高温合金行业专题研究：供给能力和企业分析
发布时间：2023-12-04 作者: 可控气氛多用炉生产线（XKD产品）
高温合金采用特种熔炼方法制备，冶炼方法较多，既可以用电弧炉 （EFM）、感应炉（IM）或真空感应炉（VIM）进行一次熔炼，也可 以用电渣炉（ESR）或真空自耗炉（VAR）进行二次熔炼或三次熔炼。 如何明智的选择工艺路线，主要是根据高温合金的成分特点：合金化程度低， 能选用大气下电弧炉或感应炉熔炼，或者再进行电渣重熔或真空自 耗重熔；如果合金化程度很高，通常都采用真空感应炉熔炼，然后再 经真空自耗炉或电渣炉进行二次或三次熔炼。高温合金熔炼技术在 20 世纪 50~60 年代取得重大进展，形成了目前国内外较为成熟的真空感 应熔炼、电渣重熔和真空自耗电弧熔炼等生产工艺。
高温合金的成分和杂质含量与其性能有密切的关系，而它们的成分与 杂质含量又与其冶炼工艺息息相关，因此，选择正确的冶炼工艺是保 证耐热钢和高温合金具有高性能的重要手段。
熔炼是高质量高温合金制备的关键环节。高温合金母合金的质量会直 接影响到后续的处理工艺，对高温合金产品最终的性能表现形成重要 影响。在成分一定的条件下，要选择适当的生产的基本工艺，控制合金的 偏析、纯净度等，最终才能制备得到符合性能要求的高温合金制品。 国内外高温合金的熔炼方法有单联、双联和三联工艺，联用越多， 成品质量越好，但工艺复杂且成本会更高。
变形高温合金可以单联，也可以用双联、三联的方法生产。铸造高温 合金母合金主要是采用真空感应熔炼。粉末高温合金母合金方面，俄罗 斯粉末高温合金采用 VIM 或 VIM+VAR 双联熔炼工艺；美国粉末高温合金采用 VIM+ESR+VAR 三联熔炼工艺；我国粉末高温合金 的熔炼工艺基本采用 VIM 单联工艺。
变形高温合金的制备工艺最重要的包含熔炼、铸锭开坯与锻造、锻轧、热 镦、冷轧、冷镦、冷拔和热处理等方法，制成棒材、锻件、环形件、 板材、管材、带材和丝材等形式的产品，上述产品进一步采用锻造、 机加工、焊接、冲压成形等工艺方法制备成最终的零件。
铸造高温合金母合金是合金原材料经过精炼后，成分精确的初级合金 材料，是铸造高温合金和变形高温合金制备的前置产品。母合金重熔 浇筑获得的铸造高温合金，大多数都用在制备形状很复杂的产品，如采 用冷却技术的空心叶片，内部型腔复杂，只能采用精密铸造工艺才能 生产。
粉末高温合金是一种新型高温合金，一般是将高合金化、难变形的高 温合金用很多方法制成粉末，然后采用热等静压或热挤压等方法进一 步制成坯料，最后制成涡轮盘。
2.1 线 年 Wilhelm Rohn 第一次用真空感应熔炼炉熔炼出金属后，真 空熔炼设备与技术已有很大发展，可以生产容量为 1kg（甚至几十克） 至 60 吨（甚至更大）的线 吨容量 的真空感应熔炼炉制备 Ni、Co 高温合金，开始了 VIM 设备的工业化 应用。我国于 1956 年进口了 2 台 10kg 级真空感应熔炼炉，并开始开 展高温合金研究。
目前国内高温合金专业化冶金厂及相关企业在用的各种容量真空感 应熔炼炉近千台。例如，抚钢安装有 1 吨、3 吨、12 吨真空感应熔炼 炉，正在采购 30 吨真空感应熔炼炉；宝钢特钢的 VIM 设备容量包括 150 千克、1 吨、6 吨、12 吨；攀钢集团长城特钢有 6 吨真空感应熔 炼炉。科研院所如北京航材院的 VIM 设备容量有 500 千克、1 吨、2 吨；钢研总院设备容量为 500 千克、2 吨等。近年一些新兴高温合金 企业如中航上大（1 吨、4 吨、6 吨）、中航钛业（500 千克、2 吨）、 无锡隆达（3 吨）等，都采购安装了先进的真空感应熔炼炉。其中， 一些容量较小（10~15 千克）的真空感应熔炼炉多用在航空发动机厂， 大多数都用在制备小型高温合金铸件（如航空发动机叶片、结构件等）。 目前，国内设备厂家在真空感应熔炼炉制备方面技术较成熟，与国外 差距相对较小。
