工具钢行业竞争壁垒高 中国在中高端市场取得了突破

　　一、工具钢行业技术壁垒高

　　1.1 工具钢种类繁多，性能指标严格

　　《论语》说：工欲善其事，必先利其器。工具钢（Toolsteel）制造切削工具、量具、模具和耐磨工具可称为工业之母。一般工具钢具有硬度高、硬度高、耐磨性高、韧性适当等特点，特殊要求包括热处理变形小、耐腐蚀性好、加工性好等。根据不同的化学成分，工具钢分为碳工具钢、合金工具钢和高速钢（本质上是高合金工具钢）；根据用途可分为工具钢和模具钢。

　　(1)碳工具钢:碳工具钢碳含量高，在0.65%~1.35%之间。碳工具钢热处理后，表面硬度和耐磨性高，心脏韧性好；低退火硬度(不超过207)HB），当工作温度达到250时，加工性能好，但红硬度差℃钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到60HRC以下。碳工具钢淬透性低，大工具不能淬透(水淬透直径15mm），水淬时，表面淬火层与中心硬度差异较大，淬火时易变形或开裂。此外，淬火温度范围窄，淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。

　　碳工具钢号T，避免与其它钢混合；钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。T8表示平均碳含量为0.8%；钢号锰含量高*后标出“Mn”，例如T8Mn；*优质碳素工具钢的磷硫含量低于普通优质碳素工具钢，钢号后加注字母A。

　　(2)合金工具钢:指专门添加一些合金元素的钢，以提高工具钢的性能。钨是常用的合金元素（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）、钛（Ti）合金元素总含量一般不超过5%。硬火性、淬火性、耐磨性和韧性均高于碳工具钢。根据用途，大致可分为刀具、模具和量具钢。合金工具钢约占模具钢产量的80%。碳含量高的钢(大于0.80%)多用于制造刀具、量具和冷模，淬火后硬度为60HRC耐磨性足够；碳含量中等的钢(0.35%~0.70%)多用于制造热模，淬火后硬度略低，为50~55HRC，但韧性好。

　　(3)高速工具钢:是一种高合金工具钢，一般指高速钢。碳含量一般在0.70%~1.65%之间，合金元素较多，总量可达10%~25%C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。可作为高速旋转切割工具，具有红硬度高、耐磨性好、强度高等特点Cr，V，W，Mo比例较大。切削温度高达600℃当硬度没有显著降低时。高速钢通常通过电炉和粉末冶金生产，使碳化物以极小的颗粒均匀分布在基体上，从而提高使用寿命。高速钢刀约占国内刀具总量的75%。

　　可分为：

　　①钨高速钢(含钨9%~18%)；

　　②钨钼系高速钢(含钨5%~12%，含钼2%~6%)；

　　③高钼系高速钢(含钨0~2%，含钼5%~10%)；

　　④钒高速钢，一般高速钢含钒量(1%~2%)和高含钒量(2.5%~5%)分为不同含钒量；

　　⑤钴高速钢(含钴5%~10%)。

　　不同用途的高速钢可分为通用型和特殊用途：

　　①一般高速钢：主要用于制造切削硬度≤300HB金属切削工具(如钻头、丝锥、锯条)和精密工具(如滚刀、插齿刀、拉刀)，常用钢号为W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

　　②特殊用途高速钢：钴高速钢和超硬高速钢（硬度68~70）HRC），常用的钢号主要用于制造切割难加工金属（如高温合金、钛合金、高强度钢等）的刀具W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

　　1.2 工具钢工艺长，生产控制要求高

　　工具钢有百年的发展历史。

　　1.2 工具钢工艺长，生产控制要求高

　　工具钢有百年的发展历史。各种工具钢具有高硬度、耐磨性和一定韧性，以及红硬度、抗冲击性、尺寸稳定性、耐热疲劳性和良好的综合力学性能。工具钢的生产工艺主要包括冶炼、铸造、加工和热处理。为了满足不同的要求，采用不同冶金成分的工具钢，并通过适当的变形和热处理工艺来满足其性能要求，因此高性能工具钢的生产具有较高的技术障碍。

