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有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

作者:远瞻文库

(报告出品方/分析师:五矿证券 祁岩 王小芃)

1. 硬质合金是制造业和采矿业的重要耗材

1.1硬质合金——“工业的牙齿”

硬质合金是一种以微米级难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC)粉末为硬质相,以过渡族金属(Co、Fe、Ni)粉末为烧结粘结相,经配料、湿磨、喷雾制粒、压制成型、高温烧结制备而成的合金。

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常用硬质合金按成分和性能特点可以分为钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽(铌)类等等。

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硬质合金因其高硬度、高强度及耐磨耐腐蚀的特性被称为“工业牙齿”。一般情况下,硬质合金是指以碳化钨为硬质相、钴为粘结相的合金,因其具有高硬度、高强度及耐磨性和耐腐蚀性好的特性,被广泛应用于工业的各个领域,故被称为“工业牙齿”。

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硬质合金还可以按照碳化钨晶粒大小及其应用领域进行划分,晶粒大小很大程度上决定了硬质合金的性能与应用领域。

通常来讲,晶粒度越小,硬质合金硬度越高、耐磨性能越好,但同时韧性降低,抗冲击性较差;晶粒度越大,硬质合金抗冲击性和韧性越好,硬度及耐磨性能降低。因此,纳米晶、超细晶及亚细晶硬质合金,因其硬度高、耐磨和削切刀刃锋利等特点,广泛适用于切削工具等领域;细、中晶硬质合金主要用于对硬度和耐震强度有要求的切削工具、耐磨工具等领域;粗、超粗晶硬质合金,具有较高的抗冲击力和韧性,主要用于矿用工具等领域。

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通过控制硬质合金晶粒度和含钴量可生产出应用于各领域的硬质合金工具。决定硬质合金材料特性的关键,除了碳化钨晶粒的大小还有粘结相的含量,通过对以上两者的控制,就可以生产出适用于各领域的硬质合金工具。

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1.2 产品高端化为行业发展趋势,中国仍有追赶空间

百年发展历程,产品向高端化方向迈进。硬质合金的发展历程已有百年,在不断发展壮大的过程中,其应用场景也在不断增加,从最初替代工业钻石到替代高速钢,从可转位刀具的发明到涂层技术的应用,如今硬质合金已经发展成为世界上应用范围最广的刀具材料。未来硬质合金及刀具的发展将主要集中在以下几个方向:

(1)涂层技术发展路线:a涂层体系多元化——通过开发多元化的涂层体系,以实现刀具的更高硬度,更好的耐磨性、耐热耐氧化性、抗粘结性、抗冲击性等性能。b界面梯度强韧化——通过刀体与涂层表面结构梯度化的设计,有效改善界面结合力,在提升刀具硬度的同时也能显著增强韧性。c精细结构调制化——通过梯度调制结构设计,可降低外部载荷响应、提升表面硬度。d表面组织微纳化——通过构建晶粒、晶型渐变的梯度结构,使涂层表面更硬、整体更韧。

(2)硬质合金晶粒的细化与梯度化:硬质合金材料将继续向超细晶和纳米晶方向发展,开发梯度硬质合金,这种分层结构可以兼顾材料的高强度与高韧性。

(3)材料复合发展:将两种完全不同的材料结合在一起形成材料的复合,可以加工很多之前无法加工的材料。

未来高端硬质合金及工具产品的应用领域及市场占比将会逐步扩大,行业集中度将更加趋向于头部企业。

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中国硬质合金发展相对国外较晚,经历快速发展后产量已跃居世界第一。相比之下,中国硬质合金工业发展起步较晚,从起步至今大致经历了四个发展阶段:

第一阶段:雏形期(1948-1958):1948年大华电冶金成立,实现了硬质合金从无到有,在此期间国家为夯实中国钨冶炼加工和硬质合金人才需求,在高校设立粉末冶金等专业。

第二阶段:全面布局夯实基础(1958-1978):1958年601厂投产,拉开了中国硬质合金工业快速发展的序幕。到70年代,全国共有硬质合金生产企业27家,年产能约达4400吨,牌号约50种,产品型号达20000余种。

第三阶段:技改与壮大(1979-2000):为了缩小与国外差距,国内从瑞典、瑞士、美国、日本和德国等发达国家引进设备和仪器约1000台套,涉及钨精矿冶炼、粉末制备、合金生产、工具制造、分析检测等工艺环节。

中国主要硬质合金生产企业的工艺和装备水平得以大幅提升,从而使产品种类、数量和质量均得到极大改善。

改革开放之后,硬质合金工业随着中国市场经济繁荣进入发展新阶段,呈现出外企、国企和民企三足鼎立的局面,市场竞争逐步加剧。经过九十年代龙头企业领跑与中小企业百花齐放的发展,1999年中国已经拥有近200家硬质合金及工具的生产厂家,产量直指万吨大关。

第四阶段:自立自强高质量发展(2000-):中国加入WTO之后,中国硬质合金工业的战略重组和国际化布局也得以加快,头部企业积极进行“产业链延伸”——向上游加强资源控制,向下游开拓高端产品投放。

