军工合金按制备工艺可分为铸造、变形和新型三类,三者产量占比分别约为20%、70%和10%,其中变形高温合金是当前主流。这三类工艺在产业链上对应着不同的上游熔炼设备、中游加工企业和下游应用场景:上游均以真空感应炉(VIM)、真空自耗炉(VAR)、电渣重熔炉(ESR) 为核心熔炼设备,中游以抚顺特钢、图南股份、西部超导等企业为代表,下游则主要指向航空发动机、燃气轮机等领域。
三类工艺的产业链位置
高温合金的制备大体分为熔炼、铸造、热处理三个环节,其中熔炼是最为关键的一步,作用是消除金属中的氧、氮、硫等杂质,从源头提高合金纯净度。熔炼设备的使用方式决定了工艺等级——只用一种设备为单联法,两种为双联法,三种为三联法,三联工艺最为优良。由于三类合金第一步均需使用真空感应炉进行熔炼,因此真空感应炉的配置决定了企业高温合金产能的上限。
| 制备工艺 | 产量占比 | 主要特点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 铸造 | 20% | 精密铸造制成零件,强度较高,不适合热加工 | 航空发动机涡轮叶片、导向叶片、扩压器机匣 |
| 变形 | 70% | 可进行热、冷变形加工,抗氧化抗腐蚀性能高 | 发动机燃烧室、机匣、涡轮盘与叶片 |
| 新型(粉末) | 10% | 晶粒细小、成分均匀,热加工性能显著改善 | 高推重比发动机涡轮盘、压气机盘、涡轮挡板 |
上游设备与中游加工
上游熔炼设备主要包括真空感应炉(VIM)、真空自耗炉(VAR)和电渣重熔炉(ESR),此外还有电子束熔炼、等离子熔炼等设备。设备数量与吨位直接关系到产能测算——以一台30吨真空感应炉为例,按出材率90%、锻造成材量70%、年熔炼250炉的假设推算,年感应锭产量约6750吨。
中游环节的代表性企业包括抚顺特钢、图南股份、西部超导、隆达股份等,这些企业均围绕高温合金材料及结构件进行产能布局。例如抚顺特钢新建30吨真空感应炉和真空自耗炉,图南股份建设超纯净高性能高温合金材料项目,西部超导布局发动机用高性能高温合金材料及粉末盘项目,隆达股份推进航空级高温合金技术改造项目。
下游应用领域
高温合金的下游需求中,航空航天领域占比最高,约为55%,其次是燃气轮机和石油化工领域合计约33%,其余分布于工业、汽车等领域。在航空发动机中,高温合金用量可占发动机总量的40%-60%,不同部件对应不同工艺类型的合金:涡轮叶片主要采用铸造高温合金,涡轮盘则是粉末(新型)高温合金的典型应用场景,燃烧室以镍基或钴基高温合金为主。
常见问题
铸造、变形、新型三类合金如何区分?
三类合金的区别主要在于成型方式:铸造合金采用精密铸造工艺直接制成零件,变形合金可进行热、冷加工变形,新型合金(以粉末高温合金为代表)则通过液态金属雾化或高能球磨机制粉,晶粒细小、组织均匀。变形高温合金产量占比最高,达到70%。
熔炼设备为什么是产业链的关键环节?
熔炼直接决定合金的纯净度和最终性能,且三类合金的第一步都依赖真空感应炉完成熔炼,因此该设备的配置数量与吨位可用来推算企业的产能上限。熔炼方式分为单联、双联、三联,三联工艺产品品质最优。
高温合金主要用在哪些下游领域?
航空航天是最大的下游市场,占比约55%,主要用于制造航空发动机的热端部件,如涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。此外,燃气轮机和石油化工领域合计占比约33%,也是重要的应用方向。