工具鋼行業競爭壁壘高
中國在中高端市場取得了突破
01
工具鋼行業技術壁壘高
1.1
工具鋼種類繁多
嚴格的性能指標
《論語》有曰：工欲善其事，必先利其器。工具鋼（Tool steel）它可以被稱為工業之母，是一種用于制造切割工具、 測量工具、模具和耐磨工具的鋼。一般工具鋼硬度高，在高溫下能保持高硬度、紅硬度、耐磨性高、韌性適當，特殊要求包括熱處理變形小、耐腐蝕性好、加工性好等。根據不同的化學成分，工具鋼 分為碳工具鋼、合金工具鋼、高速鋼（本質上是高合金工具鋼）三類，可分為刀具鋼、模具鋼、 量具鋼三類。(1)碳工具鋼:碳工具鋼碳含量高，0.65%~1.35%之間。碳工具鋼熱處理后，表面硬度和耐磨性高，心臟韌性好；退火硬度低(不超過207)HB），當工作溫度達到250時，加工性能好，但紅硬性差℃當鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到60HRC以下。碳工具鋼淬透性低，大工具不能淬透(水中淬透直徑15mm），水淬時，表面淬火層與中心硬度差異較大，淬火時容易變形或開裂。此外，淬火溫度范圍窄，淬火時應嚴格控制溫度。防止過熱、脫碳和變形。
碳素工具鋼號T，以免與其它鋼混合；鋼號中的數字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。T88表示平均碳含量為0.8%錳含量高的，最后在鋼號上標注Mn”，例如T8Mn；高品質碳素工具鋼的磷硫含量低于普通優質碳素工具鋼。在鋼號后面加字母A以示區別。
(2)合金工具鋼:是指專門添加一些合金元素的鋼，以提高工具鋼的性能。常用的合金元素是鎢（W）、鉬 （Mo）、鉻（Cr）、釩（V）、鈦（Ti）等等，合金元素的總含量一般不超過5%。合金工具鋼的淬火性、淬火性、耐磨性和韌性均高于碳具鋼。根據用途，大致可分為刀具、模具和量具鋼三類。模具鋼的產量約占合金工具鋼的80%。碳含量高的鋼(大于0).80%)主要用于制造刀具、量具和冷模，鋼淬火后硬度為60%HRC以上，耐磨性足夠；碳含量中等的鋼(0.35%~0.70%)主要用于制造熱作模具。 這種鋼淬火后硬度稍低，為50%~55HRC，但韌性好。(3)高速工具鋼:是一種高合金工具鋼，一般指高速鋼。碳含量一般為0.70%～1.合金元素含量在65%之間，總量可達10%~25%C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。它可作高速旋轉切割工具，具有紅硬度高、耐磨性好、強度高等特點Cr，V，W，Mo比例較大。當切削溫度高達600時℃當硬度沒有顯著降低時。高速鋼通常通過電爐和粉末冶金生產，使碳化物以極小的顆粒均勻分布在基體上，從而提高使用壽命。高速鋼刀約占國內刀具總量的75%。可分為：① 鎢系高速鋼(含鎢9%~18%)；② 鎢鉬系高速鋼(含鎢5%~12%，含鉬2%~6%)；③ 高鉬系高速鋼(含鎢0~2%，含鉬5%~10%)；④ 釩高速鋼分為一般釩含量(1%~2%)和高釩含量(2%).5%~5%)高速鋼；⑤ 鈷高速鋼(含鈷5%~10%)。不同用途的高速鋼可分為通用型和特殊用途：
① 通用高速鋼：主要用于制造切削硬度≤300HB金屬切割刀具(如鉆頭、絲錐、鋸條)和精密刀具(如滾刀、插齒刀、拉刀)，常用鋼號W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
② 特殊用途高速鋼:鈷高速鋼和超硬高速鋼(硬度68~700HRC），主要用于制造切削難加工金屬（如高溫合金、鈦合金、高強度鋼等）的刀具。W12Cr4V5Co5、 W2Mo9Cr4VCo8等。
1.2
工具鋼工藝流程長
生產控制要求高
