机床刀具行业专题报告：新材料激发新机遇，钛合金刀具行业蓄势待发

——机床刀具行业专题报告 钛合金具有“比强度”高、低密度、抗疲劳性强、耐腐蚀等优异性能。与不锈钢相比，钛合金拥有更低的密度；与铝合金相比，钛合金具有更高的比强度、硬度以及熔点，因此利用钛合金制作的零部件可以兼顾强度、整体重量以及环境适应性之间的平衡。 目前钛合金主要应用于化工及航空航天领域，据中国有色金属工业协会钛锆铪分会信息显示，2023年我国钛材产量预计达到17.7万吨，同比增长15.65%。随着我国工业制造领域对轻量化及高强度的要求持续提高，钛合金的适用范围或将逐步扩大。 3C钛合金应用浪潮已至，产业变化趋势或将延续。智能手机领域，2023年9月苹果公司在发布的iPhone15 Pro及iPhone15 Pro Max系列中采用了钛铝中框架构；10月小米公司发布的小米14 Pro钛金属特别版也采用了钛铝中框架构。智能手表领域，三星Galaxy Watch5 Pro、华为WATCH4 Pro也均采用了钛合金表壳材质。从苹果手机的中框材料更新节奏出发，我们认为手机行业对新结构材料的应用延续性较为确定。目前钛合金在3C领域主要应用于智能手表表壳、智能手机中框、折叠屏手机铰链及轴盖等部位，未来有望在更多产品线中得到应用。 钛合金属于难加工材质，新型刀具需求应运而生。钛金属的导热系数远低于铜、钢以及铝等金属，因此CNC加工环节中产生的热量不会迅速传递而是集聚在切削区域，使刀具的刃口迅速磨损、崩裂或者生成积屑瘤。因此钛合金的CNC加工刀具需要通过优化涂层以及提升产品结构以拥有更强的耐高温属性，其中涂层技术主要依托于技术积累，产品结构提升则依托于产品设计能力以及优质刀具磨床。国内刀具厂商可通过积极开发涂层技术及优化磨床设备，以实现钛合金刀具产能的迅速提升。 需求弹性测算：中性假设下2024年钛合金手机中框对应刀具总需求达30亿元。我们以钛合金手机中框刀具ASP与钛合金手机中框数量为基础计算需求，假设手机钛合金中框刀具ASP约为30元，根据苹果公司智能手机新品中高端系列的销售占比、IDC全球手机出货量以及Counter Point中国高端手机销量占比为基础，分别假设在保守、中性及乐观条件下，2024年钛合金中框平均渗透率为7.3%、10.0%、12.7%，综上计算得2024年全球钛合金中框对应的钛合金加工刀具总需求分别为26、36以及46亿元。 钛合金的应用趋势将拉动钛合金专用刀具需求，催生出数十亿规模的市场。 投资建议：我们建议重点关注深耕超硬行业多年，通过鑫金泉切入3C刀具领域的沃尔德；2023年新产线顺利投产，3C刀具产能逐步释放的华锐精密；数控刀片产能充沛，高端数控产线建设稳步推进的欧科亿；微钻及精密刀具行业领先者，铣刀产销趋势向好的鼎泰高科。 风险提示：制造业景气度下滑、行业竞争加剧、宏观经济复苏不及预期、行业调研及测算具有主观性，仅供参考 1.钛合金：应用愈发广泛的优异新材料 1.1.钛合金密度低强度大应用广泛，制成品可兼顾多重要求 钛合金是以钛金属为基础材料，加入铝、锡、钒、钼、铌等其他元素组成的合金，具有比强度高、低密度、抗疲劳性强、耐腐蚀等优异性能。与铝合金相比，钛合金具有更高的比强度、硬度以及熔点；与不锈钢相比，钛合金拥有更低的密度，因此利用钛合金制作的零部件可以兼顾强度、整体重量以及环境适应性之间的平衡。随着我国整体工业制造能力的发展，钛合金的适用范围或将逐步扩大。 表1：多种合金物理性能对比 基于钛合金的优秀物理性能，钛合金材料在各个领域有着广泛的应用。根据中商情报网及中国有色金属工业协会钛锆铪分会信息显示，化工为钛合金第一大应用领域，占比约为47%，钛合金可在化工产业中用于制造钛阳极以及冷却器；航空航天为钛合金第二大应用领域，占比约为18%，钛合金在航空航天产业中主要用于制造风扇、叶片、结构罩件等重要部件。