　　电弧炉通常用于工具钢冶炼 二次精炼双联法，二次精炼工艺有钢包精炼（LF）、真空处理（VD）、高性能合金工具钢采用电弧炉生产 电渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）方法。工具钢的热处理包括热处理和热变形，分为前热处理和后热处理。变形前的热处理是均匀处理，以减少钢的偏析；变形后的热处理主要是。为提高工具钢的等向性能和使用寿命，采用多向锻造或多向轧制，可避免带状组织的形成或减少带状组织的严重程度。

　　为保证钢锭的质量，广泛采用防止二次氧化的技术，包括气体铸造和真空铸造。国内外一些特殊钢厂为了提高收益率，降低成本，采用连铸生产低合金工具钢。大截面连铸机通常用于大截面模具材料。例如，日本大同特种钢采用二流弧形大方坯连铸机，铸坯尺寸为370mm×380mm，德国蒂森特种钢铁公司的立式二流连铸机截面尺寸为340mm×475mm。

　　以高速钢为例，碳化物经热处理后破碎成颗粒，称为一次碳化物；从基体中沉淀的碳化物称为二次碳化物。碳化物，特别是二次碳化物，对钢的晶粒度和二次硬化性能有很大的影响。碳化物的数量和类型与钢的化学成分有关，碳化物的粒度和分布与钢的变形和热处理工艺有关。

　　除了模具的设计、制造精度、机床和操作条件外，模具的使用寿命、制造精度、质量和表面性能也与模具材料及其热处理工艺密切相关。据有关统计，模具早期故障约占材料选择不当和内部缺陷造成的10%，约占热处理不当造成的50%。

　　二、国产工具钢在中高端市场取得突破

　　工具钢行业竞争壁垒高，主要体现在两个方面：

　　(1)新进入者短期内难以超越先发优势带来的技术壁垒。例如，国外工具钢生产企业长期封锁中国，不断开发新钢种、新品牌，保持技术优势。

　　(2)认证周期长、更换成本高造成的市场障碍。以模具钢为例，一般模具钢的使用寿命约为10万次，使用寿命约为2年。如果客户想验证新模具钢的性能，认证周期需要2年以上，主机厂往往不容易更换模具钢供应商。此外，以汽车为代表的下游高端客户对模具性能要求较高，将指定瑞典、德国、日本等模具钢供应商生产的模具钢。新参与者很难进入上述高端市场。根据行业研究，长城，BYD等国内汽车公司逐渐用国内模具钢代替进口。

　　我国工具钢消费趋高端国产替代市场容量大

　　一、产业升级加快中高端工具钢市场增长

　　1.1 疫情过后，我国模具行业将逐步复苏，产业升级将带动优质模具钢的需求

　　目前，模具钢是用来制造模具的钢种，汽车、家电、电子设备、建材等制造业是我国模具钢需求较大的下游产业。由于全球化和制造业向中国的转移，过去20年中国模具行业主营业务收入的复合增长率约为20%，近10年复合增长率约为10%。由于全球化和制造业向中国的转移，过去20年中国模具行业主营业务收入的复合增长率约为20%，近10年复合增长率约为10%。中国的模具产值占世界的三分之一。随着低端制造业的向外转移和中低端模具市场的日益饱和，国内模具制造业有大规模、精密升级的趋势，对我国模具钢也提出了更高的质量要求。

　　汽车工业是模具和模具钢的消费*大行业约占市场总量的35%；家电行业消费模具钢约占市场总量的20%；电脑、手机、电子设备等电子通信行业约占市场的20%；塑料门窗PVC水管等建材模具每年消耗约15%的模具钢。

