1、國(guó)際發(fā)展
從20世紀(jì)30年代后期起,英、德、美等國(guó)就開(kāi)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(dòng)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(guó)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,研制成第一種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時(shí)期,美國(guó)為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要,開(kāi)始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外,美國(guó)還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發(fā)動(dòng)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(hào)的合金,如英國(guó)的“Nimonic”,美國(guó)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(hào),但因高溫穩(wěn)定性較差,從60年代以來(lái)發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開(kāi)始生產(chǎn)“ЭИ”牌號(hào)的鎳基高溫合金,后來(lái)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(guó)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(pán),研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。
發(fā)展至今,國(guó)際市場(chǎng)每年高溫金屬合金消費(fèi)量在30萬(wàn)噸,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域:過(guò)去多年,全球航天業(yè)對(duì)新能源飛機(jī)需求旺盛,空客與波音已有超萬(wàn)架此類(lèi)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號(hào)的發(fā)動(dòng)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(guó)高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開(kāi)發(fā)了一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高檔次的新合金。
我國(guó)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(guó)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(wàn)航模鍛廠(二重)等。在此基礎(chǔ)上,我國(guó)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(guó)已發(fā)展近60年,但行業(yè)發(fā)展仍處于成長(zhǎng)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(guó)高溫金屬合金每年需求量在2萬(wàn)噸以上,國(guó)內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬(wàn)噸左右,市場(chǎng)容量超過(guò)80億元,其中進(jìn)口占比較大。未來(lái)20年我國(guó)各類(lèi)軍機(jī)采購(gòu)需求在2800架左右,民用飛機(jī)采購(gòu)數(shù)量在5400架左右,對(duì)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,僅高溫合金空間一項(xiàng)就有2000億的市場(chǎng)空間即將打開(kāi)。
我國(guó)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(guó)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)高端產(chǎn)品難以滿足應(yīng)用需求。我國(guó)的高溫合金生產(chǎn)水平與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)有著較大差距,隨著我國(guó)研制更高性能的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī),高溫合金材料在供應(yīng)上存在無(wú)法滿足應(yīng)用需求的現(xiàn)象 。