金属行业深度报告：人造金刚石与培育钻石市场快速发展带动顶锤需求释放

件。顶锤是合成压机内部的重要耗材，合成压机是生产金刚石单晶和培育钻石的软雅黑，深灰色（红76/绿77/蓝79），缩进左核心装备。由于顶锤要承受复杂苛刻的压缩、剪切、拉伸应力的作用，加上加热行、段后0行，行距为固定值15磅。 时瞬时锤面温度达500～600℃，要求近万次反复使用寿命，因此顶锤大多采用钨钻系列硬质合金制成，具有硬度高、刚性好、强度高、耐热优良的特性。 分析要点小标题。分析要点首句为本段观点号。格式为微软雅黑10号，红色（红192/绿0 大型化和精密化是硬质合金顶锤的发展趋势。扩大顶压机腔体不仅能提高产正文要求一致，无特殊格式。 量，更能带来产品质量的提升，中国六面顶压机大型化和精密化成为技术创新的重点，六面顶压机缸径从550mm扩大为850mm，甚至1100mm。压机大型 整体写作要求。首页撰写应简明扼要、层次写，而应该突出公司的核心看点，逐条分析，并论相呼应。多使用定量分析来支撑研究结论，避分析师邱祖学 化带动顶锤大型化发展，为超大规格顶锤（直径≥185mm）的应用创造了良好的机遇。 投资建议：必须包含公司盈利预测、估值水且应逻辑自洽，并体现专业审慎的精神。 执业证书：S0100521120001邮箱： 中钨高新旗下株洲硬质合金集团有限公司，厦门钨业旗下洛阳金鹭硬质合金工具有限公司是生产顶锤的主要企业。株洲硬质合金集团有限公司主要生产碳化钨粉、钨钼制品、棒型材等各种硬质合金产品，现有硬质合金深加工产能700吨（轧辊500吨，顶锤200吨），2020年实际产量634吨。洛阳金鹭硬质合金大制品（包括顶锤、辊环）2019年产能为1000吨，生产的顶锤产品以优良细颗粒WC为原料，具有粉末粒度分布集中、杂质含量少、合金抗压强度高等优势，综合指标处于世界先进水平。 qiuzuxue@mszq.com 风险提示：必须包含风险提示，并应有针对分析师张航 执业证书：S0100522080002邮箱： zhanghang@mszq.com 分析师 张建业 执业证书：S0100522080006邮箱： zhangjianye@mszq.com 人造金刚石与培育钻石市场快速发展带动顶锤需求释放。2020年中国人造金刚石年产量突破200亿克拉，占据全球总产量90%以上。随着航空航天等领域对于以工业金刚石为原料的PCD刀具和微钻等需求的不断增加，叠加先进制造领域中的光伏新能源和第三代半导体规模化应用孕育新兴需求，工业用金刚石需求旺盛，预计2021-2025年中国人造金刚石产量CAGR达到13%。此外，随着消费者对培育钻石认知程度的改变以及培育钻石合成技术提升推动培育钻石市场规模快速扩大，预计2021-2025年中国培育钻石产量CAGR达到27.25%。 研究助理孙二春 执业证书：S0100121120036邮箱： sunerchun@mszq.com 相关研究 1.有色金属周报20221204：联储加息预期放缓，国内需求政策发力商品价格可期-2022/1 2/04 测算2025年人造金刚石及培育钻石领域消耗顶锤2940.3吨，2021-2025年CAGR达到10.1%。随着压机大型化及顶锤直径的加大，高温高压法生产人造金刚石锤耗有所下滑，截至2015年，万克拉锤耗量在1kg左右。谨慎假设锤耗量在0.9-1kg/万克拉，测算2025年人造金刚石及培育钻石领域消耗顶锤2940.3吨，2021-2025年CAGR达到10.1%。 2.有色金属周报20221126：加息放缓拐点或将来临，商品表现未来可期-2022/11/26 3.有色金属周报20221120：金融+商品属性的共振，商品价格值得期待-2022/11/20 4.有色金属周报20221112：加息压力缓解+需求复苏，金属价格迎来“双击”-2022/11/12 投资建议：受益于人造金刚石及培育钻石领域快速发展，顶锤行业前景广阔。 