我国抚钢安装有１吨、3 吨、15 吨电渣炉，正在采购 30 吨电渣炉； 宝钢特钢有 1 吨、3 吨、4 吨、7 吨、15 吨、20 吨容量的电渣炉；长 钢有 5 吨容量的电渣炉；一些新兴企业如中航上大、中航钛业等都安 装了先进的数吨级的保护气氛电渣炉。此外，浙江电渣核材有限公司 成功安装了一台用于核电站大型构件制备的 130 吨级电渣炉。我国上 海重型机器厂的 450 吨级的电渣炉是世界较大的电渣炉。目前 ALD 公司为德国萨尔钢厂建造的 165 吨电渣炉是国外容量最大的电渣设备。
目前，我国抚顺特钢安装有 2 吨、3 吨、6 吨、18 吨真空自耗炉，正 在采购进口的 30 吨真空自耗炉；宝钢特钢有 150 千克、1 吨、6 吨、 12 吨真空自耗炉；攀钢集团长城特钢有 20 吨真空自耗炉；国内一些 高温合金新兴企业如中航上大、中航钛业等已安装了数吨级的进口真 空自耗炉。近年来，真空自耗炉的先进的技术包括熔滴凝固控制成形技 术、同轴供电技术、动态实时称重控制技术等。目前国内真空自耗炉 的制备技术水平与国外相比仍有差距，存在自动控制软件编制、精密 称重系统模块设计等难题，这也是国内变形高温合金厂家多从 ALD 公司 或 CONSAC 公司进口设备的原因。
目前国内外有数百家高温合金熔炼设备制造商，比较著名的设备商包 括德国 ALD 真空工业股份公司（ALD 公司）、美国应达集团的 CONSARC（康萨克）公司、奥地利因泰克(INTECO)公司等。
通过设备引进，短时间内我国变形高温合金冶金厂的熔炼装备达到了 国际领先水平，但是自主研制熔炼设备特别是控制管理系统软件的设计等 方面与国外设备厂商还有差距。此外，国内熔炼出的高温合金材料虽 然能够很好的满足使用需求，但是始终与国外材料在冶金质量和性能上有一 些差距，集中体现在夹杂物含量较高、成分控制波动范围宽、冶金缺 陷出现概率高、棒材内部残余应力大等方面。（报告来源：未来智库）
国内目前从事高温合金生产的公司数有限，最重要的包含特钢生产企 业、科研院所及相关企业、少量民企等。特钢生产企业以抚顺特钢、 宝钢特钢、长城特钢等企业为代表，以量大易规模化生产的高温合金 产物为特点，产品以变形高温合金为主；科研院所及相关企业以中科 院金属所、北京航材院、钢研高纳为代表，其特点为产品覆盖面广、 部分具有生产柱晶/单晶等高温合金的技术水平与研发能力。民企数量 较少，如图南股份、隆达股份等，凭借各自特色与优势成功进入了高 温合金行业。经统计，目前国内高温合金产能约为 1.6 万吨。
真空感应炉是当前高温合金主流熔炼方法的第一步，真空感应炉的产能直接影响高温合金的产能，当前我国高温合金生产的主要瓶颈是真 空感应炉产能不足，按照真空感应炉产量进行产能估计具有较高的准 确性。真空感应炉装满料熔炼成感应锭的出材率按照 90%估计，感应 锭经锻造、机加形成棒状坯料按照 70%估计成材率。《高温合金材料 学》中记录的 6T 线 小时， 据此推算一年熔炼的炉数。考虑设备检修、人员正常休息时间，按照 工作日每日一炉进行估算，即年生产炉数 250 炉。
以隆达股份为例：截至 2020 年 12 月 31 日，隆达股份主要熔炼设备 为 1 台 2.5 吨康萨克线 吨康萨克真空感应炉。根据 估算，隆达股份现有产能 2363 吨，与公司公告中的 2000 吨现有产能 基本相符。
面对日渐增长的高温合金需求，国内主要高温合金上市公司均制订了 产能提升计划。预计到十四五末，我国高温合金总产量或可达 3.8 万 吨/年。 美国变形高温合金年产量约 4 万吨，按照变形高温合金占比 70%估算， 美国高温合金年产量约为 5.7 万吨。国内高温合金产能与美国相比仍 有较大差距。
高温合金冶炼企业最重要的包含抚顺特钢、宝武特冶、长城特钢等为代表 的特钢生产企业，中科院金属所、北京航材院、钢研高纳为代表的科 研院所，近年来，非公有制企业通过与科研院所合作等方式开始步入高温 合金冶炼产业，如图南股份、隆达股份、山东瑞泰等，高温合金冶炼 公司数逐渐增多，不少企业通过定增等方式募资进行扩产，国内高温合金产能得到不断扩充。
