工具鋼行業(yè)的競爭壁壘高

我國在中高端市場已有突破

01

工具鋼行業(yè)的技術(shù)壁壘高

1.1

工具鋼的種類繁多

性能指標(biāo)嚴苛

（1）碳素工具鋼：碳素工具鋼的碳含量較高，在0.65%~1.35%之間。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性，心部有較好的韌性；退火硬度低（不大于207HB），加工性能良好，但紅硬性差，當(dāng)工作溫度達250℃時，鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到60HRC以下。碳素工具鋼的淬透性低，較大的工具不能淬透（水中淬透直徑為15mm），水淬時表面淬硬層與中心部位硬度相差很大，在淬火時易產(chǎn)生變形或形成裂紋。此外，其淬火溫度范圍窄，在淬火時應(yīng)嚴格控制溫度。防止過熱、脫碳和變形。

碳素工具鋼鋼號冠以“T”，以免與其他鋼類相混；鋼號中的數(shù)字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。例如，T8表示平均碳含量為0.8%；錳含量較高者，在鋼號最后標(biāo)出“Mn”，例如T8Mn；高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的磷、硫含量比一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的低，在鋼號后面加注字母A以示區(qū)別。

按用途不同高速鋼又可分為通用型和特殊用途兩種：

① 通用型高速鋼：主要用于制造切削硬度≤300HB的金屬材料的切削刀具（如鉆頭、絲錐、鋸條）和精密刀具（如滾刀、插齒刀、拉刀），常用的鋼號有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

② 特殊用途高速鋼：包括鈷高速鋼和超硬型高速鋼（硬度68～70HRC），主要用于制造切削難加工金屬（如高溫合金、鈦合金和高強鋼等）的刀具，常用的鋼號有W12Cr4V5Co5、 W2Mo9Cr4VCo8等。

1.2

工具鋼的工藝流程長

生產(chǎn)控制要求高

工具鋼的發(fā)展已有百年歷史，各種工具鋼既有共同的要求，如硬度高、耐磨性和一定的強韌性等，又有各自的特殊要求，如紅硬性、耐沖擊、尺寸穩(wěn)定性、抗熱疲勞性和良好的綜合力學(xué)性能等。工具鋼的生產(chǎn)工序主要包括冶煉、鑄造、加工和熱處理等。為了滿足不同的要求，生產(chǎn)上采用各種不同冶金成分的工具鋼，并通過恰當(dāng)?shù)淖冃魏蜔崽幚砉に噥磉_到其性能要求，因此高性能的工具鋼生產(chǎn)具有極高的技術(shù)壁壘。

工具鋼的冶煉一般采用電弧爐+二次精煉的雙聯(lián)法，二次精煉工藝有鋼包精煉（LF）、真空處理（VD）、 噴粉精煉等多種方法，生產(chǎn)高性能合金工具鋼則采用電弧爐+電渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）法。工具鋼的熱加工包括熱處理和熱變形，熱處理分為形變前熱處理和形變后熱處理。形變前熱處理是進行均勻化處理以減少鋼的偏析；形變后熱處理主要是去應(yīng)力退火處理。為了提高工具鋼的等向性能和使用壽命，采用多向鍛造或多向軋制，可以避免帶狀組織的形成或減輕帶狀組織的嚴重程度。

合金工具鋼以模鑄為主，為保證鋼錠質(zhì)量，廣泛采用防止二次氧化技術(shù)，包括保護氣體澆鑄、真空澆鑄。為提高收得率、降低成本，國內(nèi)外部分特殊鋼廠已采用連鑄生產(chǎn)低合金工具鋼。對于截面大的模具材料， 通常選用大截面連鑄機，例如日本大同特殊鋼采用二流弧形大方坯連鑄機，鑄坯尺寸為370mm×380mm，德國蒂森特殊鋼公司的立式二流連鑄機，結(jié)晶器截面尺寸為340mm×475mm。