　　从模具的销售分类来看，销售比例*大的是注塑模具，占45%；其次，冲压模具占37%，包括冷模具和热模具；铸造模具和其他模具占9%。

　　2018-2020年，受汽车等下游行业周期和疫情影响，2017年中国模具行业市场规模达到历史新高后收缩。但从汽车、家电、电子等行业的增长来看，我国模具行业和模具钢市场仍有增长空间。疫情冲击后，中国汽车家电行业需求拐点即将到来，同时5G在渗透率提高后，电子设备的更新潮将迎来，对模具钢的需求有望逐步回升。

　　汽车行业90%以上的零件都是模具成型的，主要是冷模具钢、塑料模具和热模具钢。冲压模具约占三种模具的一半。一般来说，制造普通汽车需要大约1500个模具，包括近1000个冲压模具和200多个内饰模具。

　　目前，我国汽车产销量与理论峰值仍存在较大差距，传统燃油汽车和新能源汽车数量不断增加。中国的汽车所有权远低于美国和日本，汽车市场容量非常大；在销售方面，美国和日本的日均水平GDP随着国家可支配收入的增长，汽车销量持续增长到400万/亿以上，2019年中国汽车销量为184万/亿，理论上汽车市场至少有两倍的增长空间。

　　由于国内需求和出口的大力推动，我国大型家电产销总体保持增长，小型家电渗透率仍有很大提高空间。80%的家电行业零部件由模具成型和使用*塑料模具钢(代表钢号)大P20和718)。预计未来家电行业将为模具钢需求增长提供有力支撑。

　　60%~80%的电子通信行业零部件依靠模具成型，其中精密冲压模具和精密塑料模具约占模具市场的20%。过去，随着5的发展，中国计算机、通信和电子设备制造业保持了快速扩张。随着渗透率的提高和电子设备更新周期的到来，中国电子设备的生产和销售有望扭转2018年以来的下降趋势。

　　1.2 在工业升级下，对高性能切削材料的需求继续增长

　　自2009年以来，中国刀具行业市场规模达到5.65%。目前，我国切削工具市场主要是普通高速钢刀具。随着制造业转型升级和加工材料机械性能的提高，高性能高速钢、硬合金等先进切削材料的使用和比例不断上升。虽然我国切削工具产量继续下降，但单一产品价值的提高显然是市场持续扩张的重要原因。

　　我国对金属切削机床的需求*汽车是大行业，占45%，其次是机械和军工。据中国机床工具工业协会工具分会统计，2018年会员企业刀具产品总产值117.09亿元，其中高速钢刀具产值54.40亿元，占46.5%。目前，我国刀具产品占高速钢刀具的比重*大品类，但与硬质合金刀具排名第二的比例缩小到2.3个百分点。

　　使用硬合金时，切割速度是高速钢的两倍多，切割工件的表面质量和尺寸精度也大大提高。硬合金刀具在发达国家市场占据主导地位，在我国高速钢刀具和硬合金刀具共同主导市场。根据国际生产工程学会(CIRP)据统计，硬质合金刀具占世界刀具消费总额的55%，高速钢刀具占40%，超硬刀具占5%。近20年来，高速钢刀具产值每年下降1.25%，而硬质合金刀具每年下降1.1%。

　　高合金含量的高速钢应用于高精度、高寿命要求等关键领域，但传统工艺生产的高合金含量组织存在严重的偏析缺陷和粗碳化物组织，影响断裂韧性。高合金工具钢具有颗粒小、组织均匀、宏观偏析小等特点，具有良好的市场前景。粉末冶金高速钢刀具的性能优于普通高速钢，硬质合金刀具可在冲击负荷大的切削场合替代。预计市场规模复合增长率将超过10%。