2010年,中国硬质合金年产量达到2.2万吨,其中硬质合金产品中高附加价值的数控刀片在“十一五”期间产量增长了50%,中高端产品占比明显增加。

2021年硬质合金产量达到5.1万吨,其中世界硬质合金总产量大约11.1万吨,中国占比超四成,位居世界榜首。

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中国硬质合金产量及销售收入不断提升主要取决于:

第一,行业技术和品质持续提升,导致国产硬质合金产品的市场竞争力与日俱增;

第二,随着下游应用领域不断拓展,客户群体逐渐多样化;

第三,中国蕴藏的丰富的钨矿对硬质合金行业的发展提供了重要的资源基础,根据美国地质调查局(USGS)公布的数据,截至2022年,中国的钨矿储量约占全球的47.37%。

目前中国虽然已经发展成为硬质合金第一大生产国。但由于深加工和精加工比例占比不高,导致硬质合金行业整体呈现出大而不强的局面。

1.3 产业链盈利性呈微笑曲线形态,硬质合金环节格局较为集中

硬质合金产业链中,上游为钨、钴等金属化合物和粉末的开采及冶炼,中下游是矿用、切削和耐磨等领域硬质合金及工具的生产制造,终端应用场景主要涉及矿产开采、基础设施建设和汽车制造、航空航天、军工以及电子信息等高端制造行业。

由于上游钨矿开采受调控不易扩产及初级品利润率较低的原因,上游钨矿开采及冶炼企业纷纷向中下游硬质合金及工具制造领域延伸;与此同时,由于硬质合金基体材料对下游工具性能影响较大且硬质合金工具中原材料成本占比较高的原因,下游工具厂商也逐步向中游硬质合金生产领域延伸,产业链普遍呈现出上下游一体化发展的趋势。

其中,产业链延伸多通过自主研发和纵向收购的方式来拓展。

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从产业链盈利能力看,行业链条整体呈现出微笑曲线形态。

钨矿开采属于资源垄断型行业,具备高资源壁垒属性,毛利率较高接近40%,盈利性好。

下游硬质合金刀具属于技术密集型行业,具备高技术壁垒、品牌壁垒、客户壁垒和资金壁垒,毛利率最高,盈利性最好。硬质合金制品具备一定技术、客户和资金壁垒,毛利率相对较高超过20%。其他环节属于冶炼和初加工环节,壁垒较低产能过剩,导致盈利性较差。

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上游钨资源属于重要战略金属资源,钨的综合开发利用水平决定了国家安全保障水平和科技发展水平,欧盟、美、英、加、日等国已将钨列入最重要的战略性关键金属清单。根据美国地质调查局数据,2022年中国钨储量为180万吨,约占全球总储量的47.37%,全球储量第一。中国钨资源分布中,根据自然资源部统计数据,2020年江西、湖南、河南、福建、甘肃、新疆和云南这7个省(区)查明钨资源储量约占全国总储量的97.5%,以江西为最占比52%,湖南次之占比24.9%。

硬质合金行业格局较为集中,头部企业多为掌握上游钨资源的龙头。

参考长鹰硬科招股说明书(申报稿)披露的2021年硬质合金生产企业的产量,我们将硬质合金行业企业大致划分为三个梯队:第一梯队为年产量大于5000吨的企业,主要有中钨高新和厦门钨业;第二梯队为年产量介于1000吨至5000吨的企业,主要有欧科亿、长鹰硬科、蓬莱市超硬复合材料、浙江德威硬质合金、济南市冶金科学研究所(通裕重工全资孙公司)、株洲精工硬质合金、新锐股份、章源钨业等等;第三梯队为年产量小于1000吨的企业。其中,头部两家钨资源龙头企业市占率合计39.05%,前8家企业市占率合计58.44%,呈现出较为集中的市场竞争格局。

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1.4 政策持续出台,护航行业长足发展

硬质合金行业作为中国战略新兴产业中的新材料产业,其发展水平对中国的航空航天、海洋工程、数控机床、轨道交通、核工程、新能源、先进医疗装备、环保节能装备等高端制造产业的发展起到至关重要的作用。国家近年来持续出台政策保持对硬质合金行业发展的鼓励与支持。

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2. 深加工日益精进,硬质合金大有可为

中国硬质合金行业规模已跃居世界第一,但目前仍处于大而不强的状态。国外硬质合金龙头企业往往也是工具生产大厂,有利于硬质合金工具产品的研发。但中国由于历史计划经济体制的原因,硬质合金生产与工具制造分由冶金和机械两个系统管理,导致合金材料和工具的生产脱节,严重影响硬质合金工具及深加工配套产品的发展。由于硬质合金生产和下游工具制造的长期分割,导致国内硬质合金工模具制造企业竞争力不足。

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硬质合金行业下游主要为切削工具、矿用工具和耐磨工具。硬质合金行业下游主要为切削工具、矿用工具和耐磨工具。其中切削工具占比最高为45%,其次是耐磨工具占比27%,矿用工具占比25%。不同类硬质合金面临的发展机遇、市场空间存在较大的差异。

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2.1 切削工具:硬质合金刀具占比提升,高端产品加速突围

2.1.1受益机床数控化发展,硬质合金在刀具材料中的占比持续提升

刀具是机床的牙齿,在机械加工中占有举足轻重的位置。

机床是对金属或其他材料的坯料或工件进行加工,使之成为所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器,简而言之就是制造机器的机器,也被称作工业母机。

