中國超硬刀具行業(yè)概覽-加工材料結(jié)構轉(zhuǎn)變超硬刀具迎機遇

系頭豹研究院獨有的高度機密性文件（在報告中另行標明出處者除外)。未經(jīng)頭豹研究院事先書面許可，任何人不得以任何方式擅自復制約定的行為發(fā)生，頭豹研究院保留采取法律措施，追究相關人員責任的權利。頭豹研究院開展的所有商業(yè)活動均使用“”的商號、商標，頭豹研究院無任何前述名稱之外的其他分支機構，也未授權或聘用其他任何第三方代表頭豹研究院2023ChinaSuperhardCuttingToolsIndustryOverview 2023年中國スーパーハード切削工具行業(yè)の概要報告主要作者：陳君維2023/12?2023LeadLeo?2023LeadLeo摘要維復材等難加工材料在汽車、航天航空、3C電子的廣泛應用，以硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、超硬刀具為代表的度和更優(yōu)良的耐磨性，能適應更高的切削速度，根據(jù)第三、第四、第五屆切削刀具用戶調(diào)查分析報告，超硬刀維復材等難加工材料在汽車、航天航空、3C電子的廣泛應用，以硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、超硬刀具為代表的度和更優(yōu)良的耐磨性，能適應更高的切削速度，根據(jù)第三、第四、第五屆切削刀具用戶調(diào)查分析報告，超硬刀纖維復合材料加工時存在壽命短、加工效果不穩(wěn)定、刀具易磨損的問題，超硬刀具0202將鈦合金、鋁合金、碳纖維等材質(zhì)運用在外殼和零部件制造中，進而提升超硬材料在汽車工業(yè)中的運用比例迅速攀升。相比鋼制汽車、鋁制汽車重量整體可降低0303河南，河南人造金剛石產(chǎn)量占中國的80%。人造金剛石下游應用可被歸類料應用（用于制造各類金剛石工具，如超硬刀具，廣泛用于航天航空、汽車、電子信息等領域制造）及功能化應用（例如將培育鉆石作為珠寶首飾等中國超過90%的人造金剛石被作為結(jié)構性材料應用、作為功能化?2023LeadLeo64%63.1%64%63.1%4%5%8%7.2%54%53%26%28%21%20.0%3%5%6%5.6%8% 4.2%硬質(zhì)合金高速鋼立方氮化硼金剛石陶瓷第二屆（2008年）第三屆（2014年）第四屆（2019年）第五屆（2022年）16.8%26.2%13.0%24.6%19.4%普通鋼耐熱鋼、鈦合金等鋁（鎂）合金碳纖維復合材料鑄鐵目前硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)品占據(jù)大部分市場，綜合占比為63.1%，高速鋼刀市場地位牢固（每次調(diào)查中，受調(diào)查企業(yè)規(guī)模結(jié)構可能會導致刀具材料市場占比波動，如第四屆鋼材料刀具需求逐年下降，雖然此類刀具在一些非數(shù)控機床上依然被大量使用，但隨著機床行業(yè)轉(zhuǎn)型升級來有下降趨勢，可能由于其機加工的局限性和對機床設備的高需求導致使用范圍受限；得益于碳纖維復合材料近年來需求增長，立方氮化硼和金剛石超硬材料刀具市場占比整體而來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會、金屬加工雜志社、頭豹研3?2023LeadLe0%2022409.314.4230.330.35.4近年來中國國產(chǎn)刀具在中國市場占有率逐步提升，從2018年的65%提升到2021年0%2022409.314.4230.330.35.4近年來中國國產(chǎn)刀具在中國市場占有率逐步提升，從2018年的65%提升到2021年的額（包含在中國生產(chǎn)并銷售的國外品牌）總規(guī)模從2021年的138億元人民幣下降到2022年的126億元人民幣，同比下降8.7%。