高溫合金的發(fā)展歷史

  1、國際發(fā)展

  從20世紀(jì)30年代后期起，英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動機(jī)的需要，高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。40年代初，英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ'相以進(jìn)行強(qiáng)化，研制成一種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時(shí)期，美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要，開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。

  此外，美國還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動機(jī)的燃燒室。以后，冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號的合金，如英國的“Nimonic”，美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。

  40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金，后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦輪盤，研制出單晶葉片等高溫合金部件，以適應(yīng)航空發(fā)動機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。

  發(fā)展至今，國際市場每年高溫金屬合金消費(fèi)量在30萬噸，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：過去多年，全球航天業(yè)對新能源飛機(jī)需求旺盛，空客與波音已有超萬架此類飛機(jī)等待交付。而精密機(jī)件公司是全球高溫合金復(fù)雜金屬零部件和產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè)，也為航空航天、化學(xué)加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機(jī)件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業(yè)的指定零配件制造商 [1] 。

  2、國內(nèi)發(fā)展

  自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個(gè)階段。

  第一個(gè)階段：從1956年至20世紀(jì)70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401和K403等。

  第二個(gè)階段：從20世紀(jì)70年代中至90年代中期，是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動機(jī)，提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

  第三階段：從20世紀(jì)90年代中至今，是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開發(fā)了一批新工藝，研制和生產(chǎn)了一系列高性能的新合金。

  我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學(xué)院金屬研究所、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等，主要生產(chǎn)企業(yè)有：中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎(chǔ)上，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。

  雖然高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年，但行業(yè)發(fā)展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領(lǐng)域具有較高技術(shù)含量，該行業(yè)企業(yè)擁有較深護(hù)城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上，國內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬噸左右，市場容量超過80億元，其中進(jìn)口占比較大。未來20年我國各類軍機(jī)采購需求在2800架左右，民用飛機(jī)采購數(shù)量在5400架左右，對應(yīng)的高溫合金需求在1500億以上，再加上500億的燃?xì)廨啓C(jī)需求，高溫合金空間一項(xiàng)就有2000億的市場空間即將打開。

  我國生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個(gè)缺口：

  (1)生產(chǎn)能力不足。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缺口，在燃?xì)廨啓C(jī)、核電等領(lǐng)域的高溫合金主要還依賴進(jìn)口。

  (2)一些產(chǎn)品難以滿足應(yīng)用需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距，隨著我國研制更高性能的航空航天發(fā)動機(jī)，高溫合金材料在供應(yīng)上存在無法滿足應(yīng)用需求的現(xiàn)象