公司作为老牌特钢生产企业，是我国高温合金产品的主要供货商。抚 顺特钢曾是东北特钢集团旗下最重要的生产基地之一，是中国国防军 工、航空航天等领域特殊钢材料的生产研发基地。公司以特殊钢和合 金材料的研发制造为主营业务，基本的产品“三高一特”即合金结构钢、 工模具钢、不锈钢和高温合金。目前，抚顺特钢高温合金在航空航天 市场占有率高达 80%以上，超高强度钢在航空航天市场占有率高达 90% 以上，其高温合金产品主要以锻材、轧材、板材等形式的变形高温合 金为主。
4.2 钢研高纳：具备生产国内 80%以上牌号高温合金的技术和能力， 向 PCC 看齐
钢研高纳具备生产国内 80%以上牌号高温合金的技术和能力，主要从 事高温合金、高均质超纯净合金、铝（镁、钛）合金材料及制品的研 发、生产和销售，产品主要服务于航空、航天、船舶等领域以及燃机、 石化等部分民品领域，工艺覆盖铸造、变形、粉末等制备技术。
公司营收与净利润稳步提升，营收以铸造高温合金为主，新型高温产 品逐渐发力。2021 年 1-9 月，公司实现营业总收入 14.25 亿元，归母 净利润 2.53 亿元，同比上涨 33%与 95%。营收结构方面，2021H1，铸 造高温合金产品占公司营收的主要部分，变形高温合金、新型高温合 金次之。
公司以“成为国内乃至国际航空、航天、石化市场铝、镁、钛、高温 合金铸造产品的龙头企业，在国际上逐步成为与美国精密铸件公司 （PCC）具有同样竞争力的国际知名企业”为战略目标，保持并提升 国内航空、航天、燃机用变形高温合金、粉末高温合金、金属间化合 物等新型高温合金盘锻件产品的龙头和技术领先地位，逐步成为国内 3D 打印高温合金粉末材料、特种镍基板、管、丝、带材料及制品的产 业基地。
4.3 图南股份：兼具铸造和变形高温合金能力，航发大型复杂薄壁结 构件重要供应商
图南股份是国内少数能同时批量化生产变形高温合金、铸造高温合金 (母合金、精密铸件)产品的民营企业之一。图南股份前身丹阳市精密 合金厂于 1991 年 5 月 28 日由丹阳市运河供销合作社电热材料经营部 筹建设立，于 2000 年由集体所有制企业改制为私营企业。公司 1994 年起逐渐购入真空感应炉等高温合金冶炼设备，逐渐涉足高温合金领 域，2007 年取得军工行业准入资质，并于 2015 年完成客户认证，进 入批量化采购阶段，成功跻身高温合金行业。公司主营业务为高温合 金、特种不锈钢等高性能合金材料及其制品的研发、生产和销售，拥 有特种冶炼、锻轧、拉丝、制管、铸造 5 大类生产线。
募投项目持续推进，产能提升助力业绩增长。公司年产 1000 吨高温 合金、年产 3300 件高温合金薄壁件项目预期于 2022 年陆续建成投产。 项目建成后，真空感应炉等产能瓶颈将有效突破，公司高温合金产能 有望达到 3000 吨，支撑公司业绩持续增长。公司 2021 年 7 月 29 日 设立全资子公司沈阳图南，主营业务为航空发动机、燃气轮机、石化 机械等零部件设计、制造、修理、销售，是母公司业务的有效延伸， 进一步拓展了公司两机产业链。
西部超导业务以高端钛合金、低温超导线材、高温合金产品为主。公 司背靠西北有色院，科研实力强劲，是目前国内唯一实现低温超导线 材商业化生产的企业，也是目前国际上唯一的铌钛(NbTi)锭棒及线材 全流程生产企业，主要是做高端钛合金材料和低温超导材料的研发、 生产和销售。对于高温合金产品，公司产品以“国际先进、国内空白、 解决急需”为定位，始终服务国家战略，补上了我国新型战机、大飞 机、直升机、航空发动机、舰船制造所需关键材料的“短板”。近年， 公司营收与净利润较快增长。公司于 2021 年三季报中披露，2021 年 1-9 月公司营收 20.9 亿元，归母净利润 5.38 亿元，同比增长 37.7% 与 97.86%。