加到2022年的232億元人民幣，增長3%，貿(mào)易順差逐年增大，2022年中國刀具進出口148-8.1%3.1%-8.7%1381361311265.3%2.2%-2.2%-3.7%23222523220182019進口規(guī)模20202021出口規(guī)模進口增速（右）20221,896.81,896.82,117.717.53217.532218.2453.610.2出口單價進口單價出口單價出口單價進口單價中國刀具行業(yè)市場龐大但整體技術水平較低，高端超硬刀具產(chǎn)品比例較硬刀具生廠商近千家，但能夠規(guī)?；a(chǎn)用于汽車、航天航空等高端制造業(yè)精密刀以超硬材料鉆孔工具、超硬材料鏜孔或鉸孔工具、超硬材料未列名可互換工具2021年及2022年的進出口單價為例，這些超硬刀具產(chǎn)品出口單價和進口單價差距較大，來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會、金屬加工雜志社、頭豹研4?2023LeadLeo性能解釋切削困難性解釋切削刀具耐用度加工精度價格高速鋼硬質(zhì)合金性能解釋切削困難性解釋切削刀具耐用度加工精度價格高速鋼硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金超硬刀具切削形變系數(shù)較小金屬切割過程中會產(chǎn)生切屑，切屑的存在會增大刀具與金屬材料之間的摩擦以及刀具損耗，但通過切屑的形變，摩擦會相應減小，這叫切屑形變系數(shù)（越大對刀具磨損越小），鈦合金的優(yōu)良性質(zhì)導致其切屑形變系數(shù)比普通碳鋼低許多，因此對刀具磨損較大單位面積切削力大鈦合金有著比碳鋼低20%的主切屑力，但由于鈦合金切屑形變系數(shù)小，加工時鈦合金單位面積的切割力會被增大許多，這導致刀具負荷變大，容易在加工過程中斷裂切割溫度高金屬切割時由于高速摩擦會產(chǎn)生大量的熱，但由于金屬有不錯的導熱性，熱量容易被發(fā)散；而鈦合金導熱性較差，加工過程中會出現(xiàn)切割溫度較高的情況，可能會造成加工刀具軟化、無法使用冷硬，粘結(jié)、擴散等現(xiàn)象嚴重鈦在化學元素中是活潑金屬，其表面與空氣中的微量元素反應后形成“保護膜”，且鈦合金的高化學性能讓其容易發(fā)生金屬粘結(jié)和擴散，切削加工難度大從切削精細度以及耐用性來說，直接由金剛石或氮化硼制成的超硬刀具是切削加工鈦合金最理想的刀具，重量輕1）航空發(fā)動機：先進的航空發(fā)動機需要更高的推重比（發(fā)動機產(chǎn)生的推力與其質(zhì)量之比）2）先進的戰(zhàn)技性能要求軍用飛機具有較低的結(jié)構系數(shù)（即機體結(jié)構重量/飛機支持起飛重量）耐高溫1）航空發(fā)動機：風扇、高壓壓氣機盤件和葉片等轉(zhuǎn)動部件，需具備一定耐熱性，鈦在300°C溫度下具有良好抗高溫強度、抗蠕變性和抗氧化性能2）飛機：在飛機高溫部位（如后機身）可取代無法高溫工作的鋁合金3）導彈：新一代的巡航導彈飛行速度由過去0.8馬赫提高到3.5馬赫甚至更高，導彈表面溫度高高抗蝕性和長壽命鈦合金具有較高的疲勞壽命和優(yōu)良耐腐蝕性能，滿足先進飛機、發(fā)動機高可靠性和長壽命的要求，同時保障導彈戰(zhàn)斗部裝藥不被腐蝕高速鋼刀具造價低、用途廣泛，但耐熱性較差，通過對高速鋼刀具加入元素Co可以提升高速刀具的耐磨損度，導熱性也有所提升，可以對鈦合金進行加工；但由于刀具本身的條件限制，只能進行鈦合金的粗加工，無法做到精細加工。硬質(zhì)合金一般分為YG類合金和YT類合金，對于加工鈦合金來說，YG類相對合適，而YT類硬質(zhì)合金與鈦合金發(fā)生劇烈的親和作用，會發(fā)生刀具粘結(jié)現(xiàn)象，增加刀具磨損，鈦合金成品表面質(zhì)量也會降低。使用金剛石、氮化硼超硬材料對硬質(zhì)合金刀具表面鍍層后能進一步提升硬質(zhì)合金的耐用性和切削速度，是較好的鈦合金加工刀具；從切削精細度以及耐用性來說，直接由金剛石或氮化硼制成的超硬刀具是切削加工鈦合金最理想的刀具，但由于價格較涂層硬質(zhì)合金昂貴，在化工、冶金等大部分領域使用相對受限，而在航天航空、船舶等相對高端且對零部件加工精度有超高要求的領域，如航空發(fā)動機葉片葉輪等型面精加工以及盤環(huán)類零件精加工，超硬刀具是最好的選擇。