切削工具通常指机床刀具,作为工业母机的“牙齿”, 是各类机床最重要的核心零部件之一。

刀具属于制造业耗材,虽然刀具费用只占生产成本的3%左右,但切削时间约占整个加工时间的70%,使用高端硬质合金切削刀具能够至少提高20%的加工效率,降低15%的加工成本,在机械加工中占有举足轻重的位置。

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硬质合金是刀具常用材料之一。

切削工具合金主要应用于硬质合金刀具,包括铣削刀具、车削刀具、钻削刀具和镗削刀具等等,作为机床的重要组成部分广泛应用于汽车制造、模具加工、工程机械及航空航天等制造业关键领域。

在机械加工中,刀具材料的切削性能是决定加工效率、加工品质和加工成本的关键因素之一。目前常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。

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硬质合金在刀具材料中的应用占比大幅提升。

根据金属加工杂志社2023年发布的《第五届切削刀具用户调查分析报告》,硬质合金以63.08%的市场占有率在刀具材料市场中拔得头筹,较第四届占比提升了10pct,排名第二的是高速钢占比20%,立方氮化硼占比7.15%、金刚石占比5.6%、陶瓷占比4.17%分列其后。

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从趋势上来看,硬质合金材料凭借其高硬度、高抗弯强度和韧性、高耐磨性以及高性价比的特性,在数控机床上使用更为广泛,是较为理想的数控刀具。

近年来,受益中国制造业高端转型发展,中国机床数控化率实现了快速提升,硬质合金刀具市场也呈现出快速增长态势。

根据纽威数控招股说明书数据,发达国家机床数控化率普遍很高:日本90%+、美国80%+、德国75%+;截止2022年中国机床数控化率虽已超43%,但对标发达国家未来中国的机床数控化率仍有很大提升空间,中国硬质合金刀具的需求及占比有望持续增加。

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2.1.2 高端刀具市场替代空间超百亿,国产刀具竞争力日益增强

中国刀具消费市场增速跑赢全球,未来仍有提升空间。根据华锐精密招股说明书披露,全球刀具消费市场主要集中在中、美、德、韩、日等国家。

2010年以来,以中国为代表的亚洲刀具市场增长率位居全球刀具规模增长首位,是全球增长率的2.5 倍。

2016-2020年,全球切削刀具市场规模从331亿美元增长至370亿美元,CAGR 2.82%;相比之下,同期中国切削刀具市场规模从321.5亿元增长至446亿元,CAGR 8.53%,远远优于全球市场表现。

从刀具消费占机床消费的比重来看,截止2022年中国刀具消费占机床消费比重为25.17%,相较发达国家每年50%左右的比例,中国的刀具消费市场还有很大的提升空间。

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部分国产刀具产品性能已经能够与国外同类产品并驾齐驱。切削性能可以从切削力、切削效果、磨损性能和工件表面质量四个维度进行衡量。

近年来,以株洲钻石、欧科亿和华锐精密等公司为代表的头部刀具企业,在技术攻关上持续取得突破,中高端刀具产品的性能持续提升,部分产品已经能够与日韩品牌并驾齐驱。

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随着中国制造业高端转型,进口高端刀具的消费需求旺盛,从2005年的36亿元增长至2018年的148亿元峰值,随后由于国产刀具厂商在资金投入、人才培养、技术攻关、品牌营销、渠道与客户开拓方面进行大量投入,进口刀具消费量开始逐渐减少,与整体刀具消费市场增长出现了背离趋势。

截止2022年,中国进口刀具消费量已经下降至126亿元,占刀具消费量27.16%,较16年峰值下降10.1pct,但替代空间仍超百亿规模。

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刀片、铣刀等高端刀具仍较为依赖进口,钻头、圆锯片、互换工具等刀具已打开海外市场。

2022年中国刀具进口规模128亿元,同比下降8%,其中进口规模超10亿元的品类有:刀片43.7亿、铣刀12.1亿、钻头10.5亿、攻丝工具10.4亿,凸显出国内制造业在刀片、铣刀等产品的高端领域仍需大量依赖进口,国内刀具企业在相关领域仍有较大追赶空间。

2022年中国刀具出口规模232亿元,同比增长2.98%,其中出口规模超10亿元的品类有:钻头85.6亿、圆锯片45.8亿、互换工具26.7亿、刀片21.5亿、铣刀17.7亿,表明中国刀具企业的钻头、圆锯片、互换工具等领域细分产品已取得突破并成功打开国际市场。

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当前进口刀片体量虽大,但进出口比已呈现出明显下降。

根据机床工具工业协会数据,中国硬质合金刀片进口额与出口额之比从2019年3.4下降至2023H1的1.5。2019至2022年国内刀片产品的高端化趋势带来了出口产品的量价齐升,其中涂层刀片出口量增长50%、出口单价提升18%,非涂层硬质合金刀片出口单价提升40%。国内进口刀具市场与海外刀具市场之和超2000亿,将持续推动国产刀具的进口替代与出海进程。

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2.1.33C钛合金应用,利好硬质合金刀具发展

钛金属并不常见于手机,功能创新收窄助钛势起。尽管钛金属本身并非稀有金属,但由于其成本高、加工难度大等不利于消费产品使用的特点,导致其在手机领域应用并不常见。但随着智能手机功能创新的收窄,材料上的创新开始成为各大手机厂商关注的重点,“钛”势力顺势而起。

