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2021年硬质合金刀具行业深度报告

2021-09-11

硬质合金刀具处在钨产业链的*下游,占整体中国钨消费的50%。硬质合金的材料包括碳化钨、钴粉、钽铌固溶体等,其上游主要为对应原材料的生产商。根据中国钨业协会的数据,2020年中国钨消费的50%在硬质合金刀具领域。以中钨高新、厦门钨业为代表的公司,拥有从钨精矿、APT、碳化钨、到硬质合金刀具的全产业链布局。


一、硬质合金刀具——实现机床功能的核心部件


刀具:机床加工的核心部件


刀具是机床加工的“牙齿”,其中刀片是需要定期更换的核心耗材。刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具,任何规格类型的金属切削机床,都必须依靠刀具才能发挥作用,所以刀具也被称为工业的“牙齿”,刀具的质量直接影响工件材料的加工精度、质量和效率。刀具一般由刀柄、刀杆(或刀盘)和刀片组成,其中刀片作为金属切削过程中的核心部件,是需要定期更换的耗材。

2021年硬质合金刀具行业深度报告

刀具通过车削、铣削和钻削三种加工切削方式来实现不同的工艺。其中,车削通常用于回转类零件的加工,应用于通用机械、汽车、轨道交通、精密轴承、高端卫浴、石油化工等;铣削通常用于平面、曲面等零件的加工,应用于精密模具、能源装备等;钻削通常用于孔加工,应用于工程机械、新能源等。三种加工方式中,车削与铣削占比较高。


刀具材料:硬质合金刀具因兼具硬度和韧性而具备主导地位


按照刀片使用的材料分类,主要分为工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料四类刀具。刀具的材料性能包含硬度和冲击韧性,一般而言硬度越高,冲击韧性越差,通常要根据刀具的具体应用领域平衡其硬度和韧性。硬质合金由于具有良好的综合性能,在全球切削刀具消费结构中占主导地位,2019年占比达63%。


硬质合金刀具产业链:处在中游的关键节点,不乏全产业链布局的公司


硬质合金刀具处在钨产业链的*下游,占整体中国钨消费的50%。硬质合金的材料包括碳化钨、钴粉、钽铌固溶体等,其上游主要为对应原材料的生产商。根据中国钨业协会的数据,2020年中国钨消费的50%在硬质合金刀具领域。以中钨高新、厦门钨业为代表的公司,拥有从钨精矿、APT、碳化钨、到硬质合金刀具的全产业链布局。


硬质合金刀具的终端应用广泛,涉及十余个下游行业。硬质合金刀具应用领域分布广泛,主要集中在汽车和摩托车、机床工具、通用机械、模具、工程机械五个领域,2018年占比分别为20.9%、18.1%、15.0%、7.4%、6.8%,占比合计近70%。


二、需求分析:制造业复苏与升级是增长的主要动力


全球刀具市场稳步增长,国内刀具市场增速较快


在疫情前全球切削刀具消费量保持稳步增长趋势。

中国是全球切削刀具的第二大市场,市场规模在400亿元左右。根据各行业协会的数据,全球切削刀具的消费集中在欧洲、中国、日本和美国四地,2018年合计市场份额接近60%,其中中国是全球第二大市场。根据欧科亿的招股说明书,2010年以来,以中国为代表的亚洲刀具市场增长率排在全球刀具规模增长首位,是全球增长率的2.5倍,2017-2019年中国刀具市场的规模在400亿元左右。


中国切削刀具市场规模从2015年见底逐步回升,增速远超同期全球平均水平。2005-2011年,伴随着工业化的进程,中国切削刀具市场规模从137亿元增长至400亿元,期间CAGR高达19.6%。受国内投资增速放缓和需求结构调整影响,2012年至2016年市场规模主要集中在312亿元至345亿元的区间。随着制造业转型升级推动刀具消费市场恢复性增长,2018年切削刀具行业市场规模达到421亿元,达到历史*高水平,其中2016-2018年CAGR为14.3%,远高于同期全球增速的2.7%。2019年受中美贸易摩擦以及汽车等下游行业下行的影响,消费额下降至393亿元。


