一文带你读懂先进高温合金材料，快收藏学习啦
高温合金是指以铁、钴、镍为基体元素，与其他金属或非金属元素熔合而成的，能在 600℃以上超高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，是航空航天、燃气轮机、汽车、核电、石油化工等领域的核心应用材料。
一、概述
No.1 高温合金的特点
高温合金又称为耐热合金和超合金，是指在600℃以上及应力作用下，具有长时间抗蠕变能力、高强度、耐腐蚀的金属材料。
相比普通金属，高温合金在复杂工作环境下具有以下优异性能：
1）高温强度；
2）抗氧化性；
3）抗热腐蚀；
4）抗疲劳性；
5）断裂韧性；
6）内部组织稳定，使用可靠。
No.2 高温合金的分类
按组成元素分类：
高温合金的组成元素主要包括铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钛（Ti）、铝（Al）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）等，其中最常见有铁基、镍基、钴基三种。
铁基高温合金：由铁、铬、钨、钼等元素组成，在中等温度（600-850℃）条件下使用的高温合金。铁基合金成分简单，成本低廉，一般用于发动机中工作温度较低的部位如涡轮盘、机匣和轴等零件。
镍基高温合金：由镍、铬、钼等元素组成，在中高温（650-1000℃）条件下使用的高温合金。在所有高温合金中，镍基高温合金的高温强度最大，广泛用于制造涡轮喷气式航空发动机、各种工业燃气轮机的最热端零件，如涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮等。
钴基高温合金：由钴、铬、钨、镍等元素组成，在高温条件下使用的奥氏体高温合金，含钴量40%-65%，具有良好的铸造性和焊接性，主要用于做导向叶片材料，由于钴资源较少，该类合金价格昂贵。
按制造工艺分类：
主要可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金三大类。
变形高温合金：是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗腐蚀性能的一类合金，一般应用于发动机中的压气机盘、涡轮盘。
铸造高温合金：以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。
根据合金基体成分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金3种类型；按结晶方式，又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。
粉末冶金高温合金：用粉末冶金工艺制取的高温合金。与传统的铸锻高温合金相比，具有组织均匀，无宏观偏析，屈服强度高，耐疲劳性好等优点。
按强化方式分类：
主要包括固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型四大类。
图源：新材料在线
二、高温合金发展历程及市场前景
No.1 国内外高温合金发展历程
我国的高温合金从无到有，从仿制到自主创新，虽然工艺相比国外还有一定差距，但亦成了美、英、俄外，世界上第四个具有自己高温合金体系的家。
No.2 高温合金市场前景
国际市场
目前全球高温合金消费市场受到航空产业地区分布的影响，主要集中于欧美等地区，占比在70%以上。
相应的主要生产代表也以美国、英国、法国和俄罗斯等欧盟国家为主。这些国家在高温合金材料的研发和生产方面已经有了一定的积累。
国内市场
目前国内军用和民用飞机交付量的增加以及发动机国产化趋势，将带动国内高温合金需求的高速增长。
国内高温合金行业已逐步形成产业链，从事研究生产的企业主要分为四类：
第一类：依托科研院所技术转型企业，主要是钢研高纳、中国航发北京航空研究院 (北京航发院)、中科院金属研究所(中科三耐)等企业，他们长期承担国内合金技术研 发任务，具备深厚的技术积累，与下游需求单位紧密合作，具备生产较小批量、结构复杂的特定型号高端产品能力。
第二类：中国航发下属发动机主机厂和中航工业、 中航科技等集团内部从事精密铸造或锻造业务的相关企业，主要为各大主机厂和其 他集团单位提供配套服务。