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钛合金具有比强度高、热强度高和耐腐蚀性好等优势,在非消费领域有较多应用。钛合金材料具有比强度高、热强度高和耐蚀性好等性能优势,被广泛应用于航空航天、武器装备、石油化工和生物医疗等领域。

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钛合金是典型的难加工材料。但是,由于钛合金具有摩擦系数大、热传导率低、高温化学活性高和弹性模量小等特点,导致切削加工过程中容易出现切削温度高、切削变形、冷硬现象严重、振刀和粘刀等现象,致使刀具易崩刃、磨损快、寿命短和工件表面质量变差等,因此钛合金是典型的难加工材料。

刀具磨损严重是钛合金加工过程中所面临的主要问题,导致刀具消耗量成倍增长。一般情况下,粗加工时硬质合金端铣刀的寿命为120~180min,而加工钛合金时,低速切削的情况下硬质合金刀具的寿命大约仅为30min,若切削速度超过80~100m/min,硬质合金刀具耐用度不超过15min。

为实现钛合金构件的高质高效切削加工,需要科学设计开发高性能切削刀具,相关技术包括刀具材料与刀具结构设计、刀具涂层制备、刀具切削参数优选、刀具加工状态监控及切削数据库开发等。

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(一)刀具材料的选择:钛合金切削加工主要以硬质合金刀具为主。

在材质方面,通常认为含钛硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用,往往刀具材料会选择YG类硬质合金。在晶粒度方面,当WC晶粒的平均尺寸在0.8~1.4μm时,钨钴类硬质合金刀具表现出较好的抗磨损性能。

(二)开发适于钛合金加工的涂层刀具有助于提升加工效率和延长刀具寿命。

通过对比物理气相沉积PVD涂层(TiN+TiAlN)硬质合金刀具和化学气相沉积CVD涂层(TiN+Al2O3+TiCN)硬质合金刀具的钛合金高速铣削性能,发现PVD涂层刀具的使用寿命大于CVD涂层刀具,表现出更优异的切削性能。

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(三)刀具材料改进是刀具技术发展的主线,而通过刀具几何结构设计改善切削性能也是提高切削效率和加工质量的有效途径。

例如瓦尔特的高进给铣刀M4002刀片的后刀面波浪设计,提高了钛合金的切削加工质量,并使刀具寿命提高1倍。德国来宝精工设计的全刃口新型切削刃采用三角斜度槽型设计,可实现钛合金抗振动高进给加工,效率提高3倍,寿命延长50%。

(四)切削数据库是利用计算机技术存储刀具和加工工艺数据,按照生产需求迅速获取特定加工场景下所需刀具信息和切削参数的数据化管理工具。进一步将切削数据库系统与CAM软件集成,可以为数控编程快速准确地提供切削数据,有利于缩短生产制造周期,提高产品的市场竞争力。世界主要发达国家都有自己的切削数据库——美国Cutdata、德国Infos、瑞典Coromant切削数据库。

(五)刀具切削过程的智能监控是实现智能制造的关键技术。开发有效的刀具加工状态监测技术对于实现切削过程的自动化运行、保证零件加工质量、保护机床设备安全以及提高生产车间的智能化水平具有重要意义。实现刀具状态监控与数控加工系统的多维交互,从而主动调整加工参数并充分发挥刀具与机床的工作效能,将是未来智能刀具和智能制造的发展趋势。

随着3C领域钛合金的逐步应用,对刀具企业的材料制备、结构设计、涂层制备、切削数据库和刀具监控等方面都提出了更高的要求,在相关技术进行较早布局和具备较多经验积累的头部刀具企业将更加受益。

2.2 矿用工具:需求平稳,产品出海可期

矿用工具合金主要应用于能源与矿产开采以及基础设施建设领域的工具制造。

矿用硬质合金工具主要包括凿岩工具、采掘工具以及勘探工具,包括牙轮钻头、顶锤式冲击钎具、潜孔式冲击钻具、反向天井钻具及截煤机截齿等,根据中国钢结构协会钎钢钎具分会数据,截止到2020年底,中国钎钢钎具行业的产品产值约103亿元人民币,其中钻头产品大约占60%,每年消耗碳化钨硬质合金超1万吨,市值超30亿元。

矿用硬质合金工具的市场规模随着矿产资源、能源的开采量以及基础设施建设投入的波动而变动。

近年来,中国工业化及城市化水平不断提高,建筑、交通、水利等基础设施建设持续投入,能源与矿产需求不断增长,带动了矿用硬质合金工具需求的提升。

矿产资源开采:矿产资源开采主要使用牙轮钻头、顶锤式冲击钎具、潜孔式冲击钻具等凿岩工具,矿产开采过程中,通常根据岩层种类、开采深度等因素综合确定合适的工具种类。矿产资源开采行业属于周期性行业,其开采量伴随着国际市场需求和金属价格波动而变动。

石油钻采:石油钻采是矿用硬质合金工具的重要应用市场,钻头是石油钻采使用的关键工作部件及耗材,钻头的主要组成部件是具有超高硬度的硬质合金或聚晶金刚石复合片,在石油深井钻探中,用于对岩石进行切(刮)削钻进。

