Hochtemperatur-Legierungsmaterialien werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit und thermischen Korrosionsbeständigkeit in vielen Bereichen wie Flugmotoren, Automobilmotoren, Gasturbinen, Kernkraft, Petrochemie usw. verwendet.

Merkmal

Die sogenannte Hochtemperaturlegierung ist eine Legierungsart, die bei einer hohen Temperatur über 600°C und einer gewissen Belastung lange Zeit arbeiten kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallen haben Superlegierungsmaterialien eine hohe Temperatur und eine hohe Leistungsfestigkeit; gute Oxidationsbeständigkeit und thermische Korrosionsbeständigkeit; gute Dauerfestigkeit, Bruchzähigkeit und gute Elastizität.

Klassifikation

Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, Superlegierungen zu unterteilen: nach der Art des Matrixelements, nach der Art der Legierungsverstärkung und nach dem Werkstoffumformverfahren.

Klassifizierung von Superlegierungen

Vorbereitungsprozess

Hochtemperaturlegierungsprodukte sind hauptsächlich nicht standardisiert, daher ist der Herstellungsprozess komplizierter, kann jedoch grundsätzlich in drei Schritte unterteilt werden: Schmelzen, Gießen und Heißverarbeitung. Die Pulvermetallurgie Industrie ersetzt den Gießprozess durch Heißpressen.

Anwendung

Hochtemperaturlegierungen werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit und thermischen Korrosionsbeständigkeit in vielen Bereichen, wie beispielsweise Flugmotoren, Automobilmotoren, Gasturbinen, Kernkraft, Petrochemie usw., weit verbreitet verwendet.

Unter den vielen Anwendungsfeldern nimmt die Luft- und Raumfahrt mit 55 % der Gesamtnachfrage nach wie vor die wichtigste Stellung ein, gefolgt von der Energiewirtschaft mit 20 %.

Warum auf die Unterteilungsspur von Superlegierung achten?

1. Strategische Perspektive: Superlegierungsmaterialien sind strategische militärische Materialien in der Luft- und Raumfahrt

Die Verbesserung der Leistung von Flugzeugtriebwerken, die Realisierung der Lokalisierung von Flugzeugtriebwerken und die Lösung der „Herzkrankheit“ der Luftfahrtindustrie meines Landes ist auf nationaler Ebene zu einer dringenden Aufgabe geworden.

Mein Land begann in den 1960er Jahren mit der Entwicklung einheimischer Triebwerke. Nach Höhen und Tiefen hat China große Fortschritte gemacht, von den frühesten Turbojet-5- und Turbojet-14-Triebwerken bis hin zu den aktuellen Turbofan-10- und Turbofan-15-Triebwerken. Insbesondere die Fertigstellung des „Taihang“-Triebwerks hat die „drei großen Sprünge“ der militärischen Triebwerke meines Landes von der zweiten Generation zur dritten Generation, vom Turbojet zum Turbofan und vom mittleren Schub zum großen Schub realisiert. Es hat die Fähigkeit, eigenständig Militärtriebwerke mit hohem Schub zu entwickeln. Bei heimischen Triebwerken gibt es jedoch noch zwei große Probleme:

1) Im Vergleich zu ausländischen Triebwerken zeigt sich, dass das Schub-Gewichts-Verhältnis der inländischen Turbofan-Triebwerke, der wichtigste Indikator, noch hinterherhinkt.

Aus heutiger Sicht muss zur Erhöhung des Schub-Gewichts-Verhältnisses die Gastemperatur erhöht werden. Jedes Mal, wenn die Temperatur des Turbineneinlasses eines Flugtriebwerks um 100 °C ansteigt, kann das Schub-Gewichts-Verhältnis um etwa 10 % oder die Leistung um eine ganze Generation gesteigert werden. Bei kommerziellen Triebwerken kann jede 10 %ige Schuberhöhung die Passagierkapazität um 10 % erhöhen; bei militärischen Triebwerken wird der erhöhte Schub von Militärflugzeugen mobiler und kämpferischer.

Um die Betriebstemperatur von Flugzeugtriebwerken zu erhöhen, besteht die Kernmethode darin, Hochtemperaturlegierungsmaterialien zu verwenden. Die Menge an Hochtemperaturlegierungen, die in fortschrittlichen Flugzeugtriebwerken verwendet werden, hat mehr als 50% erreicht, was als "Ecksteinmaterial fortschrittlicher Flugzeugtriebwerke" bekannt ist.