第三类：特钢企业，他们在冶金方面具备较强技术实力， 通常具备大规模生产能力，主要是抚顺特钢、宝钢特钢等，能够生产批量较大的合金板材、棒材和锻件。
第四类：以图南股份、万泽股份等为代表的新兴冶金企业，近年开始涉及高温合金领域，主要是在特定型号高温合金材料或某一产品领域具备技术优势。
目前国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨，我国每年需求达2万吨以上，市场规模超过80亿。我国高温合金的主要生产厂家的产能合计大约有1.28万吨，实际产量大约只有1万吨。未来，随着两机（航空发动机和燃气轮机）专项的实施带来的大量新增需求，我国的高温合金消费量将快速提升。
三、高温合金的应用
基于高温合金在高温工作环境下的突出性能，高温合金被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件。
图源：新材料在线、中航证券金融研究所
No.1 在航空领域的应用
高温合金从诞生起就应用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料主要用于四大热端部件：燃烧室、导向室、涡轮叶片和涡轮盘，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。
航空发动机（图源网络）
No.2 燃气轮机关键部件
燃气轮机具有体积小、重量轻、热效高、污染低、耗水少等优点，在船舶、电力、石化、冶金等领域的应用日趋广泛。燃气轮机的关键部件如涡轮工作叶片和涡轮导向叶片，由于特殊复杂的工作环境，对组成材料的整体性能要求极高。
与航空发动机相比，燃气轮机要求高温合金除了良好的蠕变强度、疲劳强度和良好的塑性等共性外，还得具备极强的抗热腐蚀性、组织稳定性好。因此，高温合金是加工生产力学性能优异、组织稳定的涡轮工作叶片和导向叶片的核心原材料，直接决定了燃气轮机能否在复杂工作环境下长久高效运行。
No.3 汽车增压涡轮
涡轮增压技术能显著提高汽车的扭矩和功率，同时提升发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放，因此在汽车工业中逐渐得到推广。但是经过涡轮增压以后，发动机在工作时候的压力和温度都大幅提升，由于转速高，叶片上还受到多种交变应力的作用，因此要求涡轮材料具有较好的高温力学性能、屈服点和长期组织稳定性以及良好的铸造性能。铸造高温合金因具有足够的强度、热稳定性和良好的抗疲劳性等优点，被大量用于制作汽车增压器涡轮。
No.4 核电领域
核电用高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。
No.5 其它领域
除军事用途外，高温合金还在电力、石油化工、汽车、冶金、玻璃制造等民用领域发挥着不可替代的作用。
四、高温合金传统生产加工难点
高温合金因具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛用于制备航空航天、石油化工等领域先进动力推进系统的热端部件。复杂结构高温合金构件的制备已经成为航空航天等领域的关键核心技术，而现有的锻造、粉末冶金和铸造这3种高温合金构件制备工艺在复杂结构构件制备方面均存在一定的限制。
No.1 工序繁复
传统高温合金加工通常需要多个工序，涉及多次热处理、锻造、铸造等工艺步骤，加工过程复杂，增加了生产成本和加工周期。
No.2 高成本
由于高温合金具有高硬度和耐高温性，传统加工方法如铣削、车削、钻孔等通常需要使用高硬度切削工具和特殊的刀具进行切削，这不仅增加了切削工具的磨损和更换成本，还导致加工成本显著提高。
No.3 材料损耗
传统加工方法会导致高温合金材料的大量切削废料和切屑产生，这不仅增加了原材料的损耗，还给环境带来了处理和处理的问题。
No.4 复杂结构加工难
传统高温合金加工受到材料的硬度和脆性限制，对于复杂形状的零件，如曲线、异形孔等，加工困难度较大，需要耗费更多的时间和资源。
五、高温合金3D打印
与高温合金传统制造方式相比，增材制造（3D打印）技术作为一种数字化的先进制造技术，够突破传统工艺制备多孔、网格、空心等结构的技术瓶颈，不仅材料利用率高、制备周期短，而且还可以实现产品结构复杂化、轻量化和高性能化，在航空航天领域具有广阔的应用前景。