建议重点关注厦门钨业、中钨高新。 风险提示：原材料价格大幅波动，高温高压法生产人造金刚石发展不及预期。 5.有色金属行业2022Q3总结：2022Q3盈利环比下滑，能源金属表现亮眼-2022/11/0 7 重点公司盈利预测、估值与评级 1顶锤是高温高压法合成人造金刚石等超硬材料的关键部件 1.1顶锤：合成人造金刚石的关键部件 硬质合金顶锤是高温高压法合成人造金刚石等超硬材料的关键部件。顶锤是合成压机内部的重要耗材，合成压机是生产金刚石单晶和培育钻石的核心装备。由于顶锤要承受复杂苛刻的压缩、剪切、拉伸应力的作用，加上加热时瞬时锤面温度达500～600℃，要求近万次反复使用寿命，因此顶锤大多采用钨钻系列硬质合金制成，具有硬度高、刚性好、强度高、耐热优良的特性。随着超硬材料产业的技术升级，工业用大单晶得到广泛应用，叠加培育钻石进入消费领域，形成千亿级珠宝市场，带动超硬材料产业高速发展。为满足大规格超硬材料产品的合成，提高产品质量和生产效率，压机大型化成为超硬材料行业的发展趋势，六面顶压机缸径从550mm扩大为850mm，甚至1100mm。压机大型化带动顶锤大型化发展，为超大规格顶锤（直径≥185mm）的应用创造了良好的机遇。 图1：硬质合金顶锤 图2：超大规格硬质合金顶锤 表1：超大顶锤产品规格型号（单位：mm） 合成压机是生产金刚石单晶和培育钻石的核心装备，硬质合金顶锤是合成压机内部的重要耗材。合成压机的合成腔体可以为金刚石单晶合成创造一个超高温（>1400℃）、超高压（>5GPa）的生长环境，促使活性碳原子生长成稳定的金刚石晶体。我国所采用自主研发的六面顶压机经过不断的研发突破和技术改进，其在压机吨位、油缸结构、油缸直径、整机精度、同步性和控制系统等方面不断提升。 图3：六面顶压机 图4：单晶合成环节简易图 硬质合金顶锤位于产业链中部，以碳化钨为主要原材料。上游硬质合金产品链较长，各环节都有较大的增值空间，下游人造金刚石应用领域广泛，可用于制作金刚石线锯等工业制品和钻戒等轻奢饰品。 图5：硬质合金顶锤产业链 1.2引进硬质合金先进技术，锤耗逐步降低 碳化钨占六面顶压机顶锤质量分数87.5%以上。硬质合金顶锤基本采用WC-Co（8%～10%Co，质量分数）合金或其改进型，在成分上并不十分特殊，但其制备技术大有考究。硬质合金顶锤的工艺流程主要包括压制、烧结、材质鉴定、机加工、外观检测和包装。目前国内顶锤生产企业陆续引进了冷等静压技术、新的湿磨工艺、压制工艺，采用了低压烧结等硬质合金先进技术，对产品制造中的缺陷进行了重点控制，产品质量和稳定性得到很大提高。 表2：硬质合金顶锤化学成分标准 随着压机大型化及硬质合金技术进步，锤耗逐步下降。我国硬质合金顶锤的质量从最早的不足3 kg发展到现今50 kg左右，而且随着顶锤直径的加大，锤耗在逐步下降，这得益于压机大型化的促进，也是硬质合金技术进步的结果。随着对人造金刚石合成设备、原辅材料、合成工艺等方面不断优化设计和有效控制，我国六面顶压机合成人造金刚石技术不断取得突破性进展，逐渐缩小与际先进技术水平的差距，且生产成本明显低于国际水平。大顶锤实际应用效果已达到相当高的水平，金刚石生产锤耗已控制在<1kg /万克拉，最好效果为0.15～0.3kg /万克拉。影响硬质合金顶锤质量的因素主要包括孔隙、碳含量、WC晶粒度、钴相、内应力及加工应力。 表3：顶锤锤耗、尺寸变化情况 表4：硬质合金顶锤物理力学性能、组织结构标准 表5：硬质合金顶锤牌号及性能 在喷雾干燥方面，湿磨+喷雾干燥生产工艺自动化水平高，整个干燥流程都在密闭状态下进行，能对密闭设备的氧含量进行实时监控，从而确保混合料的氧含量在允许范围内，生产出的混合料流动性能好，松装密度稳定，粒度分布均匀，产量大。在压制成型方面，等静压成形是制备大规格尺寸压坯最好的成形方式，它能有效地减少压坯内部孔隙，使烧结后的合金组织结构致密、均匀，从而提高合金的抗断裂强度和使用寿命。