高性能金属材料国内外发展现状

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钢铁和常用有色金属（铝、镁、钛和铜）是传统材料，在经济和社会发展中，具有广泛的用途。随着工程科技的发展，世界钢铁和常用有色金属材料应用领域不断拓展，仍然充满活力，在促进人类文明进程中占有重要地位。

一、国际发展现状
1、高品质特殊钢材料国外特殊钢（不含电工钢）材料，年产量约8800万吨，产量和所占钢产量比例也相对稳定且呈缓慢增长趋势。

工业发达国家特殊钢产量一般占其钢总产量的15%～20%，其中瑞典的特殊钢占比高达45%～50%。日本特殊钢的产量和出口量位居发达国家之首。其他发达国家在某些特殊钢品种上也各有特色。例如，瑞典是世界上“特殊钢比重”最高的国家，其 SKF公司的轴承钢、山德维克公司的工模具钢在国际上具有很高的知名度；法国的不锈钢、精密合金，奥地利的工模具钢，美国和英国的高温合金等都为国际一流水平。国外的特殊钢产品具有尺寸精度高、钢中有害物质少、夹杂控制水平高、使用寿命长、耐热耐腐蚀等优异使用性能。

海洋工程装备建造商的第一阵营公司主要在欧美地区。这些公司垄断了海洋工程装备开发、设计、工程总包及关键配套设备供货；而海洋工程装备用钢的国外生产厂家分布在日本和德国，其中的代表厂家为日本JFE公司、日本新日铁公司与德国迪林根公司。

国外由于海洋工程装备用钢开发时间较长，产品更加成熟，主要体现为如下特点：
（1）标准专用化。日本JFE公司对海洋平台钢板形成了自己的企业标准系列，如 JFE-HITEN系列高强钢板、JFE-HITEN系列良好焊接性及大线能量焊接钢板、低温用钢板及耐海水腐蚀钢板等；美国有针对海洋平台用钢的API2W和2Y标准，对有特殊要求的钢板，如低温、应变时效、表面质量等进行了规定。
（2）大规格高强度。目前，JFE公司的海洋平台用钢抗拉强度为360~980 MPa，可以生产厚度达125～150 mm的特厚板。
（3）特殊使用性能。

2、高温合金材料
高温合金材料的研发和生产，不断受到用户技术发展和经营模式变化的影响，获得了长足的发展。
航空发动机提高推重比、增加安全性和经济性，航天器速度超声速倍率的增大，车用发动机降耗减排的高增压技术等，牵引了粉末高温合金、单晶高温合金、金属间化合物等新材料的发展，且使研发与产业部门更加重视材料的工程化技术研究，以加快新材料进入工业化稳定生产的过程；竞争的压力驱使发动机用户提高燃料效率、减少油耗（趋势是年平均减少1%），而这主要需依靠空气动力效率、燃烧室设计的改进和材料使用温度的提高而产生的热力学效率提高。其中，双性能/双组织涡轮盘由于更符合涡轮盘的工况特点将成为高推重航空发动机的必然选择，而使用温度可达 1100 ℃的第三代单晶高温合金高压涡轮叶片和密度只有4.0g/cm3的钛铝金属间化合物低压涡轮叶片将是提高涡轮机效率的重要材料基础。

3、有色金属材料
世界各发达国家都非常重视有色金属材料（特别是先进轻型合金）的研究发展及产业化技术开发工作。随着发展中国家制造业的兴起，低端有色金属材料的生产加工正逐步转向发展中国家，但日本、美国、德国、俄罗斯等发达国家在新型有色金属材料领域仍然保持着技术资本的领先优势，在一些关系到高技术工业的高性能有色金属结构和功能材料上一直占据着垄断地位。

奥科宁克、诺贝丽斯、海德鲁等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域占据世界主导地位，是全球航空航天、交通运输等领域轻质高强材料的供应主体；全球钛加工企业经过联合和兼并，已向集团化、国际化的方向迈进了一步，形成了美国、日本、独联体三足鼎立的局面。美国的Timet、RMI和Allegen Teledyne三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90%，也是世界航空级钛材的主要供应商。日本的三菱化学控股公司、古河及美国的奥林等企业则主导着全球高强高导铜合金市场，凭借技术先导优势赢得了高额利润和竞争优势。