目前应用于高温合金的增材制造技术主要有选区激光熔化(selective laser melting，SLM)、和粘结剂喷射3D打印技术（Binder Jetting，BJ）。
No.1 SLM技术
SLM 技术是一种基于粉末床的增材制造技术，利用高能量激光束选择性地熔化预先铺覆好的金属粉末，再经冷却凝固成型。所得零部件表面粗糙度优良、成形致密度高(可达99.9%)，且拉伸、持久等力学性能可超过铸件，接近甚至略好于锻件水平，但是零部件尺寸受到铺粉基板尺寸的限制，且该技术打印不了含碳量高的高温合金产品，可稳定生产的高温合金种类也很有限。
目前现有的高温合金均是针对于变形、铸造和粉末冶金等制备工艺而开发的，在进行增材制造时，经常会出现裂纹、孔洞等冶金缺陷，特别是对于具有高强度、高合金化的高温合金，在激光增材制造过程中裂纹形成倾向极大，从而难以保证构件的组织完整性，也严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。
No.2 粘结剂喷射3D打印技术
粘结剂喷射3D打印技术作为一种先进的金属3D打印技术，在制造高温合金和其他金属部件时具有许多优势：
1）高速生产：可实现快速、大批量生产，适用于大规模生产和定制化生产需求。
2）设计灵活：通过粘结剂喷射技术，可以实现复杂形状、内部结构和薄壁结构的制造，满足各种设计要求，提高产品性能并降低结构重量。
3）表面质量优良：通过粘结剂喷射技术制造的部件表面光滑度高，通常无需进行额外的表面处理，减少了后续加工工序，节约了成本、缩短生产周期。
4）低成本：相对于传统制造工艺，粘结剂喷射技术可以大幅度降低生产成本，减少了原材料浪费以及加工过程中的能源消耗，提高了制造效率。
六、共享高温合金3D打印进展
共享智能装备成功开发出了高温合金Inconel718材料及相应的烧结工艺，这一创新不仅解决了传统高温合金制造过程中工序繁复，加工成本高等问题，也成功抑制了激光3D打印高温合金残余应力所带来的裂纹、孔洞等缺陷，为高温合金材料制备带来了崭新的解决方案。
公司通过粘结剂喷射3D打印技术所生产的高温合金产品致密度可达99.62%，拉伸强度达1278MPa、屈服强度达1000MPa，延伸率达15.5%，产品不仅具备高温环境下的耐久性和强度，其性能更是达到了与传统铸件相当的标准。未来，随着技术的进一步发展和创新，粘结剂喷射3D打印技术有望在高温合金应用领域发挥无限潜力，展现其独特优势。
高温合金烧结试样致密度和金相照片（图源共享智能装备）
内容参考来源：军工汇、材料圈、新材料在线、高温合金行业专题报告、新材料产业圈
《激光增材制造高温合金材料与工艺研究进展》作者：孙晓峰、宋 巍、梁静静、李金国、周亦胄，仅作交流分享。
#高温合金##3D打印##什么技术用了就回不去##智能制造##涨知识#
军工材料之高温合金产业链及其市场需求
高温合金
2.1高温合金概况
高温合金又称为耐热合金和超合金，是指在600℃以上及应力作用下，具有长时间抗蠕变能力、高强度、耐腐蚀的金属材料。
相比普通金属，高温合金在复杂工作环境下的性能优异：1）高温强度；2）抗氧化性；3）抗热腐蚀；4）抗疲劳性；5）断裂韧性；6）内部组织稳定，使用可靠。
图表 2高温合金优异性能高
2.2高温合金的分类
按照组成元素划分：高温合金的组成元素主要包括铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钛（Ti）、铝（Al）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）等，其中最常见有铁基、镍基、钴基三种。
铁基高温合金：中等温度（600-800℃）条件下使用的高温合金。铁基合金成分简单，成本低廉，应用广泛。
镍基高温合金：以镍为基体，在中高温（650-1000℃）条件下使用的高温合金。在所有高温合金中，镍基高温合金的高温强度最大，应用范围最广泛。相比铁基合金，组织更稳定，有害相少，抗氧化和抗腐蚀能力更强。
钴基高温合金：在高温（730-1100℃）条件下使用的奥氏体高温合金，含钴量40%-65%。耐高温能力强，但钴是贵金属，成本相对较高，限制钴基合金的推广。
按照加工方式划分：主要可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金三大类。
