2022年中国合金刀具行业发展现状及竞争格局分析 国产硬质合金刀具性价比越发凸显

1、硬质合金刀具及其上下游

硬质合金主要是由难溶金属的硬质化合物（如碳化钨、碳化钛等）和粘结金属（钴、镍等）通过粉末冶金制成的合 金材料。常用的硬质合金主要包括钨钴类、钨钛钴类和钨钛钽（铌）类硬质合金。经典的硬质合金牌号主要包括 YG、 YT、YW 系列，其中主要的化学成分都是碳化钨。从统计的硬质合金经典牌目来看，碳化钨占比最小的 YT30 的碳 化钨含量也达到了 66%。因此，钨矿资源是硬质合金产品的主要原料来源。

从产业链的角度来看，钨矿经开采提纯后形成的钨粉最终有三种去向，其中一种是形成碳化钨粉，而碳化钨粉经由 与钴粉的混合形成的混合料，便是硬质合金的直接材料来源。我国钨矿储备极为丰富，占据全球 56.3%的份额，远 远超过其他国家地区。从钨矿的下游应用来看，硬质合金占了达到 40%的应用比例，钨钢以 31%的比例居于其次。

一般来说，硬质合金的后续产品分类包括棒材、矿用合金、模具材料、耐磨合金和切削刀具，在所有细致分类中， 切削刀具是硬质合金应用最为广泛的场景，占比达到 33%。鉴于硬质合金本身具有硬度、耐磨性和红硬性高，强度、 弹性模量高，耐腐蚀、抗氧化性好，线膨胀系数小，成型制品不再加工、重磨等优点，因此硬质合金刀具成为了最 广泛使用的“工业牙齿”，在各类切削机床中的应用也极为普遍。硬质合金刀具依据使用形态分类，可划分为切削刀 片（占比达到 49.7%，是比重最大的一类硬质合金刀具），铣削刀具（27.6%），孔加工刀具（18%）等。依据后续 的加工方式，又可分为粗加工刀具和精加工刀具。同类合金中，含钴量较多的适合用于粗加工，含钴量较低的适于 精加工。

从切削刀具的下游应用来看，通用机械占比最大，达到 35%，汽车行业占比达到 34%，模具行业占比位 12%。从 更细分的硬质合金刀具的制造业销售去向来看，汽车、摩托车销售比例达到 21%，其次是机床领域（18%）和通用 机械（15%）。对于汽车行业，刀具的主要应用场景为切削生产发动机的缸体、曲轴、连杆，以及变速箱、车桥、轮 毂等零部件，相关的零部件生产的工艺较为复杂，制作分工更加细致。对于通用机械行业，刀具的主要应用范围包 括农用机械、家电卫浴、矿山机械、电工机械等。航空航天领域的材料多为钛合金、高温合金、复合材料等高性能 难加工材料，因此对长寿命、高可靠性的刀具有迫切需求，目前这一领域的刀具主要被国外高端品牌垄断，国内的 株洲钻石股份有限公司已经拥有对标产品且付诸量产，正待冲击海外高端品牌的统治地位。

2、刀具市场的规模发展和数控刀片的崛起

刀具作为金属切削机床的重要功能性部件，其市场规模与切削机床的需求量息息相关，但又兼具耗材属性，因此周 期相对偏弱。我们复盘了从 2005 年到 2020 年的国内切削机床产量和刀具市场规模的对比，发现在 2016 年以前， 二者同升同降的关系十分明显，而在 2016 年以后，尽管切削机床产量持续下滑，但国内刀具的市场规模不降反增， 这是二者第一次呈现背离。目前全国刀具的市场规模大约 400 亿元，鉴于硬质合金刀具占比大约 50%，因此该市场 份额约有 200 亿元。

图：国内刀具市场规模状况

细观刀具市场，我们梳理了可能影响国内刀具市场发展规模的重要比例因素，分别为进口刀具市场份额、刀具消费 额占机床消费额比重，以及切削机床数控化率。我们发现，同样在 2016 年后，这三种比例均呈现较大幅度的变化， 且均是有利于国产刀具市场规模的发展。首先是进口刀具市场份额在 2015 年达到了高点，达到了 37.18%，其后伴 随国产刀具的崛起而缓慢下滑；其次是刀具在机床消费中的重要性越发凸显，国内原先普遍存在的高端机床配低端 刀具的不经济现象逐渐消失，刀具消费额占机床消费额的比重在 2016 年后更快速地上升，2019 年达到了 25.26%， 关于这一点我们将在后面详细展开；最后是切削机床本身的数控化率得到提升，2016 年以前基本维持在 30%左右， 2016 年后快速提高，到 2019 年达到了 40.79%，数控化率的提升意味着数控刀片得到快速增长，而作为耗材属性 更明显的更换频繁的刀片，其相对价值量较高，促进了具备数控刀片生产能力的优势企业快速发展。