工具鋼的發展已有百年歷史，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、尺寸穩定性、抗熱疲勞性和良好的綜合力學性能等。工具鋼的生產工序主要包括冶煉、鑄造、加工和熱處理等。為了滿足不同的要求，生產上采用各種不同冶金成分的工具鋼，并通過恰當的變形和熱處理工藝來達到其性能要求，因此高性能的工具鋼生產具有極高的技術壁壘。
工具鋼冶煉一般采用電弧爐 二次精煉雙聯法，二次精煉工藝包括鋼包精煉（LF）、真空處理（VD）、 噴粉精煉等方法，生產高性能合金工具鋼采用電弧爐 電渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）方法。工具鋼的熱處理包括熱處理和熱變形。熱處理分為變形前熱處理和變形后熱處理。變形前熱處理是均勻處理，減少鋼的分析；變形后熱處理主要是去應力退火處理。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少帶狀組織的嚴重性。
合金工具鋼主要是模具鑄造。為了保證鋼錠的質量，廣泛采用防止二次氧化的技術，包括保護氣體鑄造和真空鑄造。為了提高收益率，降低成本，國內外一些特殊鋼廠采用連續鑄造生產低合金工具鋼。對于截面較大的模具材料， 通常選擇大截面連接鑄造機。例如，日本大同特種鋼采用二流弧形大方鋼坯連接鑄造機，鋼坯尺寸為370mm×380mm，德國蒂森特種鋼鐵公司的立式二流連鑄機截面尺寸為340mm×475mm。
以高速鋼為例，碳化物經熱處理后破碎成顆粒，稱為一次碳化物；從基體中沉淀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性能有很大的影響。碳化物的數量和類型與鋼的化學成分有關，碳化物的粒度和分布與鋼的變形和熱處理工藝有關。
除了模具的設計、制造精度、機床和操作條件外，模具的使用壽命和制造精度、質量和表面性能也與模具材料及其熱處理工藝密切相關。據相關統計，模具早期故障約占材料選擇不當和內部缺陷造成的10%，約占熱處理不當造成的50%。
02
國產工具鋼在中高端市場取得了突破
工具鋼行業競爭壁壘很高，主要體現在兩個方面:(1)先發優勢帶來的技術壁壘，新進入者短期內難以超越。比如國外工具鋼生產企業長期封鎖中國，不斷開發新鋼種、新品牌，保持技術優勢。(2)認證周期長、更換成本高帶來的市場壁壘。以模具鋼為例，一般模具鋼的使用壽命約為10萬次，使用壽命為2年。如果客戶想驗證新模具鋼的性能，需要2年以上的認證周期，所以主機廠 傾向于不輕易更換模具鋼供應商。此外，以汽車為代表的下游高端客戶對模具性能要求較高，會指定模具鋼供應商，如瑞典、德國、日本企業生產的模具鋼。新參與者很難進入上述高端市場。據行業調查，長城、比亞迪等國內汽車企業逐步采用國產模具鋼代替進口。我國工具鋼消費趨高端化
國內替代市場容量大
01
加快中高端工具鋼市場產業升級增長
1.1
疫情后，中國模具行業將逐步回暖
產業升級拉動了對優質模具鋼的需求
模具鋼是一種用于制造模具的鋼材。目前，我國模具鋼需求量較大的下游產業主要包括汽車、家電、電子設備、建材等制造業。由于全球化和制造業向中國的轉移，過去20年中國模具行業主營業務收入的復合增長率約為20%，近10年復合增長率約為10%。中國的模具產值占世界的三分之一。隨著低端制造業的向外轉移和中低端模具 市場的日益飽和，國內模具制造業有大規模、精密升級的趨勢，對中國模具鋼也提出了更高的質量要求。汽車工業是模具和模具鋼消費最大的行業，約占市場總量的35%；家電行業消費模具鋼約占市場總量的20%；電腦、手機、電子設備等電子通信行業約占市場的20%；塑料門窗PVC水管等建材模具每年消耗約15%的模具鋼。