來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會、金屬加工雜志社、頭豹研5?2023LeadLeo中游為超硬刀具制造商下游應用 %28%26%2100%.4%5%8%7.2%3%5%6%5.6%2%5%8.2%從中國刀具客戶調(diào)查報告看，硬質(zhì)合金刀具占有絕對市場份額，而超硬刀具占比整體而言成上升趨勢。中國刀具材料應用占比，2008-2022年64%63.1%硬質(zhì)合金高速鋼立方氮化硼金剛石陶瓷第二屆（2008年）中游為超硬刀具制造商下游應用 %28%26%2100%.4%5%8%7.2%3%5%6%5.6%2%5%8.2%從中國刀具客戶調(diào)查報告看，硬質(zhì)合金刀具占有絕對市場份額，而超硬刀具占比整體而言成上升趨勢。中國刀具材料應用占比，2008-2022年64%63.1%硬質(zhì)合金高速鋼立方氮化硼金剛石陶瓷第二屆（2008年）第三屆（2014年）第四屆（2019年）第五屆（2022年）醫(yī)療器械,2.1%農(nóng)業(yè)機械,3C,1.0%2.9%傳統(tǒng)汽車、摩托車,20.8%通用機械,14.1%工程機械,機動車通用器械機床工具工程機械航天航空新能源汽車中國刀具下游應用領域中，來自傳統(tǒng)汽車/摩托車的代表占比依舊最大，為20.8%，通用機械行業(yè)代表占比14.1%，機床工具行業(yè)占比12.4%，航空航天領域代表占比有較大提升，為9.9%，新能源汽車領域代表占比6.6%，此外還有來自模具、軌道交通、醫(yī)療器械、農(nóng)業(yè)機械、發(fā)電設備及3C領域代表，共計占比35%左右，這些行業(yè)是刀具的使用大發(fā)電設備,3.2%軌道交通,3.6%其他,3.8%軍工,3.8%新能源汽車,6.6%航天航空,9.9%機床工具,9.4%12.4%金剛石材料/復合片、立方氮化硼材料/復合片、大尺寸單晶金剛石上游主要為超硬材料/設備制造商上游主要為超硬材料/設備制造商金剛石/金剛石復合片立方氮化硼/立方氮化硼復合片基體、砂輪等大尺寸單晶金剛石超硬材料設備23.4%7.9%59.2%9.5%23.4%7.9%59.2%9.5%金剛石/金剛石復合片金剛石/金剛石復合片立方氮化硼/復合片大尺寸單晶金剛石超硬材料基體砂輪其他來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會、金屬加工雜志社、各企業(yè)官網(wǎng)、頭豹研6?2023LeadLeo中國刀具進口額（包含中國生產(chǎn)并銷售的國外品牌）總規(guī)模從2021年的138億瑞典山特維克集團820.4305.0亞洲155.910.6中國刀具進口額（包含中國生產(chǎn)并銷售的國外品牌）總規(guī)模從2021年的138億瑞典山特維克集團820.4305.0亞洲155.910.6美國肯納金屬公司139.985.514.82.8日本住友電器工業(yè)株式會社2056.5-323.668.8日本京瓷株式會社1040.0-亞太279.148.4日本三星鉆石工業(yè)株式會社42.6---韓國新韓金剛石工業(yè)株式會社----元人民幣下降至2022年的126億人民幣，國有化率逐步提升、刀具進口額呈逐年下降趨勢；然而國外企業(yè)起步較早，山特維克集團、肯納金屬集團等國際領先的刀具企業(yè)憑借其豐富的產(chǎn)品種類（產(chǎn)品覆蓋高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷及超硬材料）、對客戶需求的深度理解、較高的研發(fā)實力為用戶企業(yè)提供個性化的切削加工整體解決方案，在高端定制化始終占據(jù)著主導地位；中國刀具企業(yè)數(shù)量眾多，競爭實力懸殊，大部分以生產(chǎn)傳統(tǒng)刀具為主，并且刀具產(chǎn)品品種較為單一，主要通過差異化的產(chǎn)品策略和價格優(yōu)勢，贏得中低端市場份額。中國超硬刀具主要上市企業(yè)包括沃爾德、威硬工具、富耐克、黃河旋風、博愛股份、奔朗新材和四方達等，非上市企業(yè)包括鄭鉆石精密、化菱超硬、中天超硬、和海明潤等。整體營收規(guī)模相較國際企業(yè)差距較大。】