煤炭开采:煤炭开采主要通过采煤机来进行,采煤机的截割部分装有截齿,截割部分转动形成截齿对煤体的冲击使煤块脱落。截齿的主要材料为硬质合金。2010年以来,全球煤炭产量呈现周期性波动。中国作为世界上最大的产煤国,2016年由于煤炭产业结构优化、去除落后产能等一系列政策影响,中国的煤炭产量较2015年下降3.35亿吨,导致全球煤炭总产量大幅下降。

基础设施建设:近年来矿用硬质合金工具在基础设施建设领域的应用愈加广泛,如水井牙轮钻头用于水井和地热井开发,旋挖牙轮钻头用于桥梁桩基工程,非开挖牙轮钻头用于水平定向穿越工程等。随着“一带一路”建设的推进,基础建设投资的增加为行业发展提供新的契机。

全球铁矿石产量稳中有增。自2010年以来,全球及中国铁矿石开采量整体呈稳中有增趋势,全球2010-2021年CAGR2.59%。铁矿石开采量的增加,直接拉动了凿岩工具等矿用硬质合金工具的市场需求,从而进一步带动矿用硬质合金的市场需求。

全球石油产量基本维持稳定。自2010 年以来,全球石油行业呈稳定发展态势,石油产量基本维持稳定,2010-2022年CAGR0.86%。

中国煤炭行业落后产能出清后带动全球煤炭产量增长。中国煤炭产量占全球比重超50%,2017年以来,由于煤炭行业落后产能清理目标的阶段性达成以及新增优质产能的有序投放,中国的煤炭产量呈逐年上升趋势,带动全球煤炭产量的上涨。全球煤炭产量2016-2022年CAGR2.76%。

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中国人口城镇化率逐步提高拉动基础设施建设投资快速增长。截至2022年末,中国城镇人口9.2亿,城镇化率达65.22%,随着城市人口的增加,基础设施需求亦不断增加。

2022年,全国基础设施建设固定投资完成额为21.04万亿元,同比增长 11.52%,2010年以来全国基础设施建设固定投资完成额年均复合增长率为10.34%,保持快速增长势头。

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近年来,世界范围内矿产、能源开采的兴盛及重大基础性工程的蓬勃发展,直接促进了高性能硬质合金球齿、截煤齿、刨铣齿等硬质合金凿岩产品和配套工具的广泛使用与发展,市场需求量已超过100亿美元。

卓越的产品力为国内企业跻身全球市场打下深厚基础。矿用硬质合金工具的检测指标主要包括密度、硬度、矫顽磁力、磁饱和、孔隙度和非化合碳等等。国外该领域先进生产厂商主要包括山特维克和阿特拉斯等等。

国内矿用工具合金产品的部分牌号产品已经与国外先进厂商同类产品的理化性能相近,产品力不输海外龙头,为中国矿用硬质合金及工具出海打下坚实基础。

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2.3 耐磨工具:硬质合金模具与耐磨零件稳步增长

耐磨工具合金是利用硬质合金的高抗弯强度、高抗压强度、耐腐蚀性等特征,将其制作成模具或耐磨零件,主要用于生产拉丝模、冷镦模、冷热挤压模、成型冲模等模具以及阀类产品、喷嘴、密封圈、导轨、柱塞、球体等零件,可以提升模具及耐磨零件使用寿命的数倍甚至数十倍。目前耐磨工具合金终端应用已涵盖消费电子、装备制造、汽车制造等领域。

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硬质合金将在模具领域加速应用抢占部分模具钢市场。根据智研咨询的数据及预测,模具领域硬质合金的需求从2015年的7.39亿元已增长至2021年的15.91亿元,年均复合增速13.63%,并有望于2026年达到24.97亿元;耐磨零件领域的硬质合金需求从 2015年的 37.07 亿元已增长至2021年的79.12亿元,年均复合增速13.47%,并有望于2026年达到121.19亿元。

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3. 国内“硬势力”干将

3.1中钨高新:刀具+微钻+硬质合金基本盘稳健,矿山注入链主估值重塑

中钨高新前身为1993年成立的海南金海股份有限公司,于1996年登陆深圳证券交易所;2000年吸收株硬和自硬的优质资产并更名中钨高新材料股份有限公司;2006年湖南有色增持中钨高新股权,成为第一大股东;2009年五矿集团通过控股湖南有色成为公司实际控制方;2013年五矿集团将株硬和自硬优质资产注入公司,彼时公司持有株硬100%股权和自硬80%股权;2016年公司托管五矿旗下矿山和冶炼企业,成为集矿山、冶炼和合金产业链一体化的硬质合金企业。中钨高新主营业务及相关子公司主要有:切削刀具—株钻和长城,微钻—金州,硬质合金—株硬、自硬和南硬。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

株钻——国内数控刀具龙头,整体解决方案的先行者。

株洲钻石可以提供各种标准和非标准的物理涂层、化学涂层、金属陶瓷和超硬材料牌号的高精度车削、铣削、钻削、切断切槽和螺纹铰削加工的数控刀片及配套刀具、硬质合金整体刀具及工具系统。年营业收入超20亿,净利润超3亿元。通过多年刀具领域积累,株钻已经在航空工业领域针对钛合金A字梁、支架,高合金钢起落架,复合材料机翼机身及铝合金舱门等飞机主体部件推出解决方案。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