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二、国内发展现状
我国的金属材料产业，顺应国民经济的高速增长、工业化、城镇化等对钢铁和有色金属材料的旺盛需求，在规模扩张上创造了举世空前的纪录，同时产品质量也有了较大提高。

目前钢铁材料除少数大类品种外，其他钢材的自给率都达到100%，关键钢材产品（如汽车用钢、管线钢、硅钢、船板等）的产量大幅提高，22大类钢材品种中有18类钢材的国内市场占有率达到95%以上。而且一些钢材（如板材、管材）已经打入美国、日本、西欧和韩国等发达产钢国家和地区的市场。这说明，我国钢铁行业不仅在品种质量上已经基本能满足各用钢部门的需求，而且部分品种达到发达国家用户的要求。

我国有色金属品种也基本满足国内经济发展需求，多种新研制的轻合金材料已经实现批量生产和应用，钛合金大规格棒材用于国际航空制造业，铜及铜合金复杂管材、大型铝合金型材进入国际市场并占据主导地位。

1、高品质特殊钢材料近年来，我国特殊钢行业与整个钢铁行业一样发展迅速，取得了举世瞩目的成就。不锈钢、轴承钢、齿轮钢、模具钢、高速钢等的产量均居世界第一，为我国国防工业及国民经济建设提供了重要的原材料保障。但我国特殊钢行业的整体发展水平和产品质量与先进国家仍有一定差距。
（1）先进能源用钢   
先进能源用钢主要包括风电、水电、核电装备用钢。我国已经具备了风电用宽厚板、高级别Φ80 mm风电轴承用钢（GCr15SiMn）的批量生产能力，偏航轴承总成和风叶主轴轴承总成还在研制之中。目前国内生产风力发电机用轴承钢的企业有江阴兴澄特种钢铁有限公司、湖北新冶钢有限公司、宝钢特钢有限公司等。我国自主生产的600 MPa级压力钢管能满足使用要求，800 MPa级的压力钢管正在升级研发中，基本掌握了水电、核电装备所用的大型不锈钢铸锻件的生产技术，改变了依赖进口的局面。

（2）现代交通用钢   
现代交通用钢包括高速轨道用钢和汽车用钢。高速轨道用钢主要有列车转向架、车轮、掣肘、轴承、弹簧及钢轨用钢。目前我国自主研制的微合金化车轮用钢已经成功用于时速200 km的列车，时速高于200 km的车轮用钢正在研发中；对于高端车轴用钢S38C，我国正处于工业试验阶段；车辆轴承用钢的高端产品GCr18Mo能够立足国内生产；高铁弹簧钢研究已有重大突破，有望实现国产化；我国高铁用钢轨的产能已达世界第一，质量也处于世界先进水平。我国的钢轨生产厂家主要是鞍钢集团有限公司、包头钢铁（集团）有限责任公司和攀钢集团有限公司的国有大型企业。

在汽车用钢方面，强塑积20 GPa%的第一代汽车用钢、强塑积在60 GPa%的第二代汽车用钢均可实现国产化，强塑积在30～40 GPa%的第三代高性能汽车用高强度钢的研发已经接近世界先进水平。我国的高强度汽车用钢生产厂家主要是中国宝武钢铁集团有限公司、鞍钢集团有限公司、武汉钢铁集团公司和首钢集团等企业。
（3）海洋用钢   
海洋用钢主要包括海洋平台、海底油气管线、特种船舶用钢。目前屈服强度355 MPa以下的海洋平台用钢基本实现国产化，占海洋平台用钢量的90%；海底管线钢X65、X70、X80及厚壁海洋油气焊管均已实现国产化；化学品船用中厚板已经实现国产化，自主研制的2205型双相不锈钢已被成功地应用在化学品船上；液化天然气船用9%Ni钢和液化乙烯储罐用12Ni19钢已经能够批量生产。我国的海洋工程用钢的主要生产厂家为中国宝武钢铁集团有限公司、鞍钢集团有限公司、首钢集团、新余钢铁股份有限公司、武汉钢铁集团公司、南京钢铁集团有限公司、湘潭钢铁集团有限公司、济钢集团有限公司等，目前这几个生产厂已具有年产50万吨以上的生产能力。（4）航空航天用钢   
大部分航空航天用钢已经实现国产化，但大型客机的轴承、连接螺栓、着陆齿轮等部件用的结构钢还需要进口。大推比运载火箭系统壳体、动力连接装置、星箭或船箭解锁包带等部件用特殊钢及各类空间环境设施用高品质特殊钢还有待进一步开发。

