工具鋼行業競爭壁壘高 中國在中高端市場取得了突破

　　一、工具鋼行業技術壁壘高

　　1.1 工具鋼種類繁多，性能指標嚴格

　　《論語》說：工欲善其事，必先利其器。工具鋼（Toolsteel）制造切削工具、量具、模具和耐磨工具可稱為工業之母。一般工具鋼具有硬度高、硬度高、耐磨性高、韌性適當等特點，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、合金工具鋼和高速鋼（本質上是高合金工具鋼）；根據用途可分為工具鋼和模具鋼。

　　(1)碳工具鋼:碳工具鋼碳含量高，在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；低退火硬度(不超過207)HB），當工作溫度達到250時，加工性能好，但紅硬度差℃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。

　　碳工具鋼號T，避免與其它鋼混合；鋼號中的數字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。T8表示平均碳含量為0.8%；鋼號錳含量高*后標出“Mn”，例如T8Mn；*優質碳素工具鋼的磷硫含量低于普通優質碳素工具鋼，鋼號后加注字母A。

　　(2)合金工具鋼:指專門添加一些合金元素的鋼，以提高工具鋼的性能。鎢是常用的合金元素（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）、鈦（Ti）合金元素總含量一般不超過5%。硬火性、淬火性、耐磨性和韌性均高于碳工具鋼。根據用途，大致可分為刀具、模具和量具鋼。合金工具鋼約占模具鋼產量的80%。碳含量高的鋼(大于0.80%)多用于制造刀具、量具和冷模，淬火后硬度為60HRC耐磨性足夠；碳含量中等的鋼(0.35%~0.70%)多用于制造熱模，淬火后硬度略低，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。碳含量一般在0.70%~1.65%之間，合金元素較多，總量可達10%~25%C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。可作為高速旋轉切割工具，具有紅硬度高、耐磨性好、強度高等特點Cr，V，W，Mo比例較大。切削溫度高達600℃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，一般高速鋼含釩量(1%~2%)和高含釩量(2.5%~5%)分為不同含釩量；

　　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：

　　①一般高速鋼：主要用于制造切削硬度≤300HB金屬切削工具(如鉆頭、絲錐、鋸條)和精密工具(如滾刀、插齒刀、拉刀)，常用鋼號為W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

　　②特殊用途高速鋼：鈷高速鋼和超硬高速鋼（硬度68~70）HRC），常用的鋼號主要用于制造切割難加工金屬（如高溫合金、鈦合金、高強度鋼等）的刀具W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

　　1.2 工具鋼工藝長，生產控制要求高

　　工具鋼有百年的發展歷史。

　　1.2 工具鋼工藝長，生產控制要求高

　　工具鋼有百年的發展歷史。各種工具鋼具有高硬度、耐磨性和一定韌性，以及紅硬度、抗沖擊性、尺寸穩定性、耐熱疲勞性和良好的綜合力學性能。工具鋼的生產工藝主要包括冶煉、鑄造、加工和熱處理。為了滿足不同的要求，采用不同冶金成分的工具鋼，并通過適當的變形和熱處理工藝來滿足其性能要求，因此高性能工具鋼的生產具有較高的技術障礙。

　　電弧爐通常用于工具鋼冶煉 二次精煉雙聯法，二次精煉工藝有鋼包精煉（LF）、真空處理（VD）、高性能合金工具鋼采用電弧爐生產 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，分為前熱處理和后熱處理。變形前的熱處理是均勻處理，以減少鋼的偏析；變形后的熱處理主要是。為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，可避免帶狀組織的形成或減少帶狀組織的嚴重程度。

　　為保證鋼錠的質量，廣泛采用防止二次氧化的技術，包括氣體鑄造和真空鑄造。國內外一些特殊鋼廠為了提高收益率，降低成本，采用連鑄生產低合金工具鋼。大截面連鑄機通常用于大截面模具材料。例如，日本大同特種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、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。據有關統計，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%。

　　二、國產工具鋼在中高端市場取得突破

　　工具鋼行業競爭壁壘高，主要體現在兩個方面：

　　(1)新進入者短期內難以超越先發優勢帶來的技術壁壘。例如，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、更換成本高造成的市場障礙。以模具鋼為例，一般模具鋼的使用壽命約為10萬次，使用壽命約為2年。如果客戶想驗證新模具鋼的性能，認證周期需要2年以上，主機廠往往不容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，將指定瑞典、德國、日本等模具鋼供應商生產的模具鋼。新參與者很難進入上述高端市場。根據行業研究，長城，BYD等國內汽車公司逐漸用國內模具鋼代替進口。