短维度:全球制造业的持续复苏抬升刀具市场景气度


制造业复苏抬升刀具市场景气度。切削刀具是机械制造行业的基础,切削加工约占整个机械加工工作量的90%。刀具下游涉及制造业的众多细分领域,与国内制造业整体的发展息息相关。随着国内经济常态化运行和工业出口恢复带来的制造业高景气,国内工业产能利用率自2020Q3以来显著高于历史平均水平,工业企业利润大幅增长。在顺周期制造业复苏的时点下,刀具市场迎来广阔的市场空间。


下游行业的资产负债表修复和投资扩大,工业耗材刀具的景气度有望延续。中国/美国/欧元区PMI指数分别连续15/12/11个月保持在荣枯线之上,随着欧美发达国家的疫情逐步控制和疫苗接种率的上升,全球经济的复苏有望持续。同时制造业高景气度带来刀具行业下游汽车、模具等重点行业的资产负债表修复,进一步驱动相关投资扩大,作为工业耗材刀具的景气度有望延续。


长维度:制造业升级下,预计未来五年硬质刀具市场CAGR为7.6%


1)机床市场转型是高端刀具市场增长的重要动力:


金属切削机床的保有量和产量均已见顶,但随着效率提升下的单价抬升,机床整体的产值仍维持在1000亿以上规模。在单台效率持续提升的背景和宏观周期自2011年后下滑的背景下,我国金属切削机床的产量与保有量分别在2014/2017年达到高点后下行。但随着国产金属切削机床高效化的趋势持续,金属切削机床的单价从2000年的7.2万/台提升至2020年的24.4万/台,对应过去20年CAGR为6.3%。在2020年金属切削机床年产量相比历史高点下滑接近50%的背景下,金属切削机床产值仍维持在1000亿以上的规模。


受十年替换周期的影响,未来五年金属切削机床将迎来大规模的替换需求。随着金属切削机床效率的不断提升,以工控网的数据——机床的替换周期约为10年为测算基准,自2018年开始金属切削机床理论待替换数量超过年产量。2011-2016年金属切削机床产量478万台、年均产量近80万台,在替换系数为0.75的假设下,我们预计2021-2025年金属切削机床的替换需求合计可达300万台,年均60万台,相比2018-2020年40多万台的产量将明显提升,对应的总产值将突破2014年的高点,同时加速金属切削机床升级提效进程。


我国机床数控化率持续提升至43.2%,但相比制造业强国的60%以上仍有很大提升空间。随着我国制造业持续向自动化、智能化方向升级,数控机床优势日益凸显,显著地提高生产效率和质量的同时,能够极大地降低人工成本。2012到2020年,我国新增金属切削机床数控化率从25.8%提升到43.2%,相对于国际上制造强国机床数控化率60%以上的水平,我国机床数控化仍有很大提升空间。


机床市场转型升级将带动数控刀具需求大增。相比于普通机床使用传统焊接刀片,数控机床使用的是可转位切削刀片(即数控刀片),在刀片磨损后,不必重磨、再次安装后才能继续加工,而是能直接实现快速转位和更换继续加工。且由于数控机床要求刀具具有高*度与高稳定性,需要更换刀片的频率更高,具备更大的潜在市场。目前在我国刀具产品消费结构中,传统焊接刀具和整体刀具仍占据较大比重,机床的数控化率提升将驱动数控刀具的需求大幅增长。


2)刀具支出占比拥有较大增长空间:


我国刀具消费占机床消费的比重较低,拥有较大提升空间。我国连续多年机床消费量居全球*,但刀具消费水平偏低。德、美、日等制造强国注重现代数控机床和数控刀具互相协调、平衡发展。根据华锐精密的招股说明书,每年的刀具消费占到切削机床消费的50%以上。中国刀具消费占金属切削机床产值的比重从2012年的24.4%提升到2019年的36.3%,表明我国刀具消费在持续提质升级,但对比发达国家仍有较大提升空间。