　　粉末冶金法首先采用雾化法制备低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷热静压机压实粉末

　　钢坯，然后锻造，轧制成材料。粉末高速工具钢碳化物小，分布均匀，韧性好，可磨性好，尺寸稳定性好，合金元素含量高。

　　高性能高速钢和粉末冶金高速钢的应用比例呈上升趋势，发达国家高性能高速钢的应用比例达到30%以上，粉末冶金高速钢的应用比例达到20%左右。粉末冶金高速钢组织小，其强度和韧性是熔炼高速钢的两倍和两倍.5~3倍。目前，全球粉末冶金高速钢年产量超过10%，美国粉末冶金高速钢年产量超过15%。我国高性能高速钢的应用比例仅为10%左右，粉末冶金高速钢的应用比例较低。

　　高速钢冶炼工艺复杂，制造成本高，喷射成型制备工艺少，成本低，但产品质量差于粉冶金。世界上少数发达国家的7家企业主要生产粉末冶金高速钢，总产能约2.4万吨。目前，我国高速钢刀具市场规模的20%将超过10亿元。

　　二、工具钢国产替代市场容量大

　　2.1 我国模具行业竞争力提升，国内高端模具钢替代市场容量大

　　国产模具钢性价比高，高端市场国产替代空间大。由于我国模具制造技术的整体进步，模具在国际采购中具有成本效益优势，我国模具在国际贸易模式中占有越来越重要的地位，出口额已达到我国模具行业主营业务收入的15%。近五年来，我国进口模具的定位取代相对顺利，模具进口量持续下降，模具出口持续增长。目前，我国中高端模具仍依赖进口，模具进口市场规模约为20亿美元。

　　从进出口市场规模来看，2015-2019年中国模具出口额从50.82亿美元增加到62.46亿美元，累计增长22.9%，出口市场年均增长2.91亿美元；同期模具进口额从24.85亿美元降至19.39亿美元，累计降至22.0%，年均降至1.37亿美元。

　　塑料橡胶模具和冲压模具分别占62.27%和19.30%，进口占44.96%和40.92%。根据我国行业研究，我国对大型塑料模具、超热模具等高端产品的进口依赖性较大，主要是因为上述大型产品对组织和性能均匀性的控制要求较高。

　　国内模具钢具有无与伦比的交货时间和成本优势。对于规格相同的产品，国产模具钢的价格仅为国外的1/3。近年来，国内钢厂不断引进先进的冶炼设备，生产工艺和技术取得了长足的进步。部分高端模具钢质量已达到欧洲标准模具钢等级标准，质量等级可与进口模具钢媲美。

　　随着我国制造业的转型升级和模具行业的不断发展，国内市场处于中间地位*对模具的需求越来越大。与国际先进水平相比，我国模具钢在品种、质量、尺寸、规格、使用性能等方面存在差距，不能满足高端市场的需求。根据我国市场调研数据，我国每年需要进口约10万吨高端模具钢，主要是精密、长寿命的模具钢，占整个高端模具钢市场的80%以上。进口模具钢的价格是国内同类产品的几倍。

　　H以模具钢为例，国外模具钢在成分、组织、性能等方面采用了更多的单项指标H13的控制指标*中国只有多达8项标准和3项标准。一般国产H13钢压铸模具的使用寿命为3万~5万模次，进口优质H压铸模具的使用寿命可达20万次。电炉在国外广泛应用于生产工艺 炉外精炼，对纯度要求较高的大部分采用电渣重熔，大截面锻压模块和大型钢多采用真空处理。

　　大同、日立金属、德国葛利兹和瑞典是中国模具钢进口的主要来源ASSAB、美国芬可乐等。进口模具钢品牌进口模具钢品牌NAK80、SKD61、DC53、SKD11等，瑞典S136、8407、DIEVAR、XW-41等，德国1.2083、1.2344、1.2379，美国牌号H13、D2等。进口模具钢的规格主要是大尺寸锻造模块(250~800mm×600~1200mm）大型模具扁钢(30~30000mm×400~1500mm）。

　　我国高端模具行业长期依靠进口材料支持其发展，实际上提高了模具行业特别是高端模具行业供应链的风险因素。政治局会议提出提高国内大循环的主要地位，维护产业链供应链的安全稳定，弥补关键环节。为了提高我国模具行业的安全因素，支持我国模具行业的健康稳定发展，我国迫切需要改善高端模具钢几乎依赖进口的局面。我国模具钢行业要补短板和作业：