在脱蜡烧结方面，脱除成型剂、烧结、热等静压一次完成的工艺，流程短，效率高，人为影响因素少，碳量控制更稳定，结构更均匀。 图6：硬质合金顶锤生产工艺 表6：烧结工艺对YG8孔隙率及性能的影响 2大型化和精密化是硬质合金顶锤的发展趋势 2.1顶锤行业主要企业情况 株洲硬质合金集团有限公司是中钨高新子公司。1954年开始建厂，是国家“一五”期间建设的156项重点工程之一，被誉为“我国硬质合金工业的摇篮”。公司目前是国内最大的硬质合金生产、科研、经营和出口基地，是中国钨业及硬质合金行业的龙头企业。公司主要生产碳化钨粉、钨钼制品、棒型材等各种硬质合金产品，现有硬质合金深加工产能700吨（轧辊500吨，顶锤200吨），2020年实际产量634吨。 表7：株硬公司大制品合金事业部生产情况（单位：吨） 图7：硬质合金国家重点实验室 洛阳金鹭硬质合金工具有限公司为厦门钨业子公司，原为洛阳钼业的全资子公司洛阳钼业集团硬质合金有限公司，主要从事硬面材料、硬质合金顶锤、硬质合金辊环、复合片基体、凿岩工具及工程工具等钨系列产品的生产与销售。公司顶锤产品以优良细颗粒WC为原料，具有粉末粒度分布集中、杂质含量少、合金抗压强度高等优势，综合指标处于世界先进水平。公司采用先进技术和设备，如全自动粉末液压成型机、德国PVA进口低压炉，大制品（包括顶锤、辊环）2019年产能为1000吨，2019年实际年产量为366.31吨。 表8：洛阳金鹭年产4000吨高性能硬质合金制品项目产品方案（单位：吨、件、万支，2019年） 图8：全自动粉末液压成型机 图9：德国PVA进口低压炉 横店东磁是中国电子元件行业协会轮值理事长单位，全国磁性行业的龙头企业。横店东磁硬质合金厂始建于1993年，建有年生产400吨碳化钨粉生产线和200吨顶锤生产线，为东磁股份有限公司的骨干企业。主导产品有钨粉、碳化钨粉、硬质合金，包括高速线材轧辊、顶锤等，为中国兵科院的科研合作单位，产品广泛应用于钢铁、军工、矿山、机械电子、金刚石复合等行业。2021年，横店东磁硬质合金厂已升级为合金材料事业部，该部95千克顶锤的生产技术已十分成熟，产品销量占国内市场份额的90%以上，2021年又研制出了单只120多千克的顶锤，实现了该部顶锤产品出口零的突破。 图10：横店东磁合金材料部 济南市冶金科学研究所有限责任公司是通裕重工的子公司，是我国江北地区最大的硬质合金生产基地之一，主要从事硬质合金及相关产品的研制、生产和销售，年产能1500吨。生产过程以碳化钨、钴粉等为原材料，通过混料、压制、烧结、深加工等工序，生产包括金刚石压机生产用顶锤、棒材、盾构刀具、数控金属切削工具等，产品远销美国、加拿大、意大利、德国、日本、韩国等。 表9：顶锤主要企业情况 2.2大型化和精密化是硬质合金顶锤的发展趋势 顶锤是金刚石制造过程中主要耗材之一。硬质合金顶锤的原材料主要为碳化钨和钴，下游领域主要为人造金刚石。根据力量钻石原材料采购情况，2020年公司采购顶锤金额达到1157.04万元，占采购金额比重13.54%，是人造金刚石生产过程中主要的耗材。2020年力量钻石采购员顶锤单价有所升高，主要原因是合成腔体大型化，导致硬质合金顶锤大型化，顶锤的重量增加，单个顶锤价格上涨。 图11：顶锤在人造金刚石原料成本的占比呈上升趋势 图12：顶锤单价（单位：元/个） 图13：2020年力量钻石原料采购情况 在中国进行金刚石等超硬材料研发中，合成设备进行过多种类型的探索，开始有两面顶、四面顶、六面顶等，后来具有中国特色的六面顶压机挺立潮头。由于扩大腔体不仅能提高产量，更带来质量的提升，压机大型化和精密化成为技术创新的重点，大型化也成为硬质合金顶锤发展趋势，在大单晶、PDC、NPD以及其他材料的高温高压合成领域都有着良好的应用前景。 3人造金刚石与培育钻石市场发展带动顶锤需求释放 3.1顶锤下游需求以人造金刚石和培育钻石为主 金刚石领域是顶锤行业的核心下游需求。顶锤作为静压法构成超高