求。

三、高温合金应用情况

 1）航空航天方面应用

在航空航天领域，高温合金主要应用于制造发动机涡轮热端部件，即涡轮盘、涡轮导向叶片、涡轮工作叶片燃烧室和加力燃烧室的各种零部件。另外，值得一提的是，在某些高性能的发动机中，高温合金也用于制造压气机后端的盘和转子叶片等。表2给出了航空发动机不同部件用高温合金牌号。

表2 航空发动机用高温合金材料

2）电力、能源方面应用

在电力、能源方面，高温合金主要应用于制造工业烟气、燃气轮机热端部件，主要包括涡轮盘、动叶片、静叶片等。与航空发动机相比，工业燃气轮机对高温合金的要求，除了良好的蠕变强度、疲劳强度等高温强度和良好的塑性这些共同点外，燃气轮机还有独特的要求：（a）抗热腐蚀性能要求高；（b）工作寿命长，工业用燃气轮机要求几万至几十万小时的寿命。因此，为满足工业燃气轮机要求，需要发展力学性能好、组织稳定的涡轮叶片和导向叶片用抗热腐蚀高温合金。表3 为某型号燃气轮机不同部位用材情况。

表3 燃气轮机用部分高温合金牌号

 3）汽车用高温合金

汽车涡轮增压器、发动机排气管、内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓以及热发生器等装置零部件需要高的高温力学性能，因此这部分也是高温合金材料重要的应用领域，其中汽车涡轮增压器又是最主要的车用高温合金应用领域。涡轮增压器是高端乘务车、重型卡车及特种装备车辆（搅拌车、吊车、高空车等）中必备的部件，由于涡轮端工作温度高，均采用高温合金。目前国内大量使用的增压涡轮材料是自行研制的K213，K418，K419和K4002等铸造高温合金，国外用于增压涡轮的材料有Inconel713C，GMR235，MAR-M247，MAR-M246，X40等。

此外，高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有广泛的用途。在玻璃工业中应用高温合金零件多大十几种，如：生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管大轴、端头和通气管等。

总而言之，对于高温合金材料而言，这是一个最好的时期，也是一个最坏的时期。希望此文能对愿意从事该领域研究、生产、投资的广大朋友有所帮助。