　　我國工具鋼消費趨高端國產替代市場容量大

　　一、產業升級加快中高端工具鋼市場增長

　　1.1 疫情過后，我國模具行業將逐步復蘇，產業升級將帶動優質模具鋼的需求

　　目前，模具鋼是用來制造模具的鋼種，汽車、家電、電子設備、建材等制造業是我國模具鋼需求較大的下游產業。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%。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，對我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的消費*大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。

　　從模具的銷售分類來看，銷售比例*大的是注塑模具，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達到歷史新高后收縮。但從汽車、家電、電子等行業的增長來看，我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在滲透率提高后，電子設備的更新潮將迎來，對模具鋼的需求有望逐步回升。

　　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。

　　目前，我國汽車產銷量與理論峰值仍存在較大差距，傳統燃油汽車和新能源汽車數量不斷增加。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；在銷售方面，美國和日本的日均水平GDP隨著國家可支配收入的增長，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兩倍的增長空間。

　　由于國內需求和出口的大力推動，我國大型家電產銷總體保持增長，小型家電滲透率仍有很大提高空間。80%的家電行業零部件由模具成型和使用*塑料模具鋼(代表鋼號)大P20和718)。預計未來家電行業將為模具鋼需求增長提供有力支撐。

　　60%~80%的電子通信行業零部件依靠模具成型，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，隨著5的發展，中國計算機、通信和電子設備制造業保持了快速擴張。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 在工業升級下，對高性能切削材料的需求繼續增長

　　自2009年以來，中國刀具行業市場規模達到5.65%。目前，我國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。雖然我國切削工具產量繼續下降，但單一產品價值的提高顯然是市場持續擴張的重要原因。

　　我國對金屬切削機床的需求*汽車是大行業，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117.09億元，其中高速鋼刀具產值54.40億元，占46.5%。目前，我國刀具產品占高速鋼刀具的比重*大品類，但與硬質合金刀具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%，而硬質合金刀具每年下降1.1%。

　　高合金含量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存在嚴重的偏析缺陷和粗碳化物組織，影響斷裂韌性。高合金工具鋼具有顆粒小、組織均勻、宏觀偏析小等特點，具有良好的市場前景。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削場合替代。預計市場規模復合增長率將超過10%。

　　粉末冶金法首先采用霧化法制備低氧高速工具鋼預合金粉末，然后用冷熱靜壓機壓實粉末

　　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，合金元素含量高。

　　高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼的應用比例呈上升趨勢，發達國家高性能高速鋼的應用比例達到30%以上，粉末冶金高速鋼的應用比例達到20%左右。粉末冶金高速鋼組織小，其強度和韌性是熔煉高速鋼的兩倍和兩倍.5~3倍。目前，全球粉末冶金高速鋼年產量超過10%，美國粉末冶金高速鋼年產量超過15%。我國高性能高速鋼的應用比例僅為10%左右，粉末冶金高速鋼的應用比例較低。

　　高速鋼冶煉工藝復雜，制造成本高，噴射成型制備工藝少，成本低，但產品質量差于粉冶金。世界上少數發達國家的7家企業主要生產粉末冶金高速鋼，總產能約2.4萬噸。目前，我國高速鋼刀具市場規模的20%將超過10億元。

　　二、工具鋼國產替代市場容量大

　　2.1 我國模具行業競爭力提升，國內高端模具鋼替代市場容量大

　　國產模具鋼性價比高，高端市場國產替代空間大。由于我國模具制造技術的整體進步，模具在國際采購中具有成本效益優勢，我國模具在國際貿易模式中占有越來越重要的地位，出口額已達到我國模具行業主營業務收入的15%。近五年來，我國進口模具的定位取代相對順利，模具進口量持續下降，模具出口持續增長。目前，我國中高端模具仍依賴進口，模具進口市場規模約為20億美元。

　　從進出口市場規模來看，2015-2019年中國模具出口額從50.82億美元增加到62.46億美元，累計增長22.9%，出口市場年均增長2.91億美元；同期模具進口額從24.85億美元降至19.39億美元，累計降至22.0%，年均降至1.37億美元。

　　塑料橡膠模具和沖壓模具分別占62.27%和19.30%，進口占44.96%和40.92%。根據我國行業研究，我國對大型塑料模具、超熱模具等高端產品的進口依賴性較大，主要是因為上述大型產品對組織和性能均勻性的控制要求較高。

　　國內模具鋼具有無與倫比的交貨時間和成本優勢。對于規格相同的產品，國產模具鋼的價格僅為國外的1/3。近年來，國內鋼廠不斷引進先進的冶煉設備，生產工藝和技術取得了長足的進步。部分高端模具鋼質量已達到歐洲標準模具鋼等級標準，質量等級可與進口模具鋼媲美。