得益于生产设备和技术能力的突破，以及钛合金在工业生产中的重要性持续提升，我国钛材产量持续提升，据中商情报网以及中国有色金属工业协会钛锆铪分会信息显示，2022年我国钛材整体产量约为15.3万吨，同比增长12.36%，2023年预计整体产量为17.7万吨，同比增长15.65%。 图1.中国钛材消费结构占比统计 图2.中国钛材整体产量情况 表2：钛金属应用领域简介 1.2.钛金属导热率高导致加工较难，新刀具需求应运而生 与不锈钢及铝合金相比，钛金属属于难加工材料，对于CNC加工的刀具有着一定要求。钛金属的加工难点主要在于： 1）钛合金热导率较低。钛金属的导热系数远低于铜、钢以及铝等金属，因此在切削钛合金过程中，加工部位摩擦产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走，而集聚在切削区域，使刀具的刃口迅速磨损、崩裂或者生成积屑瘤；同时加工中产生的高温也会破坏了钛合金零件的表面完整性，导致产品良率降低。 2）钛合金弹性模量较高。在切削过程中，工件所产生的弹性变形会引起振动，从而使刀具与工件之间出现切削效果之外的摩擦现象，降低切削效率并进一步提升加工位置温度，从而提升刀具损耗。 因此对于钛合金的CNC加工而言，刀具需要拥有较强的耐高温属性，可以在高温情况下持续对钛金属及钛合金进行切削处理，我们认为传统的铝合金刀具或不锈钢刀具难以直接用于钛合金加工，钛合金加工需要专用刀具。 图3.不同材料导热系数对比情况（0摄氏度情况） 图4.刀具切削钛合金时发生的部分磨损情况 我们认为，通过提升刀具涂层工艺以及提升刀具结构设计，或能有效提升刀具加工钛合金的能力及效率。刀具涂层能减少刀具材料与钛合金之间的摩擦，减少切削热，同时也能屏障切削热对刀具的影响，钛合金刀具的寿命或直接受到涂层质量的影响。据金属加工期刊信息显示，刀具涂层分为PVD（物理气相沉积）涂层与CVD（化学气相沉积）涂层，其中CVD涂层较厚，能有效抵御切削过程中高温的影响，适宜于粗加工刀具；PVD涂层厚度较小，有利于保证刀具几何精度，适宜于精加工刀具；同时钛合金刀具的涂层材料推荐使用AlTiN，与单一的TiN涂层相比，AlTiN具有更优秀的高温硬度及抗氧化性能。因此我们认为，国内刀具企业可以通过积极开发涂层技术，逐步提升钛合金刀具生产能力。 由于钛金属及钛合金强度较高，因此刀具的实际结构也会影响切削效率。刀具的实际结构呈现先后经历设计以及生产环节，其中设计环节主要依托于刀具生产方的设计能力及技术积累，刀具的生产环节主要依托于刀具磨床对刀具棒材进行切削磨制。目前国际上较为知名的刀具磨床主要有瓦尔特、安卡、罗曼蒂克等品牌，我们认为目前目前国内高端钛合金刀具的磨制环节中，海外磨床仍为主要设备，随着我国整体工业生产及制造水平提升，国产磨床市占率或将逐步提升。 图5.知名海外刀具磨床品牌一览 2.3C行业钛合金应用潮流兴起，激发钛合金刀具数十亿级别市场 2.1.iPhone新品引领智能手机钛合金中框趋势，应用品类或将逐步提升 近年来3C行业逐步开启了钛合金材料的应用潮流。在智能手机领域，2023年7月，荣耀正式发布Magic V2折叠屏手机，其中的铰链使用钛合金材料；2023年9月，苹果公司在发布的iPhone15Pro及iPhone15ProMax系列中采用了钛铝中框构架，这是苹果公司首次将钛金属材质应用于智能手机产品线；2023年10月，小米公司正式发布了小米14系列，其中的小米14Pro钛金属特别版将采用钛铝中框架构；同时据中关村在线于2023年11月的报道，三星Galaxy S24 Ultra系列或将应用钛金属中框。在智能手表领域，三星Galaxy Watch5 Pro、华为WATCH4Pro也均采用了钛合金表壳材质。我们认为随着钛合金材料的知名度逐步提升，未来或有更多3C厂商会开启钛金属产品线，将钛金属应用于消费电子产品之中。 图6.