以高速鋼為例，碳化物經(jīng)熱加工后破碎成顆粒，稱為一次碳化物；從基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。碳化物特別是二次碳化物，對鋼的晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數(shù)量、類型與鋼的化學(xué)成分有關(guān)，而碳化物的顆粒度和分布則與鋼的變形量和熱處理工藝有關(guān)。

模具的使用壽命和制成的精度、質(zhì)量、表面性能，除與模具的設(shè)計、制造精度以及機床和操作等條件有關(guān)外，與模具材料及其熱處理工藝也有密切關(guān)系。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計表明，模具的早期失效因材料選擇不當(dāng)和內(nèi)部缺陷引起的約占10%左右，由熱處理不當(dāng)引起的約占50%左右。

02

國產(chǎn)工具鋼在中高端市場已有突破

我國的工具鋼消費趨高端化

國產(chǎn)替代的市場容量大

01

產(chǎn)業(yè)升級加速中高端工具鋼市場的成長

1.1

后疫情時代我國模具行業(yè)將逐步回暖

產(chǎn)業(yè)升級拉動高品質(zhì)模具鋼的需求

汽車行業(yè)是模具及模具鋼消費的第一大行業(yè)，占市場總量35%左右；家用電器行業(yè)消費模具鋼約占市場總量的20%；電腦、手機、電子設(shè)備等電子通訊行業(yè)用模具鋼約占市場的20%；塑料門窗、PVC水管等建材模具年需消耗模具鋼約占市場容量的15%。

從模具的銷售額分類看，銷售占比最大的是注塑模具，占比達到45%；其次是沖壓模具，占比達到37%，包括冷作模具和熱作模具；鑄造模具和其他模具占比為9%。

2018-2020年受汽車等下游行業(yè)周期和疫情的影響，我國的模具行業(yè)的市場規(guī)模在2017年創(chuàng)下歷史新高后有所收縮。盡管如此，從汽車、家電和電子等行業(yè)的成長性看，我國的模具行業(yè)和模具鋼的市場仍然有成長空間。疫情沖擊后我國的汽車、家電行業(yè)的需求拐點即將到來，同時5G滲透率提升后將迎來電子設(shè)備的更 新潮，模具鋼的需求有望逐步回暖。

汽車行業(yè)90%以上的零件由模具成型，主要是冷作模具鋼、塑料模具和熱作模具鋼，三類模具中沖壓模具要占到一半左右。一般情況下，制造一輛普通轎車本身便需要約1500個模具，當(dāng)中有接近1000個的沖壓模具和超過200個的內(nèi)飾件模具。

我國目前的汽車產(chǎn)銷量與理論峰值之間還有很大的差距，同時傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車新車型的數(shù)量持續(xù)增加。我國的汽車保有量遠低于美、日，汽車市場容量非常大；從銷售量看，美國和日本隨著日均GDP和國民可支配收入的增長，汽車銷量持續(xù)增長至400萬輛/億人以上，我國2019年的汽車銷量為184萬輛/億人，汽車市場理論上至少有1倍的成長空間。

得益于內(nèi)需和出口的強勁拉動，我國的大家電產(chǎn)銷量總體保持增長，同時小家電滲透率尚有較大的提高空間。家電行業(yè)零件的80%靠模具成型，使用量最大的是塑料模具鋼（代表鋼號為P20和718）。我們預(yù)計未來家電行業(yè)對模具鋼的需求增長有較強的支撐。

1.2

產(chǎn)業(yè)升級下高性能切削材料

的需求持續(xù)增長

2018年我國刀具行業(yè)的市場規(guī)模創(chuàng)新高，從2009年以來10年的復(fù)合增速為5.65%。目前，我國的切削工具市場以普通高速鋼刀具為主，隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和加工材料的機械性能提升，高性能高速鋼、硬質(zhì)合金等先進切削材料的使用量和占比不斷攀升。盡管我國切削工具的產(chǎn)量持續(xù)下降，但刀具的單品價值提升顯著 是市場持續(xù)擴張的重要原因。