　　隨著我國制造業的轉型升級和模具行業的不斷發展，國內市場處于中間地位*對模具的需求越來越大。與國際先進水平相比，我國模具鋼在品種、質量、尺寸、規格、使用性能等方面存在差距，不能滿足高端市場的需求。根據我國市場調研數據，我國每年需要進口約10萬噸高端模具鋼，主要是精密、長壽命的模具鋼，占整個高端模具鋼市場的80%以上。進口模具鋼的價格是國內同類產品的幾倍。

　　H以模具鋼為例，國外模具鋼在成分、組織、性能等方面采用了更多的單項指標H13的控制指標*中國只有多達8項標準和3項標準。一般國產H13鋼壓鑄模具的使用壽命為3萬~5萬模次，進口優質H壓鑄模具的使用壽命可達20萬次。電爐在國外廣泛應用于生產工藝 爐外精煉，對純度要求較高的大部分采用電渣重熔，大截面鍛壓模塊和大型鋼多采用真空處理。

　　大同、日立金屬、德國葛利茲和瑞典是中國模具鋼進口的主要來源ASSAB、美國芬可樂等。進口模具鋼品牌進口模具鋼品牌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。進口模具鋼的規格主要是大尺寸鍛造模塊(250~800mm×600~1200mm）大型模具扁鋼(30~30000mm×400~1500mm）。

　　我國高端模具行業長期依靠進口材料支持其發展，實際上提高了模具行業特別是高端模具行業供應鏈的風險因素。政治局會議提出提高國內大循環的主要地位，維護產業鏈供應鏈的安全穩定，彌補關鍵環節。為了提高我國模具行業的安全因素，支持我國模具行業的健康穩定發展，我國迫切需要改善高端模具鋼幾乎依賴進口的局面。我國模具鋼行業要補短板和作業：

　　(1)高端化:加強新產品開發，提高模具鋼性能，促進品種規格多樣化、產品化；

　　(2)專業化:形成專業模具鋼生產；

　　(3)品牌化:以質量樹立模具鋼品牌。

　　2.2 我國高端刀具進口替代市場規模達到100億元

　　中國進口刀具的市場規模仍在增長。近10年來，進口刀具占國內市場份額從15%增加到30%，進口市場規模達到148億。由于制造業轉型升級對高性能工具需求的增加，我國進口的高端工具產品主要包括硬合金產品。除硬合金外，進口工具的單價遠高于國內工具，高端工具的進口額超過40億元。

　　根據中國機床工具工業協會工具分會的統計分析，2018年中國刀具市場總消費規模達到421億元，創歷史*高記錄，同比增長8.5%。國產刀具約273億元，占65%；進口刀具(含海外品牌)148億元，占35%。

　　從過去中國切削工具進出口的單價來看，中國切削工具進口的單價遠高于出口，進口切削工具的價格從2007年18675美元/噸上升到2012年98931美元/噸。

　　進口工具前三名為金工機械刀片、其他材料工作部件、其他金工機械刀片、其他金工機械刀片；2019年，鉆孔工具、其他銑削工具和攻絲工具分別為18.64億和13億.61億元，9.12億元。

　　高性能工具鋼是我國戰略性新興產業

　　作為工業之母，高性能工具鋼是現代工業的基礎。汽車、機械、航空航天、軍工等現代裝備制造業是我國未來發展和布局的重點支柱產業。高性能工模鋼作為不可缺少的基礎材料，也得到了國家產業政策的大力支持，成為我國戰略性新興產業。

　　2016年11月，國務院發布了《十三五國家戰略性新興產業發展規劃》12月，工信部等部委聯合發布了《新材料產業發展指南》

　　國家統計局《戰略性新興產業分類(2018)》詳細完善了新材料產業目錄*新材料行業目錄中包括先進鋼材等7個領域的39種先進鋼材，增加了高性能軸承鋼加工、高性能彈簧鋼加工、高性能齒輪鋼加工、高性能模具鋼加工、高科技船舶鋼加工、高強度汽車冷軋板加工等。

　　市場競爭格局層次分明 高端化和專業化是增長的主線

　　一、國有鋼廠控制高端市場，優質民營企業在中低端市場嶄露頭角

　　過去，我國合金工具鋼生產企業主要是東北特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼等傳統國有鋼廠，具有先進的特殊冶煉設備和技術優勢，上述鋼廠逐漸在國內高端工具鋼市場形成了品牌效應，并以高質量獲得了越來越廣泛的市場基礎。中國低端工具鋼市場相對飽和，競爭更加激烈。中國低端工具鋼市場相對飽和，競爭更加激烈。以天宮國際和大多數特殊材料為代表的民營鋼鐵企業，以靈活、高效的管理體系、專業、低成本的競爭優勢迅速增長。

　　據Mysteel據統計，2019年，我國模具鋼生產企業61家，生產線85條，總產能約225.6萬噸，其中塑料模具鋼、冷模具鋼、熱模具鋼的比例約為5:3:2；根據我國行業研究數據，我國模具鋼年需求量約為120萬噸，模具鋼生產線產能利用率約為50%，總體而言不高。