从国内刀具企业的发展脉络来看，2010 年以前的国内企业依然以模仿海外技术为主，2010-2015 年主要通过吸收的 技术进行中低端产品的渗透，然而直到 2015 年国产数控刀片也没到 1 亿片，2016 年后行业才开始快速扩产。与之 对应的是欧科亿、华锐精密也在 2016 年部署了数控刀片的项目，前者在当年签批部署了两条产线项目，而华锐精密 也在同期投产了精密刀具生产线的技改项目。同年行业内会员企业逆势增长量达到 40%，说明在行业内部的竞争格 局出现分层，以欧科亿、华锐为代表的技术更领先的中小刀具企业，以及以中钨高新为代表的国内头部刀具企业，开始更快速地增长。

国内刀具市场的早期阶段，仍充斥着大量低速切削的高速钢刀具和焊接刀具，然而伴随 CNC 机床的普及，在现代 的加工工艺中，可转位刀具已经占据了主导地位。相比传统焊接刀具，硬质合金可转位刀具省去了反复装卸、重磨 的工作量。一般更高效的可转位刀具往往配备通用刀具，搭配频繁更换的耗材性质的刀片，且不易出现尺寸不相容 的问题。部分铣刀能搭配数十个刃口的大片，大大提高了工作效率。据统计，一般可转位刀具的平均钻头更换时间 仅为几分钟，但传统的整体刀具需要数十分钟。

这种工作模式催生了刀片的快速发展，同时下游 CNC 机床的普及也使得数控刀片的市场规模快速增长。尽管相比 传统的高速钢刀具，数控刀片的单位造价更高，但使用便捷，切削线速度大的优点也极为突出。从使用机床企业的 成本拆分来看，刀具的成本占比仅 3%，因此对刀具造价并不敏感，性能更优越的数控刀片得以伴随下游机床数控化 率提升，而迎来增长期。

目前来看，行业内正呈现由低切削线速度的刀具材料向高速切削材料发展的趋向。不同材料刀具的切削速度伴随各 自出现的年代而呈现正相关关系，例如 1800 年代的碳素钢刀具切削速度不到 5m/min，1900 年代出现的合金工具钢 和高速钢大约 10m/min，1950 年代出现的含钛碳化钨硬质合金刀具和涂层硬质合金刀具的切削速度达到 50~150m/min，1970 年代出现的 PCD 刀具切削速度能达到 2000m/min。伴随切削速度的提高，刀尖和加工材料的 摩擦越剧烈，因此产热量大，刀尖温度会大幅上升，因此刀具的高温抗折强度和高温硬度的表现就至关重要。对硬 质合金刀具而言，常温状态下的韧性极佳，但高速切削条件下，抗折强度会快速下降，维氏硬度更是会在 1000℃时 降到 5GPa，性能将大大下降。根据切削用户调查分析报告，从第二届到第四届的结果显示，国内硬质合金刀具的 使用比例和高速钢的使用比例有所降低，而包括金属陶瓷、金刚石等材料的刀具使用比例有所提高。目前，伴随硬 质合金数控刀片的产能扩张，硬质合金刀具的比例或将提高，进一步压缩高速钢刀具的空间，而从长期来看，陶瓷、 金属陶瓷、PCD 刀具也会有更多的用武之地。

3、深度剖析刀具占机床消费份额持续提升的原因

伴随机床整体技术的进步，对工件的加工效率也呈现快速提升的趋势。以刀具为基础的切削加工，粗加工和精加工 均需要考虑刀具切削速度对整体效率的影响，粗加工尤为如此，精加工仍需切削的经济型和加工成本等要素。一般 来说，对于既定的机床加工刀具，提高耐用度的方式为先确定背吃刀量，再确定进给量，最后确定切削速度。然而 对于当下的金属加工厂商而言，刀具耐用度并非越高越好，提高耐用度，意味着牺牲切削速度、进给量和切深量， 这不仅会损失机床整体的加工速度，且会提高刀具的非切削时长，造成时间维度上的浪费。

因此事实上，单位切削速度的提升，将加倍引发刀具耐用度的下降。当前的技术发展已经使得刀具的加工速度有了 极大的提升，而为了进一步提升其速度，刀具的耐用度将加速下降，这也是当前可转位刀具逐步替代焊接刀具的重 要原因，因为耐用度急剧下降的背景下，刀具的耗材属性将越发凸显，原先拆卸、重磨、安装的过程已经被渐渐抛 弃，转而一次投入一批加工耗材的可转位刀片成为接受度更高的方式。

除了刀具耐用度伴随加工效率提升而加速下降的原因导致刀具成本提高外，刀具相比机床还有材料端的改进，这也 提高了刀具的价值量。同样从切削的公式来看，我们知道 X 是代表因刀具因自身材料和特性的不同而表现出的敏感 系数，根据相关论文资料，传统的高速钢刀具，其 X 取值一般为 0.1~0.125，而硬质合金刀具的敏感系数取值为 0.2~0.4，陶瓷刀具基本达到了 0.4。敏感系数的提高，其实意味着在相同转速下，更优异的材料所制的刀具只需满 足更低的耐用度要求，因此同等耐用度情况下，硬质合金、陶瓷刀具的切削速度可以更快。因此，各种新材料的应 用与突破，为刀具实现更快转速提供了可能性，也比原先的高速钢刀具有了更高的切削性能和价值量的突破。