终端用户总成本中刀具费用占比也呈现上升趋势,但占比较小,下游价格敏感性弱。2008至2018年的十年间,刀具支出占比在小于2%/2%-4%/大于4%的企业比例变化分别为-17.8/+13.6/+4.2pct,同样表明随着国内终端用户生产观念进一步从“依靠廉价劳动力”向“改进加工手段提高效率”进行转变,我国刀具支出的占比将逐步接近发达国家的水平。并且由于刀具支出在终端用户总成本中占比非常小,更换意愿不会明显受到数控刀片单价高的影响。


3)硬质合金渗透率仍在提升阶段:


硬质合金由于具有良好的综合性能,是全球应用*广泛的刀具材料。刀具使用的材料主要有工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料四类刀具。与高速钢相比,硬质合金具有较高的硬度、耐磨性和红硬性,与陶瓷和超硬材料相比,硬质合金具有较高的韧性,因具备合适的硬度、耐磨性和韧性,是使用*广泛的硬质合金材料。2019年硬质合金在全球切削刀具消费结构中占主导地位,占比达到63%。


2019年中国硬质合金刀具占比提升至47.5%,我们预计2025/2030年渗透率为55%/60%。截至2018年底,我国机械加工行业使用硬质合金切削刀具占比达53%。根据中国机床工具工业协会工具分会统计的其会员企业不同材料品种刀具的产值及占比情况,硬质合金刀具产值占比从20153)硬质合金渗透率仍在提升阶段:硬质合金由于具有良好的综合性能,是全球应用*广泛的刀具材料。刀具使用的材料主要有工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料四类刀具。与高速钢相比,硬质合金具有较高的硬度、耐磨性和红硬性,与陶瓷和超硬材料相比,硬质合金具有较高的韧性,因具备合适的硬度、耐磨性和韧性,是使用*广泛的硬质合金材料。2019年硬质合金在全球切削刀具消费结构中占主导地位,占比达到63%。2019年中国硬质合金刀具占比提升至47.5%,我们预计2025/2030年渗透率为55%/60%。


在以下假设下:


1)机床替换周期一般为10年,考虑到金属切削机床效率在不断提升,假设机床更新系数为0.75(2018-2019年的平均更新系数为0.75,2020年受全球疫情的影响而大幅下滑),即如果2012年生产了79.8万台金属切削机床,2022年替换掉这些机床则需要59.8(=79.8*0.75)万台;


2)2000-2020年,金属切削机床单价增速6%,假设2022年及以后的机床单价增速有所下降,保持3%的增速;


3)对比海外50%以上占比,假设刀具消费占金属切削机床消费比例按1%逐年增长;


4)对比2019年全球63%的渗透率,假设硬质合金刀具渗透率保持1%的增速。我们预计2020-2025年中国刀具市场消费额CAGR为5.6%,硬质合金刀具市场CAGR为7.6%。


三、供给分析:供应格局分散,企业加速产能布局


原料端供应充足,毛利率维持稳定


中国是世界上钨资源储备*丰富的国家。根据USGS的数据,2019年世界钨矿储量约为320万吨,其中中国钨矿储量190万吨,占比近60%;2010-2020年中国钨精矿产量占全球产量比重都在80%以上。国内碳化钨生产企业众多,如厦门钨业、中钨高新、江西钨业、翔鹭钨业、章源钨业等均是生产碳化钨的大型生产厂家,供应量十分充足,自2010年以来年均净出口量达3720吨。


冶炼环节产能过剩,硬质合金刀具产能的扩张不受原料限制。钨精矿进入冶炼环节后,从APT到钨粉、碳化钨、*终生成硬质合金,各环节产能利用率逐步提升,上游冶炼环节产能明显过剩,其中APT的产能利用率仅为52.5%。长期来看,硬质合金刀具产能扩张不会受到钨产业链原料端的限制。