公司自 2014 年开展高性能高温合金的工程化研究，通过近年来的技 术积累，突破了以 GH4169、GH4738、GH907、GH4698、GH4720Li 等合金为代表的十余个牌号高温合金的批量生产技术，具备相关牌号 高温合金的量产能力，公司多个牌号高温合金大规格棒材获得某型航 空发动机用料供货资格。粉末高温合金母合金产品以 FGH4097 等为 代表，公司突破了母合金熔炼全流程技术，生产的多批次产品已经应 用于合金粉末和粉末盘制备，高温合金粉末和盘件的夹杂物含量、纯 净度、性能等指标达到国内同行业的先进水平，某高温合金粉末盘部 件考核试验进展顺利，公司及其参股子公司掌握了某粉末盘制备技 术，产品性能优异，并已在多个型号航空发动机开展应用评价工作。 随着募投项目逐渐达产，公司预计 2023 年底到 2024 年会形成 6000 吨高温合金产能。（报告来源：未来智库）
公司专注于航空航天和燃气轮机等领域用高品质高温合金业务，产品 分为铸造高温合金母合金和变形高温合金。其中，公司铸造高温合金 母合金产品聚焦两机产业链，面向国内外市场，并参与国产航空发动 机和重型燃气轮机热端部件高温合金的研发和试制；公司变形高温合 金产品已建成“真空感应+电渣重熔+真空自耗”三联熔炼工艺生产线， 部分牌号正在两机领域客户验证。
宝武特种冶金有限公司为中国宝武钢铁集团有限公司旗下特殊钢研 发、制造单元，源自于上海第五钢铁厂、上海钢铁研究所、宝钢特钢 有限公司。2018 年 6 月，根据中国宝武战略部署，以特种冶金核心资 产为主体，聚焦特种冶金技术为核心的高性能金属与合金材料，于 2018 年 8 月成立宝武特冶，同年 10 月，作为中国宝武一级子公司正 式独立运营。
经过六十多年的改革与发展，宝武特冶已成为我国重要的高品质特殊 钢及特种合金研发生产基地之一，形成了高温合金、耐蚀合金、钛及钛合金、精密合金、特殊不锈钢、特种结构钢、工模具钢等产品族群， 广泛应用于国防军工、能源电站、先进交通、工程机械、石油化工、 环境保护等领域。公司成立以来，多项负责或参与的项目获得“国家 科技进步奖”、“国防科技进步奖”、“冶金科学技术奖”一等奖等国家 及省部级科技成果奖项。
攀钢集团长城特钢始建于 1965 年，是我国重点特殊钢、高温合金科 研及生产基地、国家工程研究中心先进钢铁材料特殊钢中试基地、国 家重点军工配套企业。长城特钢的高温合金（蚀合金）系列产品，广 泛应用于航天、航空、石油、石化等高端领域。长期以来，长城特钢 在该领域产品研发上，在国内一直保持了领头羊，完成了多项国家 级产品课题的研发工作，以不断适应特殊领域合金用材的需要，其产 品得到了市场的认可，先后有多项产品荣获国家“金杯奖”。
北京北冶功能材料有限公司前身是北京冶金研究所，成立于 1960 年， 于 2005 年 7 月由原北京首钢冶金研究院改制而成，注册资本 5000 万 元，其股本结构为首钢总公司占 35％，管理者团队占 40％，职工占 25％；公司资产总额 6 亿元。
公司专门从事电力机车、电力电子、汽车工业等行业所需的精密合金、 高温合金和特殊不锈钢等特种功能金属材料和高性能结构材料的研 制、开发和生产，现有高精度特种金属材料冷轧带材生产线、特种金 属材料棒材生产线、软磁铁芯及制品生产线、铸造高温合金生产线、 磁钢精密铸造中试线、特种金属复合材料生产线、特种丝材中试线、 非晶超微晶带材及制品生产线 条生产线 多个牌号的特 种功能金属材料，2000 余种规格的带材、丝材、棒材、铁芯、冲制件 及电子元器件，产销规模居国内同行前列。