我國金屬切削機床需求最大的行業(yè)是汽車，占比達到45%，其次是機械和軍工。根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會工具分會統(tǒng)計，2018年會員企業(yè)刀具產(chǎn)品的總產(chǎn)值為117.09億元，其中高速鋼刀具產(chǎn)值為54.40億元，占比達到46.5%。高速鋼刀具是現(xiàn)階段我國刀具產(chǎn)品中占比最大的品類，但與排名第二的硬質(zhì)合金刀具占比差距縮小至2.3個百分點。

采用硬質(zhì)合金時，切削速度比高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。在發(fā)達國家市場中硬質(zhì)合金刀具占據(jù)主導(dǎo)地位，在我國高速鋼刀具與硬質(zhì)合金刀具共同主導(dǎo)市場。根據(jù)國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)統(tǒng)計，硬質(zhì)合金刀具已占世界刀具消費總額的55%，高速鋼刀具為40%，超硬刀具為5%。近20年高速鋼刀具產(chǎn)值每年遞減1.25%，而硬質(zhì)合金刀具則每年遞升1.1%。

在高精度、高壽命要求等關(guān)鍵領(lǐng)域要使用合金含量更高的高速鋼，但傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的高合金含量的組織會有嚴重的偏析缺陷和粗大碳化物組織，進而影響斷裂韌性。噴射成形和粉末冶金技術(shù)制備的高合金工具鋼有晶粒細小、組織均勻、宏觀偏析小等特點，具有非常好的市場前景。粉末冶金高速鋼刀具的性能優(yōu)于普通高速 鋼，而且在沖擊負荷大的切削加工場合可替代硬質(zhì)合金刀具，預(yù)計市場規(guī)模的復(fù)合增速在10%以上。

粉末冶金方法首先用霧化法制取低氧高速工具鋼預(yù)合金粉末，然后用冷、熱等靜壓機將粉末壓實成全致密的鋼坯，再經(jīng)鍛、軋成材。粉末高速工具鋼的碳化物細小、分布均勻，韌性、可磨削性和尺寸穩(wěn)定性等均很好，可生產(chǎn)用鑄錠法無法生產(chǎn)的更高合金元素含量的超硬高速工具鋼。

高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼應(yīng)用比例呈增加趨勢，在發(fā)達國家高性能高速鋼應(yīng)用比例達到30%以上， 粉末冶金高速鋼也已達到20%左右。粉末冶金高速鋼組織細小，其強度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍。目前全球粉末冶金高速鋼已占高速鋼年產(chǎn)量的10%以上，美國應(yīng)用粉末冶金高速鋼的比例超過15%。我國高性能高速鋼的應(yīng)用比例只有10%左右，粉末冶金高速鋼應(yīng)用比例則更低。

粉末冶金高速鋼冶煉工藝復(fù)雜，制造成本較高；與之相比，噴射成形制備工序少，成本較低，但產(chǎn)品質(zhì)量較粉末冶金差些。世界上主要由少數(shù)發(fā)達國家的7家企業(yè)生產(chǎn)粉末冶金高速鋼，總產(chǎn)能約2.4萬噸左右。國內(nèi)的粉末冶金高速鋼生產(chǎn)才剛起步，以目前我國高速鋼刀具市場規(guī)模的20%計將達10億元以上。

02

工具鋼的國產(chǎn)替代市場容量大

2.1

我國模具行業(yè)的競爭力提升，

高端模具鋼國產(chǎn)替代的市場容量大

隨著我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和模具行業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)市場對中高檔模具的需求量越來越大。我國的模具鋼與國際先進水平相比，在品種、質(zhì)量、尺寸規(guī)格及使用性能等方面都有差距，尚不能滿足高端市場的需求。根據(jù)我們市場調(diào)研的數(shù)據(jù)推測，我國每年約有10萬噸左右的高端模具鋼需要進口，主要是精密的、長壽命 的模具鋼，幾乎占據(jù)了整個模具鋼高端市場的80%以上。進口的模具鋼價格要比國內(nèi)的同類產(chǎn)品高出幾倍。