直接材料成本在硬质合金数控刀具成本中占比约为40~50%,预计主要原料价格波动较低。以华锐精密2019年数据为例,直接材料成本在硬质合金刀具成本中占比为43.7%。其中碳化钨粉/钴粉/钽铌固溶体分别占比23.2%/2.9%/1.7%。碳化钨粉占比较高,但价格较为稳定,过去5年维持在20~26万元/吨之间。钴粉与钽铌固溶体占比较低,同时预计未来价格会保持稳定,原因在于一方面钴与铌资源储备丰富,供应端高度集中;另一方面钴的主要需求增量来自三元动力电池,存在可替代镍;铌主要应用于钢铁,存在可替代物钒,替代性的元素压制钴、铌价格的大幅上涨。


碳化钨粉价格对毛利影响较大,钴粉/钽铌固溶体价格对毛利率影响微弱。以华锐精密2019年数据为例,假设公司产品价格、人工成本和制造费用不变,分别按照碳化钨粉、钴粉和钽铌固溶体采购价格10%、20%、30%、50%的波动幅度,测算其对利润总额的影响。其中碳化钨粉/钴粉/钽铌固溶体的采购价格上升或下降10%,分别对利润总额的影响是减少或增加5.62%/0.68%/0.41%。


刀具企业对毛利率的控制能力较强,长期稳定在40~50%之间。受以下因素影响,1)下游客户总成本中刀具成本占比较低,下游客户刀具成本占总成本比例在4%以下的企业占到总企业数的77.8%,下游客户对刀片价格敏感度较低;2)刀具对于机床的加工效果起决定性因素,下游客户更加在意刀具的切削性能和使用寿命,性价比并非终端客户*主要的考虑因素。刀具企业一般能够将原材料价格上涨的影响有效向下游传导,对毛利率有较强的控制能力,2017-2020年中钨高新、厦门钨业、华锐精密和欧科亿四家企业的数控刀具毛利率基本稳定,处于40%~50%的范围内。


欧美保持**,国内格局分散


我国刀具行业的企业可以分为三个阵营,目前国内企业处在格局分散的第三阵营:


*类是以*代表的欧美企业,种类丰富、价格较高,以提供整体解决方案为主,在高端应用市场占据*主导地位,三家合计全球销售收入在600亿元以上,占全球份额的近30%;


第二类是以三菱、京瓷、特固克、克洛伊为代表的日韩企业,定位于提供通用性高、稳定性好、具有性价比的产品,在我国的营收为3-10亿元,价格略贵于国产刀具(~30%);


第三类是中国刀具企业,以2019年数据为基准测算,除中钨高新、厦门钨业、欧科亿具备5亿以上的规模外,其他企业在我国的份额均小于1%。小企业同质竞争下低端产品较多,价格竞争激烈,但中钨高新、厦门钨业等龙头企业在中高端产品逐步具备一定市场空间。


国内突破技术瓶颈,企业加速抢占中高端市场


刀具行业技术繁复,可以分为设计、制造、应用三个环节。


在设计环节,需根据不同的加工材料、加工方式、使用用途等进行设计,其中的难点在于如何设计出合适的功能性结构以满足刀片加工中不同的断屑要求。


在制造环节,以硬质合金刀具为例,核心技术主要有4个板块:基体材料、槽型结构、精密成型(包括压制成型与烧结成型)和表面涂层。1)在合成基体材料环节,材料的溶解或渗出难以检测,要通过特定的工艺手段进行控制;2)在精密制造环节,由于产品在烧结后体积会进行收缩,且不同部位形变量不一,使得形变精密控制成为核心难点,挤压成型时的冲力,烧结时的时间温度都需要有严格的把控;3)在涂层环节,如何控制小到纳米级厚度的涂层的均匀性,保证多层涂层之间的粘合力以及微观织构,都需要核心技术。


在应用环节,如何匹配刀片加工性能和材料性能同样是产品达到预期效果的核心关键。同时,4个板块涉及到的20多个环节需要高度匹配与融合,其程度对生产效率和产品质量有着至关重要的影响。


材料性能与切削性能是衡量硬质合金数控刀具性能的主要指标。其中材料性能包含硬度和冲击韧性,一般情况下,两者反向变动,需要在具体应用时根据需求在两者中平衡取舍;切削性能包含耐用度、加工效率和加工精度,其中耐用度和效率越高越好,加工精度越小越优。


