刀具行业深度报告：高端市场逐步突破，行业成长潜力巨大

刀具是“工业牙齿”，硬质合金刀具占据主要市场：刀具是在机械制造中用于切削加工的工具，也被称为切削工具。切削加工占整个机械加工工作量的90%，高效刀具可以提高加工效率，因此被称为“工业牙齿”。根据QY Reasearch报告2017年全球切削刀具消耗量约为340亿美元，预计2022年全球消耗量可达到389.84亿美元，2021年我国刀具消费总额达到了477亿元。传统刀具的加工效率和加工精度较低，将逐步被可转位刀具和整体刀具替换，硬质合金依靠较强的综合性能占据全球切削刀具市场的63%，而高速钢刀具是第二大品类。硬质合金刀具的上游为碳化钨粉和钴粉制造商，碳化钨粉是最主要的原材料，行业中游是刀具制造商，行业下游为刀具应用，主要包括通用机械、汽车、航空航天、模具等行业。 欧美日韩占据国内高端市场，数控刀片国产化率仅30%左右：国内刀具分为三大梯队，第一梯队是欧美企业，包括山特维克集团、IMC集团、肯纳金属集团等，欧美企业在高端市场具有领导地位，尤其是航空航天、军工领域。 第二梯队是日韩企业，包括日本三菱、日本泰珂洛、日本京瓷、韩国特固克等，日韩企业产品性能高于国内品牌。第三梯队是国内制造商，包括株洲钻石、欧科亿、华锐精密等。2021年，我国刀具进口规模约为138亿元，均为中高端刀具产品，而国内数控刀片国产率仅30%左右，因此国内刀具行业的国产化替代空间巨大。 海外企业成本高企促进国产化替代，国内刀具潜在市场或达千亿：欧洲能源危机给欧洲制造企业成本控制带来较大压力，欧洲天然气价格从2019年的5美元/百万英热单位以内增长到2021年的40美元/百万英热单位以上，叠加通货膨胀加剧，新冠疫情导致人工成本、物流成本上涨，海外刀具企业进行了多轮提价，提价幅度基本超过10%，以此抵消成本上涨。相对国外企业，国内刀具企业提价频率和幅度更小，性价比优势更加明显。国内优势刀具企业纷纷上市，进一步扩充产能，拓展新的产品线，为刀具国产化替代奠定更坚实的基础。2020年我国刀具消费占机床消费比例为29%，全球发达国家刀具占机床消费额的50%左右，我国刀具消费水平仍然处于较低水平，如果按照50%左右的消费占比计算，2021年我国理论刀具消费额高达963.5亿元，应有486.5亿元左右的新增市场空间，刀具的成长空间巨大。 投资建议：海外刀具企业进行了多轮提价，国内刀具企业性价比优势更加明显，国产化替代有望加速。建议关注国内优质硬质合金数控刀具制造商中钨高新、华锐精密、欧科亿、新锐股份、鼎泰高科，国内超硬刀具制造商沃尔德，国内工具钢刀具制造商恒锋工具、天工国际。 风险提示：制造业恢复不及预期；国内疫情反复；行业竞争加剧。 表1：重点公司投资评级: 1刀具是“工业牙齿”，我国已拥有完整产业链 1.1刀具是制造业加工的基础部件，硬质合金刀具占比逐渐提升 刀具是机械制造的重要工具，全球市场规模接近400亿美元。刀具是在机械制造中用于切削加工的工具，也被称为切削工具。切削加工占整个机械加工工作量的90%，并且高效先进刀具可以明显提高加工效率，可以降低10%~15%的生产成本，因此刀具在机械加工中占有重要地位，也被称为“工业牙齿”。根据QYReasearch报告2017年全球切削刀具消耗量约为340亿美元，预计2022年全球消耗量可达到389.84亿美元。从我国市场上看，2021年我国刀具消费总额达到了477亿元。 图1.中国刀具市场规模（亿元） 根据加工方式的不同，刀具可以分为车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具等，可适用于不同类别的机床。刀具按工件加工表面的形式可分为五类，加工各种外表面的刀具、孔加工刀具、螺纹加工刀具、刨削刀具、切断刀具。 图2.刀具按工件加工表面的形式分类 根据刀具结构的不同，刀具可以分为可转位刀具、整体刀具和传统刀具（焊接刀具等）。可转位刀具是指将能转位使用的多边形刀片用机械方法夹固在刀杆或刀体上的刀具，可转位刀具通常由刀体和刀片构成，其中刀片是直接用于切削加工的部件，属于工业耗材。