Hochtemperaturlegierung bezieht sich auf ein Legierungsmaterial, das Oxidation, Korrosion und Kriechen bei einer hohen Temperatur von 600-1200 widerstehen kann und lange Zeit unter hoher mechanischer Belastung arbeiten kann. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Luftfahrtausrüstung in der Zukunft werden die Anforderungen an das Schub-Gewichts-Verhältnis von Flugzeugtriebwerken weiter steigen und Triebwerke werden immer mehr auf Hochleistungs-Superlegierungswerkstoffe angewiesen sein.

Neue Materialien und neue Verfahren werden mit einem Schub-Gewichts-Verhältnis von 50-12 mehr als 15 % zum Triebwerk beitragen. Aus Sicht der zukünftigen Entwicklung kann er sogar 67 % ausmachen. Daher ist die Entwicklung hochwertiger Hochleistungs-Superlegierungsmaterialien und die Verbesserung des Prozessniveaus von Superlegierungsprodukten (z für die Entwicklung der Superlegierungsindustrie.

2) Die Triebwerke meines Landes haben noch einige Importe. Man kann sagen, dass Superlegierungen einer der zentralen Engpässe sind, die bestimmen, ob Flugzeugtriebwerke in Serie hergestellt werden können. Die Lokalisierung von Superlegierungsmaterialien ist eine Voraussetzung für heimische Flugtriebwerke.

Die Industrieländer betrachten Hochtemperaturlegierungsprodukte im Bereich der Luft- und Raumfahrtanwendungen als strategische Militärmaterialien mit einem hohen Grad an technologischem Monopol und einem strikten Verbot von Produktexporten; mein Land hat jedoch immer noch eine große Nachfrage nach hochwarmfesten Legierungen, die aus Übersee importiert werden müssen, was ausreicht, um die derzeitige Inländische Hochtemperaturlegierungen meines Landes zu erklären, die den Bedarf der Luft- und Raumfahrtindustrie noch immer nicht decken und ihren Mangel decken möglicherweise zu einem der Hauptfaktoren geworden, die die Massenproduktion von Flugzeugtriebwerken in meinem Land einschränken.

Darüber hinaus weisen im Inland hergestellte Superlegierungsmaterialien einen gewissen Abstand zu ausländischen Superlegierungen in Bezug auf Reinheit, Gleichmäßigkeit, Chargenstabilität und Produktionskosten auf. Sie können die Materialanforderungen von High-End-Geräten, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, noch nicht vollständig erfüllen. Daher ist die Realisierung der Lokalisierung hochwertiger und leistungsstarker Superlegierungsmaterialien auch ein wichtiger Bestandteil der heimischen Triebwerksindustrie.

2. Aus industrieller Sicht: Die Superlegierungen für die Luft- und Raumfahrt meines Landes haben sich von der Forschung zu einem Wendepunkt in der großflächigen Lokalisierung entwickelt

1) Nachfrageseite: Die wichtigsten Waffen- und Ausrüstungsmodelle meines Landes haben die Entwicklungs- und Fertigstellungsphase während des „13.

Unter der internationalen Ordnung der "großen Veränderungen, die in einem Jahrhundert nicht gesehen wurden, und der Beschleunigung der Evolution" ist die Entwicklung der militärischen Ausrüstung meines Landes in eine Phase des beschleunigten Aufholens eingetreten. Die Kernausrichtung besteht darin, die Fähigkeit aufzubauen, einen konventionellen Krieg zu gewinnen. Daher sind Raketen und Militärflugzeuge im Zusammenhang mit dem Aufbau von Bereitschaftsfähigkeiten taktisch. Ausrüstung ist die wichtigste Richtung bei der Beschaffung von Ausrüstung, um die Lücke zu schließen und die Ausbildung zu stärken; Mit dem Abschluss der Entwicklung und Fertigstellung dieser Anlagen im Rahmen des „13.

Insgesamt entspricht die Entwicklung heimischer Superlegierungen grundsätzlich dem Entwicklungsstand heimischer Luft- und Raumfahrttriebwerke.