2、高温合金材料
经过60余年的发展，我国的高温合金产业在航空发动机、战略导弹等武器装备方面取得了很大进展。
在变形高温合金方面，仿制Inconel718合金并结合我国的国情和生产装备状况，形成了国内牌号GH4169及相应的技术条件和标准，基本满足了我国航空航天领域对GH4169合金的需求。
在铸造高温合金方面，单晶合金以仿制为主，已经发展了第一代、第二代单晶合金，并逐渐走向工程化应用。第三代、第四代单晶合金处于研制阶段，基本满足了我国先进航空发动机研制的迫切需求。
在粉末高温合金方面，目前国内的研究主要集中于前三代粉末高温合金的应用研究，第四代粉末高温合金研制处于探索阶段。
国内高温合金行业代表企业有宝钢特钢有限公司、抚顺特殊钢股份有限公司、攀钢集团有限公司江油长城特殊钢有限公司、北京钢研高纳科技股份有限公司、沈阳中科三耐新材料股份有限公司、北京航空材料研究院、沈阳黎明航空发动机有限责任公司、西安航空动力股份有限公司等。

3、高性能有色金属结构材料
高性能有色金属材料主要包括高性能铝合金、镁合金、钛合金等轻型合金材料，高强高导铜合金及钨钼等难熔硬质合金，是我国发展大飞机、信息技术、高速铁路、海洋工程等国家重大工程的基础。
目前我国已经成为世界有色金属材料的生产消费大国，已连续十余年居世界产量首位。通过引进消化与自主制造相结合，我国有色金属行业装备水平已达世界一流水平，其中大型冶炼与电解装备，连轧与连铸连轧装备，挤压、轧制与锻压设备的单机规模和整体数量都处于世界前列。
在新材料及其制备加工领域取得了一批具有世界先进水平的自主知识产权，具备了一定的产业和技术优势，取得了一批具有自主知识产权、达到国际先进的成果。例如，我国新一代高强高韧高淬透性航空铝合金研究及其工程化制备技术取得突破性进展，铝合金大型特种型材及其挤压工模具研究开发取得成功；成功开发了具有我国自主知识产权的铜带、管拉铸技术及铜铝复合技术等新材料技术；大型钛合金铸锭和锻件研制生产取得明显进展，产品走向国际市场；新一代高强高导铜合金材料及其电子引线框架铜带产业化关键技术研究取得突破，达到万吨级产业规模。
但是，我国有色金属新材料核心技术和知识产权还比较落后，长期处于技术跟踪状态，还没有建立有特色的完整合金牌号体系，具有自主知识产权并取得国际注册的新材料和热处理制度也较少，处于新材料开发和应用中美系、俄系、欧系合金混用的局面，巨大的市场优势和规模优势没有转化为技术优势。
我国有色金属行业已经遍布全国，形成了数千家国有、民营企业和合资企业大小不一、技术水平差别较大的市场化竞争局面。我国重大工程用先进有色金属材料主要由国有大型骨干企业研制生产，其中中国铝业集团有限公司和北京有色金属研究总院联合研制的新一代高强高韧铝合金和镁合金基本满足了我国航空航天重大工程新材料需求，以宝钛集团有限公司为首的钛合金骨干企业为国家重大工程研制并提供了一批重要钛合金材料。我国钨钼业形成了地勘–采选–冶炼–加工–科研开发比较完整的工业体系。硬质合金及钨钼材加工等工艺技术和设备仪器的档次显著提升，部分产品质量达到世界先进水平；钨丝和掺杂钨丝制取和加工方面的主流技术和装备已达世界先进水平；国防和航空用高性能耐震钨丝、汽车和电子行业用抗震耐热钨丝、微波炉和彩电钨热阴极部件已能生产；电子束熔炼加工电子级细晶钼开发成功并得到应用。