综合上述两方面原因，分别是刀具耐用度伴随加工效率提升而加速下降从而抬高了刀具耗用占比，以及诸如硬质合 金、金属陶瓷等材料的更高价值量刀具的应用，使得刀具占机床消费的比重持续提升。根据《金属加工》的调查数 据，2018 年相比 2008 年，刀具费用占终端客户总成本的比例处于 2%以下的客户比重从 47.9%下降到 30.1%，占 比居于 2%~4%之间以及高于 4%的比例则分别提高了 13.6pct、4.2pct。

4、国内竞争格局和领先企业的进口替代

当前在国内形成产能的主要刀具企业包括欧美系的山特维克、肯纳金属、伊斯卡，日韩系的三菱综合材料、京瓷、 特固克等，以及国内的以株钻为首的刀具企业。欧美系的产能相对集中，其中山特维克 2019 年中国区域的销售收 入约为 69 亿瑞典克朗（约 50 亿人民币），其中刀具收入 31.2 亿元，约占其全球刀具收入的 10%，同时山特维克也 是国内刀具市场份额最大的企业。肯纳金属和株钻在国内销售额比较接近，分别居国内份额二、三名，其中肯纳金 属 2020 财年在中国的销售额为 2.14 亿美元，株钻 2020 年营收 16.77 亿元，其中约有 20%为海外业务收入。

图：主要刀具厂商在国内市场的销售额

刀具厂商在国内的竞争格局可分为三个阵营。其中第一阵营为以山特维克为代表的欧美企业，定位于为客户提供完 整的刀具解决方案，产品体系不断推陈出新，契合客户的需求痛点，在这一体系下，相关企业的刀具平均单价极高， 且客户粘性强，但同时研发支出也极高。第二阵营为以三菱综合材料为首的日韩刀具企业，主要为下游客户提供通 用性高、稳定性强的产品，在高端的非定制化的市场上有较强的话语权。第三阵营是国内的刀具企业，数量众多， 分化严重，大量低效能的企业充斥中低端市场，价格竞争也较为激烈，少数在局部领域有所钻研，并在数控刀片制 造上享受发展红利的企业拥有较高的毛利率，产品也以非定制化为主。

国内刀具企业的代表企业包括株钻、厦门金鹭、沃尔德、欧科亿、华锐精密等。株钻和厦门金鹭是硬质合金领域的 老牌企业，各自背靠中钨高新和厦门钨业。近几年以来因国企改制和历史遗留问题，二者产能扩张相对缓慢。株钻 当前的国企改制已卓有成效，且在数控刀片和高端航空刀具层面两头发力，分别规划建设 2000 万片数控刀片项目和 签订成飞高端航空用刀具的供货协议。从刀具均价来看，株钻和厦门金鹭分别约为 12~13 元，而欧科亿、华锐精密 的刀片均价约为 5~6 元，以欧科亿、华锐精密为代表的中小国产刀具企业，利用上市的契机，积极拓展新品类和价 值量较高的刀具和整体解决方案，提升公司的竞争力。而为了进一步提高产品均价，强化护城河，则必须要拓展非 标产品且注重面向大型客户直销。

在国内刀具企业阵营分明的背景下，能否实现跨阵营跃迁，将成为国内企业发展壮大的关键。近几年以来，注重高 端非标刀具市场的日韩企业出现被进口替代的契机，这让国内部分优秀的刀具企业抓住机会，着力实现对日韩产品 的替代。当前，国产刀具在国内市场的销量占比达到了 67%，而产值的份额却仅有 15%，表明国产刀具价值量极低。 尽管如此，国内刀具企业的产品结构变革却不容忽视。根据中国机床工具工业协会工具分会的统计，我国主要刀具 企业生产的硬质合金刀具的产值占比从 2015 年的 39%上升到 2019 年的 47%，与此同时，高速钢刀具的产值占比 从 51.5%下滑到 44.5%。

在国产刀具的产品结构持续改善的过程中，国产刀具的性价比越发凸显。欧科亿、华锐精密等企业在各自专精的领 域均有出色的产品力，如欧科亿在锯齿刀片、钢件车削刀具、不锈钢车削刀具已经拥有对标第二阵营的实力。以硬 质合金产品为例，欧科亿对标的国际竞争对手是卢森堡的森拉天时，在比对了各自含钴量低于 3%的牌号，可见 OKE400 和 OKE402 的相关指标和森拉天时的产品比较接近。综合来看，国内当前诸多代表性刀具企业的产品在性 能上已经极为接近日韩水平（除稳定度和一致性要求略低以外），考虑售后响应等因素，部分尖端产品已经在实用性 上超越日韩，但均价却几乎只有日韩产品的一半。此外，疫情影响下，部分高净值客户更愿意采购国产刀具并进行 试刀，为国产替代提供了舞台。最后，伴随国产刀具企业产能越发集中，部分优势企业通过大规模扩产，形成规模 优势，刀片价格进一步降低，使日韩系产品进一步丧失比较优势。有鉴于此，我们认为未来很长一段时间，进口替 代仍将是刀具企业演绎的主逻辑。

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