中国航发北京航空材料研究院（以下简称航材院）成立于 1956 年 5 月 26 日，主要是做航空先进材料应用基础研究、材料研制与应用技 术研究和工程化技术研究的综合性科研机构，是国家科技创新体系的 重要组成部分。现有 17 个材料技术领域 60 多个专业，覆盖金属材料、 非金属材料、复合材料，材料制备与工艺，材料性能检测、表征与评价，提供标准化、失效分析和材料数据库等行业服务，拥有完整的材 料、制造、检测技术体系和丰富的技术积累；持续实施科技创新和工 程应用双轮驱动，现拥有 9 个国家级的重点实验室和工程中心，13 个 省部级重点实验室和工程中心，6 个海外联合研究中心，4 条国家级 生产示范线。
航材院高温结构材料专业目前主要包括：铸造高温结构材料及应用研 究、粉末高温结构材料及应用研究、喷射及变形高温结构材料及应用 研究、超高温结构材料及应用研究等四个方向。铸造高温结构材料及 应用研究，主要针对发动机涡轮叶片和大型、整体复杂薄壁结构件， 进行高性能定向、单晶及金属间化合物材料的设计、研制及其铸造工 艺技术研究。粉末高温结构材料主要针对发动机涡轮盘等关键零部件 以及粉末冶金功能件开展合金研制及应用研究。喷射高温结构材料主 要针对发动机涡轮盘等关键零部件进行合金研制、工艺技术等应用基 础和应用研究。变形高温合金研究主要侧重于先进变形高温合金应用 研究。超高温结构材料主要针对未来需求超高温结构材料、超高温功 能材料、超高温材料精密成形与加工技术研究。
中国科学院金属研究所成立于 1953 年，是新中国成立后中国科学院 创建的首批研究所之一，金属研究所高温合金研究部由两院院士、 2010 年国家最高科学技术奖获得者师昌绪先生创建于上世纪六十年 代，主要从事高温结构材料的合金设计、制备工艺、微观结构和使役 性能等方面的研究工作，多年来研制了系列铸造和变形高温合金，发 展了真空精铸、定向凝固和电磁离心铸造等多种先进工艺技术。
上世纪 60 年代，师昌绪院士带领金属所的科研人员成功研制了 K417 高温合金，发展了真空精密铸造技术，突破了空心叶片铸造工艺难关， 实现了从锻造合金到铸造合金、从实心叶片到空心叶片两个飞跃，仅 用一年多的时间，就研制出了我国第一枚铸造空心叶片，也使中国成 为当时世界上除美国之外第二个掌握铸造空心涡轮叶片制造技术的 国家。
高温合金研究部先后研发了系列(多晶、定向和单晶)铸造高温合金材 料，为建立和完善我国高温合金材料体系奠定了基础。 中科院金属所控股的中科三耐主要从事高温合金母合金及制品的研 制、生产和销售。公司主要产品包括铸造高温合金材料、叶片、离心 器及精密铸件等，产品主要应用在航空航天、能源电力、船舶、机车、 建材等多个领域。2020 年，中科三耐实现营业收入 1.05 亿，实现归 母净利润 0.25 亿。
中航上大高温合金材料股份有限公司成立于 2003 年 9 月，总资产 20 亿元，占地 466 亩，位于河北省清河经济开发区，是我国军工和高端 装备制造业关键性基础材料的重要生产研发基地，是一家央企参股的 混合所有制企业。
中航上大拥有国际先进的特种冶炼能力，主要生产设备包括三联真空 冶炼工艺生产线 吨电炉/AOD/LF/VOD 精炼 生产线MN 快锻生产线 高温合金径向压延生产 线、冷拔生产线等，可年产高温合金、耐蚀合金、超高强度钢、精密 合金、特种不锈钢、高档工模具钢等材料 12 万吨，大范围的应用于航空、 航天、船舶、兵器、核电、石油、化工、汽车、电子、海洋工程等领 域。
2021 年 11 月 27 日，中航重机党委副书记、总经理冉兴在调研中航上 大时表示：高温合金返回料循环再生利用是必然发展的新趋势，中航重机 将全力支持中航上大发展，逐步加强业务交流和技术合作，探索建 立联动协同平台、共同完善返回料回收利用管理机制等，实现中航上 大与中航重机产业链的深度融合。
山东瑞泰新材料科技有限公司是一家致力于研发、生产新型特种高温 合金材料的生产企业。公司配备真空熔炼、数控加工、热加工、热处 理等生产设备，关键工艺设备及实验测控仪器均从国外引进，目前具 备年产特种合金材料 500 余吨的生产能力。
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