株钻当前共有刀具品类超10万种,其中数控刀片品类5万种,现有刀具产能1.2亿件,“十四五”期间规划总产能2亿件。为国内较早布局工具系统的刀具企业,基于多年刀具经验积累,公司还开发有刀具配套案例库和数字化刀具库,在整体解决方案供应商方面具备一定领先优势。

株硬——始于担当,基于创新,成于实干。株洲硬质合金集团有限公司于1954年开始建厂,是国家“一五”期间建设的156项重点工程之一,挑起了中国硬质合金发展的大梁。

公司承担了大量国家“863”和“973”计划项目、国家创新能力建设项目、国家科技支撑计划等重大科技项目,以及国家战略性创新产品及重点新产品项目,多项科研成果达到国际先进水平,获得省部级以上各种荣誉和奖励超过40项。

公司拥有有效专利848项,其中发明专利385项。近10年来,编制、修订国家标准、行业标准等85项。成为中国硬质合金生产、科研、经营和出口的骨干企业。

当前公司硬质合金产品主要涵盖异型、钻头、型材、模具、粉末、轧辊、顶锤、工模、钻掘工具等等。

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金州——精益求精,一马当先。

金洲精工科技股份有限公司成立于1986年,是全球领先的设计和生产印制板用硬质合金钻头、铣刀、特殊精密刀具的国家级高新技术企业之一。目前拥有专利241项,并起草了《印制板用硬质合金钻头》、《印制电路板用硬质合金铣刀通用规范》等国家和团体标准。在PCB微钻领域,公司研发出直径0.01mm的超细微型钻头,成为与日本佑能并驾齐驱世界上唯二拥有该项技术的公司。

矿山资产注入在即,将重塑钨链主估值。

从产业链盈利水平上看,钨矿开采环节在整个硬质合金产业链中的盈利水平仅次于刀具环节,且具备天然的资源壁垒属性,是一门名副其实的好生意。公司托管有五矿集团的柿竹园、瑶岗仙矿业、香炉山钨业、新田岭钨业、远景钨业5家钨矿山企业,受托管理的5座矿山目前运营情况正常,合规性问题也在逐步梳理解决,未来钨矿优质资产的注入,将极大地增厚公司的利润规模、提升公司盈利能力,实现公司整体估值的重塑。

3.2 厦门钨业:材料实力雄厚,整硬刀具国内领先

厦门钨业股份有限公司前身为1958年成立的厦门氧化铝厂,1982年转产钨制品,1997年整体改制为厦门钨业股份有限公司,2002年在上海证券交易所上市。公司业务涉及钨、钼、稀土、能源新材料和房地产等五大领域,是国家首批发展循环经济示范企业,是国家组建的大型稀土企业集团牵头企业之一。

在钨钼领域,构建了钨矿山、钨钼冶炼及加工应用全产业链,多项技术国际领先;在稀土领域,建立了包括稀土开采、冶炼、应用和研发的完整体系,树立了以深加工带动产业发展的稀土开发模式之典范;在能源新材料领域,培育了包括三元材料、钴酸锂,磷酸铁锂,锰酸锂等主流锂离子正极材料的研发和大规模制造能力,成为锂电正极材料领域的一流供应商。公司硬质合金及刀具的经营主体主要为厦门金鹭、洛阳金鹭和九江金鹭。

研发基于IPD模式,持续打造刀具新品。

公司2018年启动IPD集成开发模式,凭借IPD产品经营体系,构建以市场为导向的持续产品创新能力,与20多家国内外的高校、研究所都建立了良好的合作机制,促进产品的正向研发。

目前公司切削工具事业部研发服务团队超400人,在内部搭建了基体材料制备技术、刀型设计技术、涂层技术以及切削应用技术四大共性技术平台,攻克技术难题,并通过共性技术组合搭配,进行新产品的开发,每年至少3个全新的产品系列,1000多款产品面世。目前厦门金鹭拥有专利超260项,刀具品类超过86000种。

公司2022年在成都建立了具备加工及检测的解决方案中心,具备能够实现刀具开发、工艺编程、工艺仿真和零件试制的综合能力,推出了针对叶轮叶盘、钛合金骨关节、汽车转向节和手机摄像头圆环等60多种零部件的解决方案。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

“银雀”系列发布,钛合金加工技术更上一层楼。10月26日,厦门金鹭发布最新刀具产品“银雀”系列,其在刀具表面采用了独特的银白色抗粘结涂层,较同行刀具竞品寿命大幅提高,并且具备较好的抗崩刃效果。该系列刀具主要针对航空航天、能源行业、3C行业和医疗行业的钛合金部件的切削加工。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强
有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

剑锋对准进口刀具市场,拟定增扩张切削刀具产能。在产能方面,公司当前拥有可转位刀片产能6000万片、整体刀具1000万件和超硬刀具170万件的产能。

公司今年发布定增预案“硬质合金切削工具扩产扩产项目”,建设完成后将新增可转位刀片产能3000万片,整体刀具产能200万件和超硬刀具产能170万件,产品应用主要针对航空航天、通用机械、新能源和医疗等领域。