整体刀具包括孔加工工具、铣削工具等。 图3.硬质合金可转位刀具 图4.整体硬质合金刀具 可转位刀具与整体刀具是主流刀具产品。传统刀具的加工效率和加工精度较低，将逐步被可转位刀具和整体刀具替换。可转位刀具可以通过更换刀片实现切削刃更新，加工效率较高，但是由于刀片需要机械夹固定，刀具直径较大，无法加工小直径的工件。整体刀具的加工直径更加灵活，而且加工精度不会受到刀体的影响，在精加工和超精密加工领域有优势。不过由于整体刀具需通过拆卸重磨方式实现切削刃更新，因此加工效率低于可转位刀具。可转位刀具由于是采用机械装夹的方式来组合，因此可转位刀具的加工精度除了刀片以外，刀体也有较大的影响。刀体可以影响刀片的定位精度、装夹强度，因此刀具与刀片之间的适配性极为重要。高端的数控刀片具有一定的定制性，为了保证刀片的加工性能，数控刀体也需要针对数控刀片进行设计，不过中低端市场通常会使用通用的数控刀体产品。 图5.刀片与刀槽的相互配合示意 图6.多功能铣刀的刀片与刀体 刀具的材料的不同不仅会影响加工精度和表面加工质量，还会影响切削加工效率和生产成本。刀具材料可以分为硬质合金、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、陶瓷、超硬材料（人造金刚石PCD、立方氮化硼CBN等）。从硬度上看，超硬材料、陶瓷、硬质合金、高速钢等硬度逐级下降，而从韧性上看，与之相反。通常硬度高的刀具加工精度也更高，适合半精加工和精加工，韧性好的刀具加工精度较低，适合粗加工，而超硬材料的硬度和耐磨性最好。 图7.刀具按照材料分类 工具钢是较早出现的刀具材料，其硬度、耐磨性、耐热性相对较差，但抗弯强度高，价格便宜易焊接，通常用于具有较强冲击性的中低速切削，典型刀具形态包括钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等。 硬质合金的硬度和韧性居中，其综合性能比较好，耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等好于工具钢，但是不适合冲击性强的加工环境。 超硬材料分为人造金刚石和立方氮化硼，人造金刚石的硬度和耐磨性最高，但是摩擦系数小，不耐高温，高速性能好，适合加工有色金属和非金属材料。 立方氮化硼的硬度仅次于人造金刚石，但耐高温，高速性能好，比较适合高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等难加工材料。 金属陶瓷材料具有硬度高、红硬性好、耐磨性强、化学稳定性好的特点，在金属加工、模具制造、电子工业以及军工等领域具有广阔的应用前景。欧美和日韩企业在金属陶瓷刀片领域具有较强的竞争力。 表1.不同刀具材料的特点刀具材料特点 普通钢的加工需求最大，难切削材料与碳纤维加工量增长明显。刀具加工材料主要包括铝（镁）合金、不锈钢／耐热钢／钛合金等难切削材料、碳纤维复合材料、普通钢及铸铁等，根据《第四届切削刀具用户调查分析报告》，普通钢的加工量最大，占比30%。不锈钢／耐热钢／钛合金等难切削材料、铸铁、镁铝合金、碳纤维复合材料加工量的占比分别为23%、20%、18%和9%。难切削材料和碳纤维加工量占比在第四届调查中有明显提升，分别增长2pct和7pct，传统的普通钢、铸铁等材料加工量占比有所下滑。 图8.不同材料加工量占比 硬质合金刀具占据主要刀具市场，国内硬质合金刀具市场占比逐渐提升。从全球范围来看，硬质合金依靠较强的综合性能占据全球切削刀具市场的63%，而高速钢刀具是第二大品类，占26%的市场，金属陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具市场占比均低于5%。从国内刀具材料变化趋势来看，硬质合金材料的应用占比呈现逐步提升的态势，2008年硬质合金占比约53%，2018年国内硬质合金占比已经达到了64%。 图9.全球切削刀具产品市场结构（2020年） 图10.我国不同刀具材料消费占比（%） 从刀具产值上看，硬质合金市场占比超过50%。