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗腐蚀性能的一类合金。
铸造高温合金：以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金3种类型。按结晶方式，又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。
粉末冶金高温合金：用粉末冶金工艺制取的高温合金。与传统的铸锻高温合金相比，具有组织均匀，无宏观偏析，屈服强度高，耐疲劳性好等优点。
按强化方式划分：主要包括固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型四大类。
图表3高温合金分类
2.3高温合金的应用
基于其在高温工作环境下的突出性能，高温合金被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件。除军事用途外，高温合金还在电力、石油化工、汽车、冶金、玻璃制造等民用领域发挥着不可替代的作用。
图表4高温合金的应用领域
图表5高温合金在各应用领域的分布图
1、高温合金—航发实现性能突破的关键要素
推重比、涡轮前温度、燃油消耗率是衡量航空发动机性能的主要指标，也是航空发动机分代的重要依据。航空发动机的发展趋势就是不断提高推重比和涡轮前温度，同时降低燃油消耗率。其中，提高涡轮前温度有助于提升航空发动机的推重比，涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能够提高10%左右。从第一代航空发动机发展至目前的第五代发动机，涡轮前温度已经由最初的1200-1300K提高到了1850-2000K。随着涡轮前温度的逐步提高，燃烧室所用材料的耐高温要求也日益苛刻。据航空材料学报报道，自20世纪60年代中期至80年代中期，涡轮进口温度平均每年提高15℃，其中材料所做出的贡献在7℃左右。因此，高端高温合金材料成为了制约航空发动机发展的关键因素之一。
图表6战斗机的发展历程
2、高温合金—燃气轮机关键部件的核心原材料
燃气轮机的基本结构与航空燃气涡轮发动机类似，也是由压气机、燃烧室和涡轮(又称燃气透平)等组成，主要的区别在于燃气轮机是将燃气发生器的可用功输出为转子的扭矩。燃气轮机按照体量及功率大小可分为重型燃气轮机及轻型燃气轮机。重型燃气轮机主要用于发电领域，轻型燃气轮机可用于舰船及机车、坦克等特种车辆的动力。燃气轮机按涡轮前温度还可以大致分类为：900℃的A级、1000℃的B级、1100℃的C级、1200℃级的D型(如：M701D)，1300℃级的E型，1400℃级的F型(如：M501F/M701F)，采用回收型蒸汽冷却燃烧器、进口温度1500℃级的G 型以及在此基础上还开发出1500℃级的H 型(如：M701H)。
燃气轮机具有体积小、重量轻、热效高、污染低、耗水少等优点，在船舶、电力、石化、冶金等领域的应用日趋广泛。燃气轮机的关键部件如涡轮工作叶片和涡轮导向叶片，由于特殊复杂的工作环境，对组成材料的整体性能要求极高。与航空发动机相比，燃气轮机要求高温合金除了良好的蠕变强度、疲劳强度和良好的塑性等共性外，还得具备独特的物理化学特性：
极强的抗热腐蚀性，因为发电或舰用燃气轮机工作环境较航空发动机恶劣，热端关键零件涡轮叶片或导向叶片要经受严重的热腐蚀；
组织稳定性好，工作寿命长。军机发动机的寿命通常约几千小时，民航发动机的寿命也仅为上万小时，而工业用燃气轮机则要求几万至几十万小时的寿命。
因此，高温合金是加工生产力学性能优异、组织稳定的涡轮工作叶片和导向叶片的核心原材料，直接决定了燃气轮机能否在复杂工作环境下长久高效运行。
3、高温合金-制造汽车增压涡轮的重要材料
涡轮增压技术能显著提高汽车的扭矩和功率，同时提升发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放因此在汽车工业中逐渐得到推广。但是经过涡轮增压以后，发动机在工作时候的压力和温度都大幅提升，由于转速高，叶片上还受到多种交变应力的作用，因此要求涡轮材料具有较好的高温力学性能、屈服点和长期组织稳定性以及良好的铸造性能。铸造高温合金因具有足够的强度、热稳定性和良好的抗疲劳性等优点，被大量用于制作汽车增压器涡轮。
2.4高温合金市场需求
1、“两机专项”加速推进，高温合金潜在需求提升