從模具銷售分類來看，注塑模具占銷售比最大，占45%；其次，沖壓模具占37%，包括冷模具和熱模具；鑄造模具和其他模具占9%。
2018-2020年，受汽車等下游行業周期和疫情影響，2017年中國模具行業市場規模創歷史新高后收縮。然而，從汽車、家電、電子行業的增長來看，中國模具行業和模具鋼市場仍有增長空間。疫情沖擊后，中國汽車家電行業需求拐點即將到來，同時5G在電子設備的滲透率上升后，模具鋼的需求有望逐漸回升。
汽車行業90%以上的零件都是模具成型的，主要是冷模具鋼、塑料模具和熱模具鋼。沖壓模具約占三種模具的一半。一般來說，制造普通汽車需要大約1500個模具，包括近1000個沖壓模具和200多個內飾模具。
我國目前的汽車產銷量與理論峰值之間還有很大的差距，同時傳統燃油車和新能源汽車新車型的數量持續增加。中國的汽車所有權遠低于美國和日本，汽車市場容量非常大；從銷量來看，美國和日本的日均銷量GDP隨著國民可支配收入的增長，汽車銷量持續增長到400萬/億以上，2019年中國汽車銷量為184萬/億，理論上汽車市場至少有一倍的增長空間。
由于國內需求和出口的強勁推動，我國大型家電產銷總體保持增長，小型家電的滲透率仍有很大的提高空間。80%的家電行業零部件是通過模具形成的，最大的使用是塑料模具鋼（代表鋼號）P20和718)。預計未來家電行業將對模具鋼的需求增長提供強有力的支撐。
電子通訊行業60%~80%的零件依賴于模具成型，其中精密沖壓模具和精密塑料模具約占模具市場的20%。過去，中國的計算機、通信和電子設備制造業保持了快速擴張的趨勢G隨著滲透率的提高和電子設備更新周期的到來，中國電子設備的生產和銷售有望扭轉2018年以來的下降趨勢。1.2
高性能切削材料在產業升級下
需求持續增長
2018年，中國刀具行業市場規模達到新高，2009年以來10年復合增長率為5.65%。目前，我國的切削工具市場主要是普通高速鋼刀具。隨著制造業轉型升級和加工材料機械性能的提高，高性能高速鋼、硬合金等先進切削材料的使用和比例不斷上升。雖然我國切削工具的產量繼續下降，但單一產品的價值顯著提高 是市場持續擴張的重要原因。
中國對金屬切割機床需求最大的行業是汽車，占45%，其次是機械和軍工。據中國機床工具工業協會工具分會統計，2018年會員企業刀具產品總產值為117.其中，高速鋼刀產值54億元.40億元，占460億元.5%。高速鋼刀是目前我國刀具產品中所占比例最大的一類，但硬質合金刀具與排名第二的比例縮小到2.3個百分點。
使用硬合金時，切割速度是高速鋼的兩倍多，切割工件的表面質量和尺寸精度也大大提高。硬合金刀具在發達國家市場占據主導地位，在我國高速鋼刀具和硬合金刀具共同主導市場。根據國際生產工程學會(CIRP)據統計，硬質合金刀具占世界刀具消費總額的55%，高速鋼刀具占40%，超硬刀具占5%。近20年來，高速鋼刀具產值每年下降1%.25%，而硬質合金刀具則每年遞升1.1%。
合金含量較高的高速鋼應用于高精度、高壽命要求等關鍵領域，但傳統工藝生產的高合金含量組織會有嚴重的偏析缺陷和粗碳化物組織，從而影響斷裂韌性。噴射成型和粉末冶金技術制備的高合金工具鋼具有晶粒小、組織均勻、宏觀偏析小等特點，具有很好的市場前景。粉末冶金高速鋼刀具的性能優于普通高速 鋼，硬質合金刀具可在沖擊負荷大的切割加工場合替代。預計市場規模復合增長率將超過10%。
粉末冶金方法首先采用霧化法制備低氧高速工具鋼預合金粉末，然后用冷、熱等靜壓機將粉末壓實成完全致密的鋼坯，然后鍛造、軋制成材料。粉末高速工具鋼碳化物小，分布均勻，韌性好，可磨性好，尺寸穩定性好，可生產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的應用比例增加 趨