在材料性能上,国产刀具部分产品已达到日韩及欧美典型刀具的水平。华锐精密PVD涂层刀片与日韩刀具相比在基体硬度与韧度、涂层硬度方面相当;CVD涂层刀片各方面性能与日韩、欧美刀具均相当。欧科亿不锈钢加工PVD涂层数控刀片各项性能指标与日本三菱同类产品相当;因采取不同的技术路线,钢加工CVD涂层数控刀片相比泰珂洛硬度更强、但韧性更低,整体的综合性能相当。


在切削性能上,国产刀具已与日韩水平相当,距离欧美刀具仍有一定提升空间。欧科亿不锈钢加工产品OP1215/钢加工产品OC2115分别与三菱VP15TF/泰珂洛T9125产品切削力、磨损量相当,断屑范围一致,表面粗糙度接近。华锐精密车削产品与泰珂洛切削性能相当;铣削产品与三菱切削性能相当。但国产刀具在耐磨性能上相比欧美刀具仍有一定提升空间。


国内刀具行业龙头厦门钨业与中钨高新技术处于国内*水平,对应的平均单片价格也为国内*梯队。厦门钨业与中钨高新拥有为多种应用场景提供整套解决方案的能力,产品覆盖航空航天、军工、汽车等多个高端领域,是国内唯二涉足航空航天领域的刀具企业。产品种类丰富,掌握众多繁复生产配方,目前中钨高新和厦门钨业刀具产品种数有数万种,虽仍少于世界龙头*的近十万种,但远远*于国内其他刀具企业,且单片价格高于行业平均水平,也可以在一定程度上代表其技术水平。


国内企业加速产能投放,拓展国内的中高端市场。国内企业在突破技术瓶颈后,在行业高景气度下迅速成长,加速产能布局。中钨高新、欧科亿和华锐精密均在2020年启动募集增发扩产数控刀具项目,厦门钨业也利用自有资金进行扩产,国内龙头公司均把握行业的高景气加速产能布局。我们预计2020-2022年中钨高新/厦门钨业/华锐精密/欧科亿的产能复合增速为17.3%/22.5%/34.2%/28.2%。


三重门槛有助于刀具行业加速整合。刀具行业是技术、资金密集型行业,同时先入者通过提前锁定市场份额为后来者设置市场门槛,使得中小企业在竞争中难以存活。目前,我国在刀具领域已成长出了一批较有优势的龙头企业,在技术上突破了瓶颈,在资金上拥有相对雄厚的实力。此外,大企业更具规模效益,能够获得更厚的盈利空间。大企业一方面通过增投新项目来扩大体量;另一方面通过收购兼并来扩大产能、丰富产品线。技术、资金、市场门槛使得大型企业更具竞争优势,从而加速行业整合进程。


随着龙头企业加速布局,预计2022年国产数控刀具CR4提升至91.1%。在行业景气抬升、龙头快速扩张和门槛限制进入的背景下,我们预计中钨高新、厦门钨业、欧科亿、华锐精密四家公司的数控刀片产量合计将从2020年的2.19亿片增长至2022年3.55亿片,对应CAGR为27.3%,显著快于行业增速;国产数控刀具CR4也将从2017年的76.0%提升至2022年的91.1%。


四、趋势:进口替代加速推进,综合解决方案为未来方向


进口替代加速推进,国产数控刀具未来五年CAGR料可达20%


国产刀具加速进口替代,2019年进口刀具份额下降至34.6%。我国刀具行业起步较晚,基础薄弱。2015年之前,随着国内制造业发展对高端刀具的需求增加,进口刀具市场份额整体呈现抬升趋势。但随着我国技术突破后高端刀具快速发展,国产高端刀具的市场占比逐步增长,进口刀具市场份额从2016年的37.2%下降到2019年的34.6%,我国数控刀具的自给能力在逐步增强。