　　(1)高端化:加强新产品开发，提高模具钢性能，促进品种规格多样化、产品化；

　　(2)专业化:形成专业模具钢生产；

　　(3)品牌化:以质量树立模具钢品牌。

　　2.2 我国高端刀具进口替代市场规模达到100亿元

　　中国进口刀具的市场规模仍在增长。近10年来，进口刀具占国内市场份额从15%增加到30%，进口市场规模达到148亿。由于制造业转型升级对高性能工具需求的增加，我国进口的高端工具产品主要包括硬合金产品。除硬合金外，进口工具的单价远高于国内工具，高端工具的进口额超过40亿元。

　　根据中国机床工具工业协会工具分会的统计分析，2018年中国刀具市场总消费规模达到421亿元，创历史*高记录，同比增长8.5%。国产刀具约273亿元，占65%；进口刀具(含海外品牌)148亿元，占35%。

　　从过去中国切削工具进出口的单价来看，中国切削工具进口的单价远高于出口，进口切削工具的价格从2007年18675美元/吨上升到2012年98931美元/吨。

　　进口工具前三名为金工机械刀片、其他材料工作部件、其他金工机械刀片、其他金工机械刀片；2019年，钻孔工具、其他铣削工具和攻丝工具分别为18.64亿和13亿.61亿元，9.12亿元。

　　高性能工具钢是我国战略性新兴产业

　　作为工业之母，高性能工具钢是现代工业的基础。汽车、机械、航空航天、军工等现代装备制造业是我国未来发展和布局的重点支柱产业。高性能工模钢作为不可缺少的基础材料，也得到了国家产业政策的大力支持，成为我国战略性新兴产业。

　　2016年11月，国务院发布了《十三五国家战略性新兴产业发展规划》12月，工信部等部委联合发布了《新材料产业发展指南》

　　国家统计局《战略性新兴产业分类(2018)》详细完善了新材料产业目录*新材料行业目录中包括先进钢材等7个领域的39种先进钢材，增加了高性能轴承钢加工、高性能弹簧钢加工、高性能齿轮钢加工、高性能模具钢加工、高科技船舶钢加工、高强度汽车冷轧板加工等。

　　市场竞争格局层次分明 高端化和专业化是增长的主线

　　一、国有钢厂控制高端市场，优质民营企业在中低端市场崭露头角

　　过去，我国合金工具钢生产企业主要是东北特钢、宝钢特钢、长城特钢等传统国有钢厂，具有先进的特殊冶炼设备和技术优势，上述钢厂逐渐在国内高端工具钢市场形成了品牌效应，并以高质量获得了越来越广泛的市场基础。中国低端工具钢市场相对饱和，竞争更加激烈。中国低端工具钢市场相对饱和，竞争更加激烈。以天宫国际和大多数特殊材料为代表的民营钢铁企业，以灵活、高效的管理体系、专业、低成本的竞争优势迅速增长。

　　据Mysteel据统计，2019年，我国模具钢生产企业61家，生产线85条，总产能约225.6万吨，其中塑料模具钢、冷模具钢、热模具钢的比例约为5:3:2；根据我国行业研究数据，我国模具钢年需求量约为120万吨，模具钢生产线产能利用率约为50%，总体而言不高。

　　2017-2019年，我国重点优特钢企业模具钢总产量从42.5万吨下降到32.0万吨，累计下降24.7%。目前，天宫国际、东北特钢(含抚顺特钢、大连特钢)、宝武特冶(原宝钢特钢)、长城特钢、齐鲁特钢等。目前，我国每年仍需进口约10万吨高端模具钢产品。与龙头企业的产能相比，进口替代空间仍然很大。