“两机专项”主要是航空发动机和燃气轮机两个重大专项，两机的基本原理相同。航空发动机专项方面，将重点聚焦涡扇、涡喷发动机领域，同时兼顾有一定市场需求的涡轴、涡桨和活塞发动机领域，主要研发大涵道比大型涡扇发动机、中小型涡扇/涡喷射发动机、中大功率涡轴发动机等重点产品；燃气轮机专项的主要目标为，2020年实现F级300MW燃机自主研制，2030年实现H级400MW燃机自主研制。2016年8月，航发集团正式成立，标志着两机专项的全面启动。2017年4月17日，工信部在京召开了“两机”基础研究专业组成立大会，“两机专项”开始加速推进。“两机专项”的全面实施将推动我国航空发动机和燃气轮机实现国产化替代。作为决定两机发展关键要素之一的高温合金将受益于专项的实施实现重大突破，潜在的市场空间巨大。
航空发动机领域
我国航空发动机起步较晚，而且长期以来缺乏长远的规划，加上国外的技术封锁，使得我国航空发动机研制进展缓慢，与世界先进水平大约有30年的巨大差距。军机发动机方面，我国现役最先进的WS10及其改进型的性能指标仅仅与美国普惠的F100和通用电气的F110相当，这两款配套美国F-15/F-16战斗机的发动机上世纪70年代即已服役。由于中国大部分发动机技术是转化自前苏联，因此相比美国普惠和通用电气的航空发动机，在寿命上和稳定性上存在显著不足，通常飞行几百小时就得大修，这与材料的加工工艺和性能有直接关系。民航发动机方面，中国才刚刚起步，我国完全自主研制的大型商用干线飞机C919采用的是由美国通用电气和法国赛峰公司合作研发的最新一代LEAP发动机。因此，无论在军用还是民用航空发动机领域，中国都还远远落后于世界一流水平。
发动机是飞机发展的“瓶颈”，而材料及其加工工艺又是直接制约发动机研发的屏障。推重比10以上的先进军用发动机和现代民用大涵道比发动机，有60%～70%的技术要依赖于先进材料和先进工艺。我国在钛合金材料、高温合金材料等金属材料以及陶瓷基复合材料等非金属材料方面与欧美等先进国家均有较大差距，因此先进的材料及其加工工艺是持续提升我国航空发动机水平的前提条件。“两机专项”的一个重点任务是提升高温合金和钛合金等高端材料的性能及加工工艺。我国自主航空发动机的研制定型和列装服役则将打开高温合金等高端材料的市场天花板。
根据国家制造强国建设战略咨询委员会公布的报告预测，未来十年，全球市场对航空发动机产品需求旺盛，其中涡扇、涡喷发动机的累计全球需求总量将超7.36万台，总数值超4000亿美元；涡轴发动机累计需求量超3.4万台，总数值超190亿美元；涡桨发动机累计需求量超1.6万台，总数值超150亿美元；活塞发动机需求量超3.3万台，总数值超30亿美元。
2、高温合金在军用航空发动机领域的国内市场需求
经过60多年的发展，中国空军从无到有，已经发展成为全球重要的空军力量之一。从军机保有量来考量，中国已经成为世界前三的空军力量，2955架的数量仅次于美国和俄罗斯。从军机性能和战斗力来考量，中国空军总体实力仍然落后于美俄等空军强国，现役飞机中超过一半是老式的落后机型，尤其是战斗机、运输机和直升机，不论是数量还是质量上都不能跟美国相提并论。在中国加强国防建设，尤其是加快海空军实力建设的背景下，新式战机的国产化替代将带来巨大的市场空间。我们预计，未来15年我国将增加新型战斗机包括教练机1200架，直升机1500架，运输机300架。由于我国航空发动机的寿命只有几千小时，甚至几百小时就需要大修，因此我们预计未来15年新旧军机平均至少要换2次发动机。按照我们的测算，战斗机/运输机/直升机/其他机型在未来10年间对相应领域发动机的需求将分别达到7274/5072/14768/1896台。
图表7世界各国空军实力对比
图表8中美空军实力对比
根据钢研高纳《2016年年度报告》显示：在先进的航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的40%－60%以上。高温合金由于强度高，加工硬化严重，因此材料加工成关键零部件的成材率相对较低。我们假设高温合金成材率为20%，测算所得的未来15年的高温合金总需求将达到约70000吨，年均需求约4650吨。根据中国金属学会高温材料分会的估计，目前在航空航天、发电领域高温合金需求量3000吨左右，且每年呈15%以上的速度增长。
图表9高温合金需求预测
3、高温合金在民用航空发动机领域的国内市场需求