國外模具鋼采用了更多的成分、組織和性能等方面的單項指標(biāo)。以H13模具鋼為例，國外H13的控制指標(biāo)最多達8項，而我國的標(biāo)準(zhǔn)只有3項。一般國產(chǎn)H13鋼制的壓鑄模具壽命為3萬~5萬模次，而進口的優(yōu)質(zhì)H13的壓鑄模具壽命可達20萬次。在生產(chǎn)工藝上，國外普遍采用“電爐+爐外精煉”，對于純凈度要求更高的大部分采用電渣重熔，大截面鍛壓模塊和大型鋼材多采用真空處理。

我國模具鋼的進口來源主要有日本大同、日立金屬、德國葛利茲、瑞典 ASSAB、美國芬可樂等。進口模具鋼的牌號包括日本NAK80、SKD61、DC53、SKD11等，瑞典S136、8407、DIEVAR、XW-41等，德國1.2083、1.2344、1.2379，美國牌號H13、D2等。進口模具鋼的規(guī)格主要是大尺寸的鍛制模塊（250~800mm ×600~1200mm）及大尺寸的模具扁鋼（30~300mm ×400~1500mm）。

我國的高端模具產(chǎn)業(yè)長期依賴進口材料支持其發(fā)展，無形中提高了模具產(chǎn)業(yè)特別是高端模具產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的危險系數(shù)。政治局會議提出提升國內(nèi)大循環(huán)的主體地位，維護產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定，補齊關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了提高我國模具行業(yè)的安全系數(shù)，支持我國模具產(chǎn)業(yè)健康平穩(wěn)地發(fā)展，我國亟需改善高端模具鋼幾乎依賴進口的 局面。我國模具鋼產(chǎn)業(yè)要補齊短板和功課：

（1）高端化：加強新產(chǎn)品開發(fā)，提高模具鋼性能，同時促進品種規(guī)格多樣化、制品化；

（2）專業(yè)化：形成專業(yè)化模具鋼生產(chǎn)；

（3）品牌化：以質(zhì)量樹立模具鋼品牌。

2.2

我國高端刀具的進口替代市場

規(guī)模達百億

我國進口刀具的市場規(guī)模尚在不斷增長，過去10年進口刀具占國內(nèi)市場的份額從15%提高至30%，進口市場規(guī)模達到148億。由于制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級對高性能刀具的需求增加，我國進口的主要是包括硬質(zhì)合金制品在內(nèi)的高端刀具產(chǎn)品，進口刀具的單價遠遠高于國產(chǎn)刀具，剔除硬質(zhì)合金的高端刀具進口額在40億元以上。

根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會工具分會的統(tǒng)計分析，2018年我國刀具市場總消費規(guī)模達到421億元，創(chuàng)歷史最高記錄，同比增長8.5%。其中國產(chǎn)刀具約273億元人民幣，占比65%；進口刀具（含境外品牌）148億元人民幣，占比35%。

從過去我國切削工具進出口的單價看，我國切削工具進口的單價遠高于出口，而且進口切削工具的價格漲幅顯著高于出口，從2007年的18675美元/噸上漲至2012年98931美元/噸。

進口刀具中金額前三分別為經(jīng)鍍或涂層硬質(zhì)合金制的金工機械用刀及片、其他材料制工作部件的鉆孔工具、其他硬質(zhì)合金制的金工機械用刀及片；剔除硬質(zhì)合金后進口前三分別為其他材料制工作部件的鉆孔工具、其他銑削工具、攻絲工具，2019年的進口金額分別為18.64億、13.61億和9.12億元。