營收（超硬刀具相關*）研發(fā)費用產(chǎn)品名稱毛利威硬工具各類金剛石、立方氮化硼刀具（金剛石銑刀、可轉(zhuǎn)位刀片、復合刀片等）40.6%0.07富耐克1.383.3843%0.19黃河旋風超硬材料及制品、超硬復合材料及制品、金剛石線鋸、金剛石微粉等0.1720.130.7%0.76沃爾德各類超硬材料（PCD/PCBN）刀具（PCD/PCBN數(shù)控刀片、標準刀片、焊接式小鏜刀等）3.24.146.2%0.33博深股份金剛石磨盤、焊接金剛石磨盤、金剛石平磨片、金剛石刀具等0.2714.520.8%0.55奔朗新材各類金剛石工具、金剛石鉆頭、金剛石立方氮化硼磨具等%0.33四方達超硬材料（金剛石復合片、聚晶晶剛石拉絲模芯）、PCD/CBN超硬刀具等5.155.6%0.64中國超硬刀具主要海外廠商，2022年/2023財年海外廠商海外廠商2022年中國超硬刀具主要中國廠商，2022年中國廠商中國廠商）；74.4%4.4%2.5%1沃爾德氣泡大?。轰N售毛利率四方達博深股份沃爾德威硬工具富耐克X軸：超硬刀具相關營收*黃河旋風奔朗新材Y軸：研發(fā)實力98765432100.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.73.23.33.43.53.63.7中國超硬刀具行業(yè)市場較為分散。2022年中國國產(chǎn)刀具產(chǎn)銷總規(guī)模為570億元，其中超硬刀具市場規(guī)模為73億元，占整體刀具行業(yè)的12.8%。7家上市企業(yè)超硬刀具相關營收總量占中國超硬刀具市場的11.3%，沃爾德、四方達、富耐克和威硬工具四家企業(yè)市占率超過了1%，分別為4.4%、2.5%、1.9%和1.6%。梯隊分布情況：沃爾德、四方達2022年超硬刀具市占率分別為4.4%和2.5%位列第一梯隊；富耐克、威硬工具市占率分別為1.9%和1.6%位于第二梯隊；博深股份、奔朗新材及黃河旋風超硬刀具產(chǎn)品營收占比較小、位于第三梯隊。梯隊形成原因：（1）全球市場營銷布局，海外業(yè)務加速發(fā)展；受宏觀因素影響，中國中低端刀具如低合金高速鋼鉆頭出口份額部分被東南亞、印度、土耳其等國家取代，而中高端刀具出口額則逐年上升，出口成為中高端刀具不可忽略的增長因素之一，2022年中國刀具出口份額為232億元，提升3%；沃爾德和四方達通過海外分公司推動海外業(yè)務發(fā)展，沃爾德2022年港澳臺及海外營收9,171.2萬元，提升7.6%；四方達2022年海外營收2.4億元，提升33.2%，海外營收占總營收47.1%。（2）技術壁壘。生產(chǎn)立方氮化硼磨料及刀具需要專業(yè)化設備，通常包括研發(fā)設備、測試設備及生產(chǎn)加工設備，其中生產(chǎn)加工設備如六面頂壓機、精密磨床等均為大型精密設備，投資規(guī)模大、設備技術水平高。（3）產(chǎn)業(yè)鏈上游延伸程度。超硬材料占超硬刀具生產(chǎn)成本比例較大，上游材料布局有助降低生產(chǎn)成本，超硬刀具廠商均有金剛石及立方氮化硼相應產(chǎn)能布局，黃河旋風、朗奔新材及博深股份是中國超硬材料主要供應商，超硬刀具制造為三家企業(yè)主營業(yè)務下游應用延伸，目前超硬刀具相關業(yè)務占比較小，但潛力較大。8海外廠商12.00中國汽車零部件營業(yè)收入海外廠商12.00372.0406.7388.0372.0406.7337.4357.6337.4357.6 10.5%15.8% 1.5%-13.0%363.1321.24.3%6.0%2015201620172018201920202021營業(yè)收入增速汽車是超硬刀具重要的應用領域，主要用于對汽車發(fā)動機、變速器、制動盤等核心零部件的切削加工。此外，隨著汽車輕量化的普及，鋁合金作為最理想的汽車輕量化材料，預計車輛零部件用鋁量將繼續(xù)提升、工信部《節(jié)能與新能源技術路線圖》提出，中國2025年和2030年單車用鋁量目標為250千克/輛和350千克/輛。電動車進一步催生了鋁合金壓鑄“新賽道”，相較于傳統(tǒng)燃油車、電動車的電池包、電驅(qū)動和電控系統(tǒng)取代了原有的燃油發(fā)動機，導致整車重量額外增加200-300千克，因此三電殼體的輕量化和一體化壓鑄成為減重首選。