一、從“中國制造2025”和“新材料十三五規(guī)劃”談起

2015年5月，國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略，其將作為綱領(lǐng)性文件指導(dǎo)我國工業(yè)未來十年的發(fā)展。文件內(nèi)容提出了圍繞我國制造業(yè)發(fā)展，重點實施五大工程，關(guān)注十大領(lǐng)域。經(jīng)過筆者對照分析，“五大工程”中有三大工程涉及高溫合金內(nèi)容?！笆箢I(lǐng)域”中，航空航天裝備、電力設(shè)備及新材料三大領(lǐng)域也將涉及到高溫合金的內(nèi)容，這足以看出高溫合金產(chǎn)品在未來國家科技發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)方面的重要地位。

材料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。呼之欲出的《新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》是指導(dǎo)未來五年新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，是配置政府公共資源和引導(dǎo)企業(yè)決策的重要依據(jù)，對于未來我國工業(yè)進(jìn)步、裝備升級換代、材料發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。因此，預(yù)測和解讀新材料“十三五”規(guī)劃內(nèi)容，對于高校、企業(yè)的科研方向把握、產(chǎn)業(yè)升級、資金投向有著重要的前瞻性意義。

根據(jù)相關(guān)信息報道，新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃將重點圍繞“升級基礎(chǔ)材料、發(fā)展戰(zhàn)略材料以及遴選前沿新材料”三個層面出發(fā)，對“十三五”期間我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出細(xì)致規(guī)劃。作為規(guī)劃內(nèi)容中必不可少，而且非常重要的一個層面，戰(zhàn)略高端材料將涉及海洋工程、軌道交通、航空航天、核電、新能源等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。我們可以看到，特別是在航空航天、核電等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以高溫合金為代表的一系列特殊合金，由于一直以來受到國外技術(shù)封鎖、或高價格限制，已經(jīng)成為我國工業(yè)進(jìn)步和發(fā)展的“瓶頸”和短板。因此，從國家層面來講，已經(jīng)逐漸重視這一問題，并投入大量的人力和資金?？偠灾覀儓孕旁凇靶虏牧鲜逡?guī)劃”內(nèi)容中，高溫合金必然將是一大亮點和重點關(guān)注的方向。而且筆者堅信，在未來至少10~20年的時間里，高溫合金仍然將作為國家戰(zhàn)略材料，獲得人力、資金投入，不斷發(fā)展和進(jìn)步。因此，本文接下來將主要綜述下高溫合金的需求和應(yīng)用情況。

二、高溫合金需求情況

高溫合金材料最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，由于其有著優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應(yīng)用到電力、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，從而大大的拓展了高溫合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，高溫合金的市場需求也逐步擴(kuò)大和增長。

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，綜合考慮軍用和民用飛機(jī)的新增與替代需求，航空發(fā)動機(jī)市場未來20年對應(yīng)高溫合金的需求空間大約為864億元，未來20年該領(lǐng)域高溫合金需求的年復(fù)合增速將達(dá)到12.15%，考慮到大飛機(jī)項目等國產(chǎn)化進(jìn)程的時間，2017年將是行業(yè)爆發(fā)期。另一方面，汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域是短期有望繼續(xù)保持快速增長領(lǐng)域，據(jù)估算2020年汽車領(lǐng)域?qū)?yīng)的高溫合金總用量約為1.67萬噸，7年復(fù)合增速達(dá)到20.9%，將是未來高溫合金發(fā)展最為迅速的民用領(lǐng)域（見表1）。

表1  2013年-2020年汽車領(lǐng)域高溫合金總需求及增速：噸

另外，值得關(guān)注的一個需求增長點來自高端和新型高溫合金領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

第一，我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進(jìn)發(fā)動機(jī)，將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。

第二，我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機(jī)廠等大型發(fā)電設(shè)備制造集團(tuán)在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)等方面近年來有了較大提高，拉動了對發(fā)電設(shè)備用的渦輪盤的需求。正在進(jìn)行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備－大型地面燃機(jī)（也可作艦船動力）取得了顯著進(jìn)展，實現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動對高溫合金的需求。同時，核電設(shè)備的國產(chǎn)化，也將拉動對國產(chǎn)高溫合金的需求。

三、高溫合金應(yīng)用情況

 1）航空航天方面應(yīng)用

在航空航天領(lǐng)域，高溫合金主要應(yīng)用于制造發(fā)動機(jī)渦輪熱端部件，即渦輪盤、渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪工作葉片燃燒室和加力燃燒室的各種零部件。另外，值得一提的是，在某些高性能的發(fā)動機(jī)中，高溫合金也用于制造壓氣機(jī)后端的盤和轉(zhuǎn)子葉片等。表2給出了航空發(fā)動機(jī)不同部件用高溫合金牌號。

表2 航空發(fā)動機(jī)用高溫合金材料

2）電力、能源方面應(yīng)用

在電力、能源方面，高溫合金主要應(yīng)用于制造工業(yè)煙氣、燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，主要包括渦輪盤、動葉片、靜葉片等。與航空發(fā)動機(jī)相比，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)對高溫合金的要求，除了良好的蠕變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等高溫強(qiáng)度和良好的塑性這些共同點外，燃?xì)廨啓C(jī)還有獨特的要求：（a）抗熱腐蝕性能要求高；（b）工作壽命長，工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)要求幾萬至幾十萬小時的壽命。因此，為滿足工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)要求，需要發(fā)展力學(xué)性能好、組織穩(wěn)定的渦輪葉片和導(dǎo)向葉片用抗熱腐蝕高溫合金。表3 為某型號燃?xì)廨啓C(jī)不同部位用材情況。

表3 燃?xì)廨啓C(jī)用部分高溫合金牌號

 3）汽車用高溫合金

汽車渦輪增壓器、發(fā)動機(jī)排氣管、內(nèi)燃機(jī)的閥座、鑲塊、進(jìn)氣閥、密封彈簧、火花塞、螺栓以及熱發(fā)生器等裝置零部件需要高的高溫力學(xué)性能，因此這部分也是高溫合金材料重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中汽車渦輪增壓器又是最主要的車用高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域。渦輪增壓器是高端乘務(wù)車、重型卡車及特種裝備車輛（攪拌車、吊車、高空車等）中必備的部件，由于渦輪端工作溫度高，均采用高溫合金。目前國內(nèi)大量使用的增壓渦輪材料是自行研制的K213，K418，K419和K4002等鑄造高溫合金，國外用于增壓渦輪的材料有Inconel713C，GMR235，MAR-M247，MAR-M246，X40等。

此外，高溫合金材料在玻璃制造、冶金、醫(yī)療器械等領(lǐng)域也有廣泛的用途。在玻璃工業(yè)中應(yīng)用高溫合金零件多大十幾種，如：生產(chǎn)玻璃棉的離心頭和火焰噴吹坩堝，平板玻璃生產(chǎn)用的轉(zhuǎn)向輥拉管大軸、端頭和通氣管等。

總而言之，對于高溫合金材料而言，這是一個最好的時期，也是一個最壞的時期。希望此文能對愿意從事該領(lǐng)域研究、生產(chǎn)、投資的廣大朋友有所幫助。