03

高性能工模具鋼是我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

工具鋼作為“工業(yè)之母”，高性能工具鋼則是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。汽車、機械、航空航天、軍工等現(xiàn)代裝備制造業(yè)是我國未來重點發(fā)展和布局的支柱產(chǎn)業(yè)，作為不可或缺基礎(chǔ)材料的高性能工模具鋼同樣受到國家產(chǎn)業(yè)政策的大力支持，并成為我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

2016年11月，國務(wù)院發(fā)布《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出發(fā)展壯大高端裝備和新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。12月，工信部等部委聯(lián)合發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，提出推進原材料工業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，緊緊圍繞高端裝備制造等重點領(lǐng)域需求，加快調(diào)整先進基礎(chǔ)材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重點任務(wù)。

國家統(tǒng)計局《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類（2018）》對新材料產(chǎn)業(yè)目錄做了細化完善，并首次將39類先進鋼鐵材料列入新材料產(chǎn)業(yè)目錄，包括先進鋼鐵材料等7大領(lǐng)域，新增了高性能軸承用鋼加工、高性能彈簧鋼加工、高性能齒輪鋼加工、高性能工模具鋼加工、高技術(shù)船舶用鋼加工、高強度汽車用冷軋板加工等。

市場競爭格局層次分明

高端化和專業(yè)化是成長主線

01

國營鋼廠控制高端市場，

優(yōu)質(zhì)民企在中低端市場嶄露頭角

據(jù)Mysteel統(tǒng)計，2019年我國共計61家模具鋼生產(chǎn)企業(yè)，共85條生產(chǎn)線，總計約為225.6萬噸產(chǎn)能， 其中塑料模具鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼的比例大體為5：3：2；根據(jù)我們產(chǎn)業(yè)調(diào)研的數(shù)據(jù)，目前我國模具鋼的年需求量約120萬噸，模具鋼生產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率約為50%，總體看并不高。

2017-2019年我國重點優(yōu)特鋼企業(yè)的模具鋼總產(chǎn)量從42.5萬噸下降為32.0萬噸，累計下降24.7%。目前在我國國內(nèi)模具鋼市場中份額較大的是天工國際、東北特鋼（含撫順特鋼、大連特鋼）、寶武特冶（原寶鋼特鋼）、長城特鋼、齊魯特鋼等。我國目前每年仍需進口高端模具鋼產(chǎn)品約10萬噸，相比于頭部企業(yè)的產(chǎn)能而言進口替代的空間還很大。

九十年代后期，大連特鋼、重慶特鋼、寶鋼特鋼等國有綜合特鋼廠調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并逐步放棄高速鋼市場，天工國際、河冶科技、江蘇精工等專業(yè)化生產(chǎn)廠取而代之成為高速鋼生產(chǎn)的主力軍。目前國內(nèi)市場的高性能高速鋼的生產(chǎn)能力較弱，國內(nèi)能生產(chǎn)粉末冶金高速鋼的企業(yè)僅有天工國際、河冶科技等，其中天工國際在國內(nèi)粉末冶金高速鋼市場的占有率達到80%以上。

02

高端化和專業(yè)化

是工具鋼行業(yè)高質(zhì)成長的主線

工具鋼生產(chǎn)的高端化、專業(yè)化是先發(fā)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，提升企業(yè)的競爭力。在我國工具鋼市場景氣度下行時期，具有高端化、專業(yè)化優(yōu)勢的合金工具鋼生產(chǎn)企業(yè)的市場份額提高，呈現(xiàn)馬太效應(yīng)。以模具鋼為例，2018年我國重點特鋼企業(yè)的模具鋼產(chǎn)量較2017年同比下降25.6%，同期天工國際為代表的專業(yè)化工具鋼生產(chǎn)企業(yè)的市場份額均逆勢提高，公司的市場份額從20%提高至28.2%， 同時全國重點優(yōu)特鋼企業(yè)的模具鋼CR5從67.1%提高至85.1%。