Mit der schrittweisen Einführung neuer inländischer Militärflugzeuge und -schiffe in der Zukunft werden daher inländische Motoren allmählich in den Vordergrund rücken, und die Entwicklung von inländischen Superlegierungsmaterialien führt zu wichtigen Gelegenheiten und Wendepunkten.

2) Angebotsseite: Die Superlegierung meines Landes hat einen Prozess von der Nachahmung über die Einführung bis hin zur eigenständigen Innovation durchlaufen. Gegenwärtig hat mein Land eine gewisse Produktionsbasis mit fortschrittlicherer Technologie und Ausrüstung gebildet, und wir sehen auch, dass viele mit Superlegierungen verbundene Unternehmen in naher Zukunft Expansionspläne umsetzen. .

Seit dem erfolgreichen Versuch des ersten Superlegierungsofens GH3030 im Jahr 1956 hat die Erforschung, Herstellung und Anwendung von Superlegierungen in meinem Land mehr als 60 Jahre Entwicklungszeit durchlaufen. Rückblickend auf die mehr als 60-jährige Geschichte sind die Superlegierungen meines Landes von Grund auf gewachsen, von der Nachahmung zu einer unabhängigen Innovation, die Temperaturbeständigkeit der Legierungen hat sich von niedrig zu hoch geändert, fortschrittliche Technologien wurden angewendet, neue Materialien wurden entwickelt, Produktion Prozesse wurden kontinuierlich verbessert und die Produktqualität wurde kontinuierlich verbessert. , Und etablierte und perfektionierte das Superlegierungssystem meines Landes, so dass die für die Produktion und Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie meines Landes erforderlichen Hochtemperaturlegierungsmaterialien im Land ansässig sind und auch Hochtemperaturmaterialien für die Entwicklung von anderen Industriezweigen. Mein Land ist nach den Vereinigten Staaten, Großbritannien und Russland das vierte Land der Welt mit einem eigenen Superlegierungssystem.

Inländische Einheiten, die Superlegierungen herstellen, werden in drei Kategorien unterteilt. Eine davon sind Spezialstahlunternehmen wie Fushun Special Steel, Great Wall Special Steel, Baosteel Special Steel usw.; Das Institute of Metals sowie Steel Research Gona, ein professioneller Hersteller des Central Iron and Steel Research Institute, und private Unternehmen wie Tunan Co., Ltd. und Jiangsu Longda. Wir haben gesehen, dass viele Unternehmen im Zusammenhang mit Hochtemperaturlegierungen in naher Zukunft Expansionspläne umsetzen.

3. Rentabilitätsperspektive: nachgelagerte Luft- und Raumfahrt mit hohem Volumen, vorgelagerte militärische neue Materialien sind profitabler

Betrachten Sie zunächst die Wachstumsrate des Volumens: Das Verbrauchsattribut ist einer der zentralen Einflussfaktoren für die Wachstumsrate der Ausrüstungskette. Aus Sicht des Verbrauchsattributs wird „Superlegierung>Flugmotor>Militärflugzeug“ der Nachfrage nach inländischer Substitution überlagert. Daher ist die Superlegierungsindustrie relativ zu den nachgelagerten Die Wachstumsrate der militärischen Flugzeugausrüstung ist noch höher.

Im Vergleich zu Militärflugzeugen ergibt sich die Nachfrage nach Flugtriebwerken aus der Zunahme des Volumens von Militärflugzeugen und der Zunahme der Intensität des tatsächlichen Kampftrainings, um den Verbrauch zu steigern; Im Vergleich zu Flugtriebwerken werden Hochtemperaturteile aus Superlegierungen häufiger repariert und ersetzt, und es gibt auch eine Übersee-Import-Substitutionslogik. Daher wird die Wachstumsrate der Superlegierungsindustrie im Vergleich zur Militärflugzeugindustrie höher sein. Die börsennotierten Hochtemperaturlegierungsunternehmen wie ST Fushan Iron and Steel, Steel Research Gona, Tunan Co., Ltd. dh Luftfahrtenergiegeschäft. Zum Beispiel betrug die CAGR der geschäftsbezogenen Einnahmen aus Hochtemperaturlegierungen von 2014-2019 von Steel Research Gona 18.4 % und die CAGR der geschäftsbezogenen Einnahmen von Hochtemperaturlegierungen von Tunan Co., Ltd. von 2016 bis 2019 betrug 24.6%, während die CAGR der Einnahmen aus dem Triebwerksgeschäft von 2014 bis 2019 nur 8.0% betrug.