　　2017-2019年，我國重點優特鋼企業模具鋼總產量從42.5萬噸下降到32.0萬噸，累計下降24.7%。目前，天宮國際、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。目前，我國每年仍需進口約10萬噸高端模具鋼產品。與龍頭企業的產能相比，進口替代空間仍然很大。

　　20世紀90年代末，大連特鋼、重慶特鋼、寶鋼特鋼等國有綜合特鋼廠調整產品結構，逐步放棄高速鋼鐵市場。天宮國際、河冶科技、江蘇精工等專業廠家已成為高速鋼鐵生產的主力軍。目前國內市場高性能高速鋼生產能力較弱。天宮國際和河冶科技是唯一能生產粉末冶金高速鋼的企業。其中，天宮國際在國內粉末冶金高速鋼市場占80%以上。

　　二、高端化、專業化是工具鋼行業優質增長的主線

　　工具鋼生產的高端和專業化是先發國家產業發展的重要趨勢，可以提高產品質量、成本和競爭力。在我國工具鋼市場低迷時期，具有高端、專業優勢的合金工具鋼生產企業的市場份額增加，呈現馬太效應。以模具鋼為例。2018年，我國重點特鋼企業模具鋼產量同比下降25.6%。與此同時，以天宮國際為代表的專業工具鋼生產企業市場份額逆勢上升，公司市場份額從20%上升到28.2%。同時，全國重點優秀特鋼企業模具鋼CR從67.1%增加到85.1%。

　　由于合金工具鋼生產品種多、批量小，合金工具鋼生產可共享專用冶金設備，實現專業生產，降低工藝成本；為適應全球競爭趨勢，世界先進的模具鋼生產企業不斷形成具有全球競爭力的模具生產、研發中心和國際品牌。

　　目前，發達國家只有1~2家專業生產模具鋼，產量往往占全國的60%~80%，如瑞典烏德霍姆、奧地利百樂、美國釩合金鋼等（Vasco）、日本日立金屬公司等。目前，我國模具鋼已分散了數十家特種鋼企業，產業集中度仍有待提高，未來將逐步向專業化和品牌化方向發展。

　　三、產業鏈中行業的地位還可以，保證企業的盈利能力

　　與普通鋼相比，作為產業鏈中游的工具鋼制造商，其銷售利潤率相當于下游工具模具制造商。主要原因如下：

　　（1）我國合金工具鋼行業供應相對集中，特別是中高端工具鋼，需求相對分散，工具鋼制造商具有較強的議價能力和成本轉移能力；

　　(2)原材料占工具鋼成品成本的比例較低，下游對工具鋼原材料價格的容忍度還可以，例如，模具鋼的成本僅占模具銷售價格的20%~30%。

　　我國共有模具生產企業(工廠、點)約3萬家，大多數模具企業規模小，行業集中度低。

　　我國模具生產企業（工廠、點）約3萬家，大多數模具企業規模小，行業集中度低。據統計，2014年模具產值超過1000萬元的生產企業71家，1億元以上的生產企業25家。據報道Mysteel據統計，我國模具鋼生產企業約60家，我國重點優特鋼企業模具鋼CR5到80%左右。當2018年以釩為代表的合金元素價格大幅上漲時，模具鋼制造商有能力將成本上漲轉移給客戶，以確保高銷售毛利率。

　　我國模具鋼生產企業高度集中在華東、華中、東北三個地區，其中華中、華東、華北共有17家、16家、11家。華東產能占近一半，其次是華中和東北。中國對模具鋼的需求主要集中在華東、華南和華北，約占全國50%~55%，包括浙江寧波、臺州、江蘇昆山和上海嘉定；廣東也是中國*主要的模具市場和*來自廣東的大型模具出口省，全國模具產值超過35%。

　　合金工具鋼不同于以鐵礦石和煤焦為主要原料的普通鋼Cr、Mo、V、W以13模具鋼為例，合金元素占原材料成本的很大比例。我們估計目前

　　Cr、Mo、V原材料成本約占70%，廢鋼僅占30%。從原材料供應模式來看，合金工具鋼制造商能夠避免黑色產業鏈鐵礦石的利潤陷阱是其保持高利潤水平的重要原因之一。

　　投資策略:擁抱工具鋼行業優質增長和國內替代紅利

　　工具鋼是工業之母。隨著后疫情時代需求的修復和我國制造業的轉型升級，工具鋼行業的發展將逐步由量向質量升級轉變。高端專業化是工具鋼行業優質增長的主線。隨著我國工具鋼行業供應能力的不斷提高，保持產業鏈供應鏈安全穩定的高性價比優勢和發展過程。