疫情为国产替代发力带来窗口期,国产硬质合金刀具的出口金额和单价在逐步接近进口产品。目前国内刀具需求旺盛,疫情造成海外部分供应出现缺口,加上国内目前技术已经突破瓶颈,国产刀具迎来替代的*时机。根据海关总署的数据,2021年1-4月硬质合金刀具的出口/进口金额比上升至38.7%,出口/进口单价比上升至16.8%,国产刀具的进口替代和高端化进程在加速。


2018年国产高端刀具市场规模222亿元,其中2/3仍由进口高端刀具提供。根据中国机床工具工业协会工具分会的数据,2018年我国刀具总消费额421亿元,其中进口刀具148亿元,假设进口刀具全部为高端数控刀具,进口额占高端刀具市场总消费额的2/3,保守估计我国高端刀具市场规模为222亿元,占国内刀具市场的52.7%。


预计2030年高端刀具的国产化率将达到60-70%。根据中国机床工具工业协会工具分会的预测,未来国内高端刀具需求量将以每年2%-4%的比例持续增加,2030年高端刀具国产化率将达到60%-70%。据此推算2030年高端刀具市场规模为282-355亿元,未来10年CAGR为7.1%-10.6%。


在以下假设下:


1)硬质合金刀具的产值以需求部分的预测为基准;


2)2020年机床数控化率为43.2%,对比海外制造业强国机床数控化率60%以上的水平,我们预计中国2025年数控化率50%,2030年数控化率60%,数控化率每年增长2%。对应2020年硬质合金中数控刀片占比54.3%,假设2020-2025年渗透率每年增长1%,2025-2030年渗透率每年增长2%;


3)2020年国产数控刀片需求量占比30%,假设2030年实现60%的国产化率,2025年实现45%的国产化率,假设国产化率平均每年增长3%;


4)考虑成本下降,假设国产数控刀片单价保持每年1%的下降;考虑国产化率提升带来的进口刀片价格下降,假设整体数控刀片单价保持每年2%的下降。


我们预计2020-2025年国产数控刀片的市场消费额CAGR为20.2%,国产数控刀片的需求量CAGR为21.5%,其中2020-2022年的需求增速为24.1%,大于2020-2022年规划的数控刀片新增项目对应的整体产量增速21.6%,在众多规划项目投产的未来两年,数控刀片的整体供应量仍然紧缺,我们预计2021-2022年国产数控刀片缺口在0.13/0.01亿片。


我们预计2030年国产数控刀片的需求空间可达100亿元,是一个十年五倍空间的优质赛道,对应2025-2030年国产数控刀片的市场消费额CAGR为15.0%,国产数控刀片的需求量CAGR为16.2%。



借鉴意义:完备*的技术和综合性的服务方案的良性循环是企业成长为巨头的关键核心。纵观*的发展历程,连续的收购与体量扩张必然会有助于公司规模的增长。但1)产品端持续的学习先进技术与自主研发创新,具备庞大的刀具种类基础;2)在众多技术储备上实现与终端客户的直接对接,形成完善的综合性服务方案;3)通过与下游客户的直接对接,共同解决客户的工艺问题,进一步提升产品端的技术先进性和竞争力,才是支撑公司成长为世界龙头的关键核心。


我国目前的刀具销售方式以经销为主,2018年的直销比例仅为31.4%。2018年42%/17.1%/9.5%的刀具用户会选择通过经销商/五金店/电商渠道购买产品,即生产商以经销模式售出的刀具合计占比68.6%。在行业发展初期因为下游客户的分散,针对中小刀具公司经销是一种更快打开市场的模式。2018年国内刀具的直销比例仅为31.4%。


直销模式为主的综合解决方案为国产刀具未来发展方向。一方面随着国产数控刀具逐步突破技术瓶颈,迈向中高端化,要求生产商更加贴近终端客户;另一方面随着制造业持续升级,用户对于高端定制化产品与刀具企业提供配套服务的需求愈发旺盛。在这种背景下,直销模式为主的综合解决方案为国产刀具未来发展方向。具备完备技术储备和提前布局下游大客户直销渠道的公司将在长期的发展中持续*。


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