Schauen Sie sich zweitens die Wachstumsrate der Rentabilität an: Im Vergleich zur nachgelagerten Montage sind vorgelagerte Materialien weniger vom Preismechanismus für Militärprodukte betroffen. Sie sind eher Regalprodukte und haben daher einen relativ marktorientierten Preismechanismus. Wichtig ist, dass Werkstoffe eher Skaleneffekte bilden, also Hochtemperaturlegierungen Die Rentabilität der Werkstoffunternehmen wird voraussichtlich höher sein als die der nachgelagerten Montage.

4. Nachfrageperspektive: Der militärische und der zivile Markt werden gemeinsam gesteuert und die Nachfrage nach einheimischen Ersatzstoffen ist groß

Nicht nur in der Luft- und Raumfahrt sind Superlegierungen auch im industriellen Bereich weit verbreitet.

Hochtemperatur-Legierungswerkstoffe wurden zunächst hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit wurden sie nach und nach in der Elektroenergie, in Automobilen, in der Metallurgie, in der Glasherstellung, in der Atomenergie und in anderen industriellen Bereichen eingesetzt, wodurch Hochtemperaturlegierungsmaterialien stark expandiert wurden. Anwendungsbereiche.

Geteilt durch die nachgelagerte Nachfrage macht die Nachfrage nach Superlegierungen im Luft- und Raumfahrtsektor rund 55 % aus, gefolgt von Energie und Strom mit 20 % und dem Maschinenbau mit 10 %.

Derzeit beträgt der Bedarf an Superlegierungen nach militärischer und ziviler Nutzung 28%. Mit der Beschleunigung der industriellen Modernisierung werden Superlegierungen viele Wachstumspunkte im industriellen Bereich haben, der Anteil der zivilen Nutzung wird steigen und der Marktraum wird riesig.

Globale Dimension: Der Auslandsmarkt für Superlegierungen ist grundsätzlich ausgereift und die jährliche Wachstumsrate der Weltmarktskala wird voraussichtlich bei etwa 10 % bleiben.

Mit der weltweiten Nachfrage nach Superlegierungsmaterialien steigt die weltweite Nachfrage nach Superlegierungen weiter an. Nach Angaben des Foresight Industry Research Institute erreichte der weltweite Markt für Superlegierungen im Jahr 12.2 2018 Milliarden US-Dollar, im Jahresvergleich +4.8 %. Seit 2012 hat die globale Superlegierungsindustrie ihre Wachstumsrate stetig gesteigert und wird 17.3 voraussichtlich 2024 Milliarden US-Dollar erreichen.

Im Jahr 2019 erreichte der Superlegierungsmarkt meines Landes 16.98 Milliarden Yuan, ein Anstieg von 33.52 % gegenüber dem Vorjahr. Die heimische Produktionskapazität für Hochtemperaturlegierungen ist begrenzt, und es besteht seit langem eine große Angebots- und Nachfragelücke.

Laut dem „2020-2026 China Superalloy Industry Market Special Survey and Investment Prospect Planning Analysis Report“ beträgt die Superlegierungsproduktion meines Landes im Jahr 2019 etwa 27,600 Tonnen, aber die Gesamtmarktnachfrage nach Superlegierungen beträgt etwa 48,200 Tonnen und die Angebots- und Nachfragelücke beträgt 20,600 Tonnen. Basierend auf dem Durchschnittspreis der Superlegierungen meines Landes von 2019 Yuan/Tonne im Jahr 352,200 beträgt die Marktgröße der Superlegierungsindustrie meines Landes 16.98 Milliarden Yuan, ein Anstieg von 33.52 % gegenüber dem Vorjahr. Unser Fokus liegt auf der Berechnung des Inlandsbedarfs an Superlegierungen im Bereich der Triebwerke für die Luft- und Raumfahrt. Langfristig wird die Lokalisierung heimischer ziviler Luftfahrtmotoren auch eine enorme Nachfrage nach Superlegierungen im Markt mit sich bringen.

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