根据中国机床工具工业协会数据，2015年我国刀具市场中高速钢刀具产值占比51.45%，是最大的刀具类型，2019年硬质合金刀具产值超过高速钢成为最大的刀具类型，2021年高速钢刀具产值占比下降到41.39%，硬质合金刀具占比为51.06%，硬质合金刀具产值占比超过50%。 硬质合金刀具在数控机床上应用比较广泛，硬质合金刀具产值的提升也反映了我国机床数控化率逐步提升的现象。2021年我国机床数控化率在45%左右，相对于日本等发达国家超过90%的数控化率还有巨大的差距。 图11.我国不同刀具产值占比 图12.我国金属切削机床的数控化率 根据中国机床工具工业协会的统计，硬质合金刀具主要包括有硬质合金刀片、铣削刀具、车削刀具、孔加工刀具等，其中硬质合金刀片的销售份额占54%，铣削刀具占比22%，孔加工刀具占18%，三者合计占94%是主要的硬质合金刀具产品。 图13.2021年中国各类硬质合金刀具销售占比 超硬材料在国内已经广泛应用，我国是超硬材料制造大国。超硬材料不仅可以用于制造切削刀具，还可以作为锯切工具、磨具（包括固结磨具、涂附磨具和松散磨具）、钻探工具、修整工具、拉丝模具、其他工具及不同的功能元器件，在工业中已经广泛应用。超硬刀具在显示屏切割、电子产品壳体加工、航空航天、军工等领域有较好的应用前景。1997年，我国人造金刚石年产量达到了5亿克拉左右，PCBN年产量达800万克拉，是全球超硬材料最大的制造国家。国内主要制造商包括中南钻石、黄河旋风、四方达等，国外主要制造商包括英国元素六、韩国日进集团、美国DI公司。 图14.典型的超硬材料制品及工具（a.刀片b.砂轮c.锯片d.钻头） 超硬刀具市场规模相对较小，金刚石刀具与PCBN体量相近。根据智研咨询数据显示，2020年我国超硬刀具市场规模约53.04亿元，相对于硬质合金和高速钢刀具市场较小，其中金刚石刀具规模22.72亿元，PCBN（立方氮化硼复合片）市场规模30.32亿元。 图15.中国超硬刀具行业细分市场规模（亿元） 1.2刀具上下游产业链与用户痛点 硬质合金刀具的上游为碳化钨粉和钴粉制造商，碳化钨粉和钴粉在原材料中的占比分别为86%、8.9%，碳化钨粉是最主要的原材料。行业中游是刀具制造商，行业下游为刀具应用，主要包括通用机械、汽车、航空航天、模具等行业。从销售模式上看，国内刀具销售主要以经销为主，经销商渠道购买占比42.02%，厂家直销占比31.39%，五金店购买占比17.11%，电商渠道购买占比9.48%。 图16.刀具产业链 图17.刀具的销售渠道 数控刀片的生产流程包括压制成型、烧结成型、深加工、涂层处理等，刀具性能与基体、刀片的结构形状和涂层等息息相关。刀具的基体由两部分组成，其中一部分是硬化物，例如碳化钨和碳化钛等。另一部分是粘结剂，一般是铁族金属，常用的是钴和镍，粘结剂决定硬质合金的韧性，粘结剂含量越高，抗弯强度越大。 图18.数控刀片生产流程 整体刀具的制造通常会经过压制、烧结、无芯磨、外圆磨、段差磨、开槽、开刃、涂层处理等过程，与数控刀片的流程有些许不同，但硬质合金整体刀具的原材料仍然是以碳化钨粉、钴粉为主。 图19.整体刀具生产流程 碳化钨以钨和碳为原料，钨是一种稀有金属，因其硬度高、熔点高等特性广泛应用于通讯电子、机械制造、航空航天、光电、军工等领域。钨属于中国战略性矿产资源，中国钨资源十分丰富，约占世界储量的60%左右，产销量一直稳居世界第一。国内碳化物大型生产厂家包括厦门钨业、中钨高新、江西钨业股份有限公司、章源钨业、世泰科江钨特种钨（赣州）有限公司等。 钴粉是一种小金属资源，具有耐高温、耐腐蚀等特性，是制造高温合金、硬质合金、陶瓷颜料、催化剂、电池的重要原料之一。全球钴储量主要集中分布在刚果（金）、澳大利亚，中国钴资源比较贫乏，仅占世界储量的1%左右，不过我国的钴冶炼工业处于全球领先水平，也是全球第一大精炼钴供应国，2015年我国精炼的钴产量约占全球产量的53.70%。国内钴粉制造商包括洛阳钼业、金川集团股份有限公司等。 图20.全球钴储量分布 图21.全球钨储量分布 刀具下游比较广泛，包括汽车制造行业、模具行业、通用机械、工程机械、能源装备、轨道交通和航