3.3 华锐精密:以数控刀具为矛,PVD涂层领先助3C钛加工刀具快速突破

株洲华锐精密工具股份有限公司成立于2007年3月,于2021年2月在科创板上市,是国内知名的硬质合金数控刀具制造商。目前公司主营业务主要包括车削刀片、铣削刀片和钻削刀片等数控刀具,数控刀具产销量位居国内厂商前三。

公司技术人员在硬质合金刀具领域具有深厚的积累。公司多位技术高管曾在601厂(今株洲硬质合金集团)担任重要职位,且部分人员曾赴瑞典山特维克培训学习,参与国内第一条硬质合金数控刀片产线的引进工作,对数控刀具的材质研发、刀具结构研发、生产工艺、涂层技术等核心技术具备深厚的理解,掌握诸多相关knowhow。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

IPO与可转债募投项目均已实现投产,整体硬质合金刀具与刀体项目推进将支撑公司向整体解决方案服务商迈进。

公司IPO募投新增硬质合金数控刀片产能3000万片、金属陶瓷数控刀片500万片、硬质合金整体刀具200万支。可转债募投新增数控刀体50万件、整体硬质合金钻削刀具140万支。IPO与可转债募投项目均已实现落地投产,公司产能储备充足,新品品类陆续推出,整硬刀具与刀体业务的完善布局将支撑公司进一步向整体解决方案服务商迈进。

华锐精密在PVD涂层技术方面有着深厚积累,在研项目瞄准钛材等难加工材料。截止2023H1,公司在PVD涂层方面已经成功开发了14种纳米涂层材料和28种涂层工艺。其自主开发的AlTiN/AlTiSiN/TiSiN 梯度复合纳米涂层,相比常规的AlTiN单层结构可以提升刀片20%以上的寿命。

目前公司针对航空难加工材料切削加工刀具的涂层开发主要围绕硬质合金刀具PVD涂层AlTiN和AlCrN两大材料进行材料改性研究,并积累了大量的基础研究测试数据。

针对高精密3C行业刀具项目开发,完成部分以加工钛合金为核心的3C用圆弧刀、平头刀、倒角刀、T型刀、高光刀、成型刀具的开发。

3C钛合金刀具已进入苹果供应链,募投产能投产助力业绩持续兑现。

三季度公司已经通过经销商切入苹果供应链,用户反馈刀具使用效果较好,三季度3C刀具实现营收1000万元,均为钛合金加工刀具。

公司IPO募投整体硬质合金刀具产能200万支,可转债募投整体硬质合金刀具产能140万支,募投项目均已达产当前共有整硬刀具产能340万件/年。当前公司整硬刀具产能利用率不足35%,未来整硬刀具产能利用率将受益3C钛合金的持续导入不断攀升兑现业绩。

3.4 欧科亿:整体解决方案加速推进

欧科亿成立于1996年,并于2020年12月登陆上交所科创板,成为首家以硬质合金刀具为主营业务的科创板上市公司。

公司目前主要产品有硬质合金制品和数控刀具产品:硬质合金制品方面,公司自成立便致力于硬质合金制品的研制,积累了丰富的经验,目前是国内锯齿刀片生产规模最大的企业,与国内外知名工具企业建立了长期稳定的合作关系,并多次获得百得工具的“优秀供应商”称号;数控刀具产品方面,公司开发了覆盖车、铣、钻等主要数控加工方式的刀具。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

IPO募投项目已实现投产,定增项目丰富产品结构。

公司IPO募投4000万片高端数控刀片产能已于2022年二季度落地投产。2022年公司定增8亿,其中6亿用于数控刀具产业园建设,拟形成年产1000吨高性能棒材、300万支整体硬质合金刀具、20万套数控刀具、500万片金属陶瓷刀片及10吨金属陶瓷锯齿的产能。

公司优化产能结构,聚焦高端刀具的产能投放,同时在现有产能基础上,提前启动了2000万片高端数控刀片的产能提升项目,主要是针对小零件加工精磨刀片、航空航天领域的刀具。新建棒材、整体硬质合金刀具、刀具配套、金属陶瓷、精磨刀片、航空航天刀具等产能将有效提升公司综合切削服务能力。

产品出海持续发力,整体解决服务业务快速发展。

公司抓住出口机遇,加大海外开拓力度,海外品牌代理持续增加,海外布局进一步完善,2023H1在亚洲及欧美区域的部分海外客户实现收入翻倍增长,完成海外发货金额8033.45万元。目前,公司已完成40多个国家的海 外渠道布局,主要涉及到下游应用领域包括汽车行业、模具制造、航空航天、轨道交通等。

公司8月初披露中标新晨动力宝马曲轴刀具管理服务项目,项目为期4年,本次中标体现了公司在刀具整包业务方面具备一定竞争优势,截至2023年三季度,公司整包业务实现收入约1740万元。