在民机市场，波音和空客两大航空业巨头分别对未来20年新机需求做了预测。根据波音公司2016年发布的针对中国市场的最新《当前市场展望》报告，预测未来20年中国将需要6810架新飞机，总数值达1.025万亿美元。在全球范围，则需求39620架新飞机，总数值5.9万亿美元。根据空客公司在2016珠海航展上发布最新全球市场预测，未来20年中国将需要约6000架新客机与货机，数值9450亿美元，全球则需要33000多架新飞机。综合两家的预测数据，中国未来20年新机需求预计将达到6500架左右，全球则有望达到35000架。由于超大型客机占比较少，在此暂不考虑超大型客机配4个发动机的情况，因此，预计未来20年对全球对民航发动机的需求将达到70000台，国内市场达到13000台。目前，波音采用的推力32000磅的LEAP-1A自身重量达到7000磅（合计3175.147千克），采用的推力29000磅的LEAP-1B自重6130磅（合计2780.521千克）。假定发动机重量为3吨，高温合金占比50%，成材率25%，未来20年全球高温合金需求将达到42万吨。虽然民航发动机需求的增长将扩大高温合金的市场空间，但由于中国在民航发动机领域目前还是空白，尚处于起步阶段，因此对国内高温合金市场的刺激力度有限。
4、高温合金在燃气轮机领域的市场需求
燃气轮机根据结构形式划分，可以分为重型燃气轮机、轻型燃气轮机以及微型燃气轮机。
重型燃气轮机：零部件较厚重，要求寿命长，单位功率的质量为2～5千克/千瓦。
轻型燃气轮机：零部件结构紧凑，质量轻，单位功率的质量小于2千克/千瓦。
微型燃气轮机：将燃气轮机与发电机设计成整体，体积很小，质量很轻。
在国内市场，燃气轮机应用主要集中于发电和舰船两大领域。
在发电领域，由于我国天然气资源进入大规模开发利用阶段，燃气轮机发电正处于加速发展期。根据中电联发布的2015年电力工业统计快报，2015年我国燃气发电1658.38亿千瓦时，比2014年的1332.83亿千瓦时同比增长24.4%。2015年发电装机容量达6637万千瓦，比2014年的5697万千瓦同比增长16.5%。根据高端装备发展研究中心的统计，国内燃气轮机电厂运营主体分为四类：第一类是以华能、华电、中电投等为代表的国有大型发电央企;第二类是地方政府出资控股的省属电力投资集团及能源集团，如浙能集团、申能集团、京能集团等;第三类是国内钢铁厂自备电厂，应用气进行高炉煤气联合循环发电;第四类是石油天然气生产企业，如中海油等。
虽然国内燃气发电发展速度很快，但绝大部分燃气轮机仍然只能依靠进口或者通过与外商合作的方式获得。国外燃机供应商主要有通用电气(GE)、W门子(Siemens)、三菱重工(MHI)以及Alstom(现被GE收购)。国内燃机供应商则主要包括上海电气、东方电气、哈尔滨电气外加南京汽轮机电机四家，其中上海电气与W门子合作，东方电气结对三菱，哈电与南汽与GE合作。因此，GE的燃气轮机几乎占据了国内燃机市场的半壁江山，其次为MHI和W门子。
我国在自主研制燃气轮机方面还处于起步阶段，不论技术还是产量在市场是都处于弱势。国内能自主研发燃气轮机发电机组的企业包括沈阳黎明航空发动机集团、哈尔滨东安发动机、中航世新燃气轮机股份有限公司、中航动科南方燃机等公司。主要产品包括QD128、QD70、QD185和QD168系列轻型燃气轮机，以及R0110重型燃气轮机。目前，已经为国内外的电厂提供高炉煤气联合循环项目以及天然气分布式能源项目提供燃气轮机产品。随着“两机专项”的实施，自主研发的燃气轮机有望迎来突破。
未来20年将是天然气发电的高速发展期。根据《中国天然气发展报告（2016）》，预计到2020年，中国天然气发电装机占电源总装机达到5%以上。以2016年总装机容量16.5亿千瓦为基础，假定未来4年的年均增速为5%，2020年天然气发电总装机容量预计达到1.003亿千瓦；这与中电联公布的“十三五”天然气发电需求预测一致，预计到2020年我国天然气发电规模为1亿千瓦左右，其中分布式4000万千瓦。因此，到2020年我国至少还存在3000万千瓦天然气发电装机的缺口，尤其在天然气分布式能源装机领域，发展空间巨大。发电用燃气轮机的庞大市场空间也将带动上游关键原材料高温合金的需求，预计发电领域高温合金的需求将跟燃气发电新增装机规模增速接近。