由于合金工具鋼的生產(chǎn)品種規(guī)模多、批量小，因此合金工具鋼的生產(chǎn)已了由分散向集中發(fā)展可以共享特殊冶金裝備，實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)并降低工序成本；同時為了適應(yīng)全球化競爭的趨勢，世界先進的模具鋼的生產(chǎn)企業(yè)不斷地進行強強聯(lián)合，形成具有全球競爭力的工模具生產(chǎn)、研發(fā)中心和國際品牌。

目前發(fā)達國家一般僅有1~2家生產(chǎn)模具鋼的專業(yè)廠家，其產(chǎn)量往往占全國的60%~80%，如瑞典的烏德霍姆公司、奧地利的百樂公司、美國的釩合金鋼公司（Vasco）、日本的日立金屬公司等。目前我國的模具鋼分散幾十家特鋼企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)集中度仍待提升，未來將逐步向?qū)I(yè)化和品牌化的方向發(fā)展。

03

行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈的地位尚可，

保障企業(yè)的盈利能力

相較于普鋼，作為產(chǎn)業(yè)鏈中游的工具鋼生產(chǎn)企業(yè)有較強的盈利能力，其銷售利潤率與下游工模具制造企業(yè)相當(dāng)。我們認為主要有以下原因：

（1）我國合金工具鋼行業(yè)的供給相對集中，尤其是在中高端工具鋼方面，而 需求相對分散，因此工具鋼生產(chǎn)企業(yè)具有較強的議價能力和成本轉(zhuǎn)嫁能力；

（2）原材料占工模具成品的成本比重較低，下游對工具鋼原料價格的容忍度尚可，例如模具鋼成本僅占模具銷售價格的20%~30%。

我國共有模具生產(chǎn)企業(yè)（廠、點）約3萬家，大部分模具企業(yè)規(guī)模較小，行業(yè)集中度不高。據(jù)統(tǒng)計，2014年模具產(chǎn)值在1000萬元以上的生產(chǎn)企業(yè)有71家，超過1億元的有25家。據(jù)Mysteel統(tǒng)計，我國有模具鋼生產(chǎn)企業(yè)約60家，同時我國重點優(yōu)特鋼企業(yè)的模具鋼CR5達到80%左右。在2018年以釩為代表的合金元素價格大漲時，模具鋼生產(chǎn)企業(yè)有能力將成本的漲幅轉(zhuǎn)嫁給客戶，從而保證高銷售毛利率。

我國的模具鋼生產(chǎn)企業(yè)高度集中于華東、華中、東北這三個區(qū)域，其中華中、華東和華北地區(qū)分別有共計17家、16家和11家企業(yè)。華東地區(qū)的產(chǎn)能占比近半，其次是華中、東北。我國模具鋼的需求主要集中在華東、華南和華北地區(qū)，華東占全國的50%~55%左右，包括浙江的寧波、臺州市、江蘇昆山和上海嘉定；廣東也是我國最主要的模具市場和最大的模具出口省，全國模具產(chǎn)值有35%以上來自廣東。

與普鋼以鐵礦石、煤焦為主要原燃料不同，合金工具鋼中Cr、Mo、V、W等合金元素占原材料成本的比重較大。以H13模具鋼為例，我們估算目前Cr、Mo、V在其原材料成本中的占比達到70%左右，而廢鋼僅占30%。從原材料的供給格局看，合金工具鋼生產(chǎn)企業(yè)能夠避開鐵礦石這個黑色產(chǎn)業(yè)鏈的利潤陷阱，是其保持高盈利水平的重要原因之一。

投資策略：

擁抱工具鋼行業(yè)高質(zhì)成長

和國產(chǎn)替代的紅利

來源：東興證券、未來智庫