直至2021年，中國汽車零部件營業(yè)收入已達406.7百億元。來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會、金屬加工雜志社、頭豹研中國商業(yè)航天市場規(guī)模126.322.6%22.6%24.9%23.5%10222.0%23.8583.667.7%37.62015201620172018201920202021中國商業(yè)航天市場規(guī)模增速中國航天航空發(fā)展迅速，以商業(yè)航天為例，2015-2021年中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)保持22.4%的平均復合增長率，2021年達126百億元。同時，鈦合金、高溫合金、碳纖維復合材料等難加工材料在發(fā)動機、發(fā)動機燃燒室、渦輪等部位廣泛應用。超硬刀具憑借刀具壽命、加工精度及穩(wěn)定性優(yōu)勢打開航天航空領域市場。發(fā)動機葉片葉輪等型面精加工以及盤環(huán)類零件精加工，均要求刀具尺寸公差和跳動精度非常高，其次如航天航空發(fā)動機部分盤環(huán)類零件加工，考慮加工周期及刀具與機床的適配性，中間不允許存在換刀現(xiàn)象，因此對刀具使用壽命要求極高；因此綜合考慮下，穩(wěn)定性強、精度高、壽命長的超硬刀具是最好的選擇。型號說明圖片小米14Pro裝備了48顆鈦合金螺絲，其強度達到了普通鋼材的2倍以上，密度是常規(guī)不銹鋼的60%OppoFindN3采用航天級99%高純鈦和高強鋁合金材料榮耀MagicV2鉸鏈的軸蓋部分首次采用鈦合金3D打印工藝iPhone15Pro/ProMax在機身材質(zhì)上邊框部分首次采用鈦合金，使其成為最輕Pro機型鈦合金材料在3C消費電子的應用越來越多。鈦合金的強度高于不銹鋼，重量卻只有不銹鋼的一半，同時在硬度、耐疲勞度、環(huán)保性也強于不銹鋼、鋼鋁復合壓鑄材料，各手機廠也紛紛推出由鈦合金打造零部件的手機產(chǎn)品。如小米的Xiaomi14Pro、OppoFindN3、榮耀MagicV2以及蘋果的iphone15Pro/ProMax。鈦合金的加工難度提升3C消費電子對超硬刀具的需求。雖然鈦合金具備眾多優(yōu)勢，但加工難度高是其短板，鈦合金手機中框整體良率僅有30%-40%，且加工時長更長，PCD刀具的輪廓刀、倒角刀、銑刀在鈦合金產(chǎn)品外殼加工上具備很好的應用，產(chǎn)品可以一次成型，提高了加工效率和最終良率，同時保證了產(chǎn)品的表面光潔度。9?2023LeadLeo機遇》0機遇》0中國超硬刀具2022年市場規(guī)模為73億元，2018-2022年間中國超硬刀具市場規(guī)模CAGR為12.7%，預測到中國超硬刀具2022年市場規(guī)模為73億元，2018-2022年間中國超硬刀具市場規(guī)模CAGR為12.7%，預測到2027年，中國超硬刀具市場規(guī)模將增至88.1億元，2022-2027年CAGR為3.8%。（一）過去中國超硬刀具市場規(guī)模增長原因：1）工業(yè)發(fā)展拉動機床及機床工具需求。根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018-2022年中國整體刀具產(chǎn)銷總規(guī)模（內(nèi)銷加進口）由453億元增至570億元，CAGR為5.9%。2）超硬材料刀具占比提升。根據(jù)第三屆至第五屆切削刀具用戶調(diào)查報告顯示，中國立方氮化硼刀具占比由5%提升至7.2%，金剛石刀具由5%提升至5.6%，數(shù)控機床的發(fā)展使高速鋼市場份額逐步被超硬刀具及硬質(zhì)合金刀具吞噬。（二）未來中國整體刀具市場增速將有所減緩，而超硬刀具增長將優(yōu)于整體刀具市場，中國超硬刀具市場規(guī)模增長驅(qū)動因素：1）工件加工材料結(jié)構變化增加超硬刀具市場份額。分析第三節(jié)至第五屆切削刀具用戶調(diào)查報告，耐熱鋼/鈦合金、鋁（鎂）合