高溫合金在航空航天領域的應用及發展狀況

高溫合金最初的研制主要為了滿足新型航空發動機的需求，但由于其良好的耐高溫，耐腐蝕等性能，逐漸被應用到電力、船艦、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業領域。根據《工業燃氣輪機渦輪葉片用鑄造高溫合金研究及應用進展》等資料，目前高溫合金下游最大的應用領域為航空航天用發動機，占比超過50%。

在現代航空發動機中，高溫合金材料用量占到發動機總質量的40%-60%，主要應用于四大熱端部件，燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤，此外還用于機匣、加力燃燒室和尾噴口等部件。根據工作溫度不同，航空發動機以燃燒室前后為界限，分為冷端和熱端兩部分。提高噴出氣體的能量是增加發動機工作效率的最主要方式，要求發動機工作溫度提升，因此對熱端部件，尤其是渦輪部件的材料提出了較高要求。航空發動機熱端部件工作溫度超過1,000攝氏度，同時渦輪部件在高速旋轉中承受較大機械載荷，因此需要高溫合金材料在高溫下保持優異機械性能。

高溫合金在航空領域發展前景尚好，軍用航空方面，根據《WorldAirForces2024》數據顯示，截至2023年末，世界各國擁有的各類軍用飛機（各類飛機和直升機）總數在53,401架左右，美國擁有全世界最強大的空中力量，截至2023年末，美國軍用飛機總數達13,209架，占世界軍用飛機總數的24.74%；俄羅斯擁有4,255架各類飛機和直升機，占世界軍用飛機總數的7.97%；我國擁有軍用飛機總數為3,304架，占世界軍用飛機總數的6.19%。

圖表：2023年各國擁有軍用飛機數量

數據來源：《World Air Forces 2024》 

我國軍用飛機數量雖然總數排名靠前，但絕對數量上同世界頂尖水平相比仍有一定差距。隨著我國周邊國家安全問題的復雜化以及我國新形勢下軍事戰略方針和改革強軍戰略要求，為國防工業提供重要軍工裝備的國家使命日益重要。為了滿足國防建設對航空武器裝備現代化提出的迫切要求，預計“十四五”期間我國軍用航空裝備市場總體上保持增長態勢，下游軍用航空市場發展空間的增長將帶動上游高溫合金等材料的需求增加。同時，未來5-10年內基于存量發動機數量的增加，還會迎來后續的換發和維修高峰期，高溫合金在軍用航空領域的需求穩定性將得到雙重保障。

民用航空方面，根據中國民用航空局2023年5月發布的《2022年民航行業發展統計公報》，截至2022年末，我國民航全行業運輸飛機（包含客運飛機及貨運飛機）期末在冊架數為4,165架，同比增長2.74%。根據中國商飛發布的《中國商飛公司市場預測年報（2021-2040）》，預計未來20年，全球將有超過41,429架新機交付，中國航空市場將接收50座級以上客機9,084架。隨著我國民航業及制造業的發展，及民航業飛機需求的提升，中國自主研發的民航飛機（如ARJ21、C919等）也有望批量生產并投入運營，高溫合金、耐蝕合金等材料在國內民航領域的市場也將會逐步打開。未來，隨著CR929等新一代機型的逐步研發，民用航空市場有望成為高溫合金材料需求的新增長點。

2.航天領域

高溫合金是火箭發動機核心部件燃燒室和渦輪泵的關鍵用材。液體火箭發動機主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動器三大部分組成，其中燃燒室和噴管容納推進劑燃燒，產生3,000℃以上的高溫和30-200個大氣壓的高壓氣體并高速從噴管噴出，形成強大的推力；渦輪泵的作用是對氧化劑和燃燒劑提高壓力，以便注入燃燒室。

目前我國火箭基本實現國產化，但由于發展較晚、早期工業基礎薄弱，在火箭發動機方面同發達國家的差距仍然明顯：我國新一代運載火箭長征5號助推器采用8臺液氧煤油火箭發動機YF100，其真空推力僅為美國宇宙神V型火箭引進的俄羅斯RD180型火箭發動機推力的1/3，是俄羅斯質子號RD253火箭發動機推力的70%；長征5號芯一級采用2臺液氫液氧火箭發動機YF77，其真空推力僅為歐洲阿麗亞娜V火箭Vulcain2發動機推力的50%，也落后于日本LE7A火箭發動機。

火箭發動機性能落后的主要原因之一是高溫合金性能的差距：火箭發動機燃燒室需承受3,000-4,000℃高溫、20MPa高壓和2,500-5,000m/s高流速燃氣沖刷，對高溫合金材料要求極高；液體火箭發動機最核心的部件——高性能渦輪泵則需承受超低溫液氧和燃料的沖刷，且轉速高、壓力大、密封性要求更高。我國航天事業發展離不開火箭發動機技術的追趕超越，勢必將對國產高溫合金原材料及制造工業提出更高要求。隨著我國航天技術的不斷發展，對于衛星發射的需求不斷提升，我國運載火箭的發射次數也逐年提升。2021年中國航天共實施宇航發射任務55次，首次達到“50+”并再度位居世界第一。2022年中國航天全年完成發射任務64次，占世界總發射任務34%，再創歷史新高。2023年中國航天全年完成發射任務67次，占世界總發射任務30%。

圖表：中國航天宇航發射任務次數

數據來源：Gunter’s Space Page: Orbital Launches of 2012-2021、Russian Space Web: The 2022 spacelaunch score、Space Stats

未來隨著我國工業基礎逐漸升級，航天事業將有更大的發展空間，對火箭發動機的需求將進一步擴大，我國火箭發射的數量和質量將迎來廣闊的發展空間，對高溫合金的需求也將隨之增長。

想了解更多高溫合金發展趨勢和發展前景等相關內容，可關注中研網《2024-2029年中國高溫合金市場深度調查研究報告》。