　　20世纪90年代末，大连特钢、重庆特钢、宝钢特钢等国有综合特钢厂调整产品结构，逐步放弃高速钢铁市场。天宫国际、河冶科技、江苏精工等专业厂家已成为高速钢铁生产的主力军。目前国内市场高性能高速钢生产能力较弱。天宫国际和河冶科技是唯一能生产粉末冶金高速钢的企业。其中，天宫国际在国内粉末冶金高速钢市场占80%以上。

　　二、高端化、专业化是工具钢行业优质增长的主线

　　工具钢生产的高端和专业化是先发国家产业发展的重要趋势，可以提高产品质量、成本和竞争力。在我国工具钢市场低迷时期，具有高端、专业优势的合金工具钢生产企业的市场份额增加，呈现马太效应。以模具钢为例。2018年，我国重点特钢企业模具钢产量同比下降25.6%。与此同时，以天宫国际为代表的专业工具钢生产企业市场份额逆势上升，公司市场份额从20%上升到28.2%。同时，全国重点优秀特钢企业模具钢CR从67.1%增加到85.1%。

　　由于合金工具钢生产品种多、批量小，合金工具钢生产可共享专用冶金设备，实现专业生产，降低工艺成本；为适应全球竞争趋势，世界先进的模具钢生产企业不断形成具有全球竞争力的模具生产、研发中心和国际品牌。

　　目前，发达国家只有1~2家专业生产模具钢，产量往往占全国的60%~80%，如瑞典乌德霍姆、奥地利百乐、美国钒合金钢等（Vasco）、日本日立金属公司等。目前，我国模具钢已分散了数十家特种钢企业，产业集中度仍有待提高，未来将逐步向专业化和品牌化方向发展。

　　三、产业链中行业的地位还可以，保证企业的盈利能力

　　与普通钢相比，作为产业链中游的工具钢制造商，其销售利润率相当于下游工具模具制造商。主要原因如下：

　　（1）我国合金工具钢行业供应相对集中，特别是中高端工具钢，需求相对分散，工具钢制造商具有较强的议价能力和成本转移能力；

　　(2)原材料占工具钢成品成本的比例较低，下游对工具钢原材料价格的容忍度还可以，例如，模具钢的成本仅占模具销售价格的20%~30%。

　　我国共有模具生产企业(工厂、点)约3万家，大多数模具企业规模小，行业集中度低。

　　我国模具生产企业（工厂、点）约3万家，大多数模具企业规模小，行业集中度低。据统计，2014年模具产值超过1000万元的生产企业71家，1亿元以上的生产企业25家。据报道Mysteel据统计，我国模具钢生产企业约60家，我国重点优特钢企业模具钢CR5到80%左右。当2018年以钒为代表的合金元素价格大幅上涨时，模具钢制造商有能力将成本上涨转移给客户，以确保高销售毛利率。

　　我国模具钢生产企业高度集中在华东、华中、东北三个地区，其中华中、华东、华北共有17家、16家、11家。华东产能占近一半，其次是华中和东北。中国对模具钢的需求主要集中在华东、华南和华北，约占全国50%~55%，包括浙江宁波、台州、江苏昆山和上海嘉定；广东也是中国*主要的模具市场和*来自广东的大型模具出口省，全国模具产值超过35%。

　　合金工具钢不同于以铁矿石和煤焦为主要原料的普通钢Cr、Mo、V、W以13模具钢为例，合金元素占原材料成本的很大比例。我们估计目前

　　Cr、Mo、V原材料成本约占70%，废钢仅占30%。从原材料供应模式来看，合金工具钢制造商能够避免黑色产业链铁矿石的利润陷阱是其保持高利润水平的重要原因之一。

　　投资策略:拥抱工具钢行业优质增长和国内替代红利

　　工具钢是工业之母。随着后疫情时代需求的修复和我国制造业的转型升级，工具钢行业的发展将逐步由量向质量升级转变。高端专业化是工具钢行业优质增长的主线。随着我国工具钢行业供应能力的不断提高，保持产业链供应链安全稳定的高性价比优势和发展过程。