在舰船领域，我国与欧美等军事强国存在巨大的差距。当前，国外现代大、中型水面舰艇和高性能舰船都基本采用燃气轮机作为主要动力装置。据1981～2008年国外舰船动力装置统计，3/4的水面舰船采用了燃气轮机(含柴-燃联合)。相比之下，我国军舰动力燃气轮机化率远低于老牌海军强国。目前主力护卫舰采用柴油机动力，主力驱逐舰逐渐采用柴燃混合动力，其中052型驱逐舰112、113号装备了美制LM2500燃气轮机，052B、052C型驱逐舰168、169、170、171号装备了乌克兰制的GT25000或国内仿制型号，最新服役的052D驱逐舰采用其国产化型号QC280。
相比柴油机和蒸汽轮机，燃气轮机无疑更符合军舰对动力系统性能的要求，主要是由于燃气轮机成功率大、噪音低、起速快等优异特性。
1）功率密度极大。通常情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的1/3-1/5，是蒸汽轮机的1/5-1/10左右。这是由燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构决定的。燃气轮机体积小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
2）启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸汽轮机更是“反应迟钝”，而启动速度对于军舰的作战性能有着直接的影响。
3）噪声低频分量低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。
从美日欧等海军老牌强国的发展路劲来看，舰艇以燃气轮机作为动力是未来军舰升级换代下的必然趋势。近年来，我国加快了海军现代化装备的更新，各类新型舰船如下饺子一样下水服役，在不断提升我海军实力的同时，也给相关产业链带来了新的发展机遇，尤其是上游高端材料和零部件的供应商直接受益。高温合金作为生产燃气轮机必不可少的关键材料，需求也在同步上涨。
综上分析，燃气轮机在舰船和发电领域的需求巨大，两机专项的全面推进有助于加快燃气轮机的国产化替代。据中国机械工业协会估算，到2020 年，国内燃气轮机总容量将达到60,000MW，市场规模约需1,133 台，预计每年需要母合金170吨。
5、高温合金在汽车等其他领域的市场需求
随着人们对于汽车动力的追求，对于环境保护的重视，小排量涡轮增压汽车逐渐受到追捧。目前，现代柴油机上使用废气涡轮增压器已经非常普遍，在汽油机上的应用也在加速推广，市面上带“T”的车型逐渐增多，涡轮增压器市场持续扩大。根据中国产业研究报告的统计，我国中重型载货车与客车采用涡轮增压技术已接近100%，轻型载货、载客车采用涡轮增压技术接近80%的水平，随着中小型增压器在乘用车、工程机械、部分船机等领域应用比例的提升，涡轮增压器的年需求量可达200万台以上，带动的高温合金的需求稳步提升。
综上分析，我们认为未来10年随着两机专项的实施以及涡轮增压汽车市场的持续增长，高温合金的国内市场将呈现出持续稳健增长的趋势，年均复合增速有望达到10%-15%。
2.5高温合金的供给现状
经过数十年发展，我国在高温合金的研究和生产上取得了巨大的进步，基本形成了牌号齐全的高温合金体系，并形成了一定的产能规模。但跟美国、俄罗斯等国相比，在高温合金技术水平与生产规模方面仍存在较大差距。国内从事高温合金的厂家主要有两大类：第一类是特钢生产厂家，如抚顺特钢、宝钢特钢和攀长钢，高温合金只是作为其特钢业务的很小一部分，在人才储备和研发能力上相对较弱，产品相对单一；第二类是科研单位及其下属企业：如钢铁研究总院（钢研高纳）、北京航空材料研究院、中国科学院沈阳金属所（中科三耐），研发能力强，产品种类齐全，技术领先，但是其特殊的科研属性使得产能规模相对较小。目前，国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨，我国每年需求达2万吨以上，市场规模超过80亿。我国高温合金的主要生产厂家的产能合计大约有1.28万吨，实际产量大约只有1万吨，其中抚顺特钢和钢研高纳占据了其中的大头。未来，随着两机专项的实施带来的大量的新增需求，我国的高温合金消费量将快速提升。由于高温合金尤其是需要精细加工的高端高温合金的技术门槛较高，扩充产能的周期长，难度大，因此短期内产量难以跟上需求的增长，供需缺口将进一步扩大。
本文为：军工汇原创