3.5 沃尔德:超硬刀具龙头并购鑫金泉,协同共振再上台阶

北京沃尔德金刚石工具股份有限公司于2006年在中关村电子城科技园区创立,是一家主要从事超硬刀具及超硬材料制品研发、生产和销售业务的高新技术企业。

主营产品包括PCD/PCBN/CVDD切削刀具,整体硬质合金刀具,钻石刀轮及其配套产品,并广泛应用于消费电子、汽车制造、工程机械、航空航天、能源设备等行业。

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超硬刀具实力领先,产品持续出新。

公司自2021年起研发滚珠丝杠加工用刀具,并于2022年底实现PCBN旋铣刀片的量产。

滚珠丝杠及行星滚柱丝杠下游应用众多,在高精尖等领域发展空间广阔,包括高档数控机床、普通机械、工业机器人、人形机器人、航空航天、医药、模具加工等领域。

新产品滚珠丝杠加工用的PCBN旋铣刀片将持续受益中国高档数控机床、人形机器人、航空航天等高端制造领域的发展。此外公司还推出了等速万向节加工的球道PCBN铣刀,在国内超硬刀具市场确立了技术领先优势。

并购鑫金泉,协同共振向上继续迈进。

沃尔德于2022年完成对深圳市鑫金泉精密技术有限公司的并购。

鑫金泉是一家专注于非标准化的中高端精密刀具企业,可以提供单晶金刚石、聚晶金刚石、硬质合金等不同材质,以及铣刀、车刀、镗刀、铰刀等的不同形状的定制化刀具。其刀具产品主要用于3C产品的外壳、边框、腔体、卡托、卡槽、按键、摄像头部件等精密结构件的加工。

能够为行业客户提供前期咨询、产品设计、参数调整、生产交付和售后服务等的一站式定制化刀具解决方案。

沃尔德通过并购鑫金泉,在生产技术上实现深度融合、在市场领域与客户开拓上实现互补、提升了公司产品种类并丰富了人才团队与加工方案。

3C客户资源丰富,钛合金加工刀具进展快速。

鑫金泉销售模式主要以直销为主,大客户有比亚迪电子、立铠精密、长盈精密、蓝思科技、通达集团、领益制造、可成集团、瑞声精密等3C行业龙头公司。23年苹果推出钛合金版本手机,鑫金泉通过苹果供应商于前三季度斩获钛合金加工刀具订单1500万,且四季度仍有多款刀具处于打样中。未来公司整体式硬质合金刀具将持续受益3C行业钛合金导入。

3.6 新锐股份:牙轮钻头龙头并购株洲韦凯,硬质合金版图再下一城

苏州新锐合金工具股份有限公司成立于2005年8月,是一家专注于硬质合金制品与矿用凿岩工具及矿山服务的制造服务商。

公司主要产品包括:石油钻探用硬质合金、矿用硬质合金、金刚石复合片用基体、石油钻头喷嘴、超细硬质合金棒料、细晶粒切削刀具、冲压模具用板块、冷镦模、粉末冶金模具、碳化钨管状焊条、耐磨件、非标异型件及矿用三牙轮钻头、冲击器等;产品远销日本、韩国、美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等40多个国家和地区。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

收购株洲韦凯控股权,数控刀具纳入公司业务版图。

公司2021年完成对株洲韦凯切削工具有限公司66.36%股份的收购,株洲韦凯专注于数控刀片的基体材料、槽型、精加工、表面与涂层的研发和生产,主要产品有车刀系列、铣刀片系列、钻削系列、槽刀系列和螺纹刀片系列,主要应用于汽车制造、模具加工、航空航天等行业中的难加工材料细分领域。当前公司拥有近20个牌号,800余个型号的刀片产品,约60%产品为标准化产品,40%为非标定制产品。

与此同时,新锐股份还通过控股贵州惠沣众一机械制造有限公司扩充了顶锤式钻具产品,实现了凿岩工具(牙轮钻头、潜孔冲击器和顶锤式钻具)的全品类生产与销售;在石油仪器仪表方面,公司通过控股江仪股份进入石油仪器仪表行业。

有色金属行业硬质合金及刀具:制胜高端制造,国产竞争力日益增强

风险提示

1、宏观经济下行的风险。硬质合金及工具具有工业耗材的属性,其需求量通常会受到制造业景气度的影响。如果硬质合金各下游应用领域景气度相对较差,将会对硬质合金及工具的需求产生冲击;

2、市场竞争加剧的风险。硬质合金深加工领域对中国高端制造业发展意义重大,世界各主要工业国家和跨国巨头公司都投入大量精力和资源进行相关产品的研究与开发。

国际巨头凭借底蕴积累已经在很多核心技术领域享有知识产权保护,深度参与国际行业标准的制定,形成强大的市场影响力和品牌知名度,可能针对行业追赶者制定更加激进的竞争政策,中国公司在发展过程中可能面临国际巨头更大的竞争压力;

3、数控机床发展不及预期的风险。进口数控机床通常匹配进口一线品牌刀具,相比较之下,国产数控机床厂商接受国产刀具的意愿更加强烈。如果中国数控机床发展相对缓慢的话,将直接影响国产刀具的替代进程;

4、增材制造对减材制造的替代风险。增材制造采用与减材制造(含金属切削)完全相反的逐层叠加材料的加工方式,将复杂的工件结构或零部件结构离散为简单的二维平面加工。

目前,增材制造已从技术研究逐步走向实际工业应用,成为高端制造领域直接制造及修复再制造的重要技术手段。随着增材制造技术的逐渐成熟和生产成本的不断降低,部分硬质合金刀具应用领域如航空航天、医疗器械等高、精、尖行业的部分精密零部件开始采用增材制造生产,将会对金属切削加工方式产生冲击,进而影响硬质合金刀具的市场规模。

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报告来自【远瞻智库】

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