苹果新产品采用钛铝架构 我们认为手机行业对新结构材料的应用延续性较为确定，以苹果公司为例，2012年苹果在iPhone5中使用了航空级铝合金后盖，之后该材料一直成为苹果手机主要机型的外框及后盖材质；2017年苹果在iPhoneX中使用了外科手术级的不锈钢中框，此后直到iPhone14系列苹果的高端机型产品线均以该材料来生产中框。综上我们认为随着iPhone15 Pro系列使用钛合金中框，钛金属材料或在未来一段时间成为苹果手机高端机型的主要中框材料，同时考虑到苹果手机对于智能手机产业拥有一定影响力，因此行业整体趋势或将加速。 图7.苹果部分使用新材料机型一览 钛合金给予了3C产品较为明显的产品变化，未来或有更多机型及产品系列采用钛合金产品。 据中国有色金属工业协会钛锆铪分会信息显示，钛合金材料在消费电子领域的使用首先能提高产品结构强度，如折叠屏手机的屏幕铰链采用钛合金材料能够显著提高使用寿命；其次是钛合金材料的使用也将降低消费电子产品的重量，如iPhone 15 Pro的重量约为188克，相较iPhone 14 Pro减重约9.6%。目前钛合金在3C电子领域主要应用于智能手表的表壳、智能手机中框、折叠屏手机铰链及轴盖等部位，未来有望在更多产品线中得到应用。 表3：部分包含钛金属材料部件的3C产品品牌及型号 2.2.钛合金刀具需求预测：中性假设下2024年钛合金刀具总需求达30亿元 手机钛合金中框加工用刀数假设：3C电子产品如智能手机、智能平板以及笔记本电脑的中框加工工艺较为复杂，对刀具有着较为多样化的要求。如3C产品的框架加工可分为内外框加工。内框加工通常需要进行外型粗加工、槽铣、钻孔，倒角、精加工等流程，对刀具的精细度要求较高；外框加工则需要进行外型粗加工、弧边加工、倒角、雕刻以及精加工等环节，对刀具的耐久要求较高。根据鑫金泉官网信息显示，通常加工3C产品的刀具为一组刀，不用产品对应刀组内的支数并不相同，根据行业调研反馈，我们认为加工手机中框的刀组内刀数平均为120支，每组刀可综合加工大约200支边框。 图8.3C产品框架加工流程一览 图9.3C产品加工所需刀具情况简介 钛合金加工刀具价格假设：钛合金专用刀具的刀型较为丰富，单价方差较大。由于钛合金专用刀具需要更为复杂的涂层工艺以及高端机床生产，因此对应单价略高于常规铝合金专用刀具，同时由于钛合金加工工件用途不同，所以不同的钛合金专用刀具成本及生产工艺也存在差异。根据行业调研，加工钛合金手机中框的刀具价格从20元/支至300元/支不等，以刀组角度观察，一组刀的平均价格或为40元/支。 图10.锐正品牌钛合金专用硬质合金刀具价格情况 钛合金手机中框ASP假设：我们基于以上假设，对单手机钛合金中框加工所需刀具ASP进行测算。我们假设如果每组刀内刀数位120支，可加工边框为200支，则对应单边框ASP计算公式为“刀组总刀数*刀具均价/可加工边框数”，计算可得手机钛合金中框刀具ASP约为30元。 表4：手机钛合金中框加工所需刀具ASP敏感测试表 手机中框需求基础值测算：据IDC及IT之家数据显示，2022年全球手机合计出货量约为12.05亿台，较2021年同比下降。其中三星、苹果以及小米分别出货2.61、2.26以及1.53亿台，合计市场份额达到53.10%。我们以2022年的手机出货量为基数，保守假设2024年全球手机出货量与2022年持平，作为计算全部钛合金手机中框用刀量的需求基础。 表5： iPhone新机型中高端钛合金渗透率假设：根据IT之家及CIRP信息显示，2022年Q1-2023年Q1，iPhone当年新品中的高端系列（Pro及Pro Max机型）销售占比分别为30%、46%、54%（13与14两系列叠加）、43%以及47%。我们认为美国市场的销售占比或可作为iPhone全球出货量中的中高端机型销售占比的推测依据，因此我们假设2024年苹果全球出货量中，新一代产品的Pro及Pro Max机型占比，保守、中性及乐观情况下分别为30%、40%及50%。 表6：2022Q1-2023Q1美国苹果iPhone机型占比报告 根据CounterPoint信息显示，2022年中国国内智能手机出货量