刀具行业专题研究系列一：钛合金材质加速导入手机行业，打开专用刀具市场空间

证券研究报告/行业研究 钛合金材质加速导入手机行业，打开专用刀具市场空间 ——刀具行业专题研究系列一 投资评级：看好 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn研究助理：程治执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 机械设备指数与沪深300指数走势对比 30%15% 0% -15%-30% 2022/102023/032023/08 000300.SH001017.CJ 资料来源：同花顺iFinD，源达信息证券研究所 相关报告： 投资要点 钛合金材质密度低、强度高，已加速导入消费电子行业 钛合金材质的主要优点是密度低、强度高和抗腐蚀性好。在智能手机进一步向轻薄化发展趋势下，钛合金材质有望在消费电子行业加快导入。此前，钛合金材质主要应用于航天航空、医疗器械等行业，未导入消费电子行业的原因是成本高、加工难。在3D打印和切削技术发展情况下，钛合金材质在高端手机等领域应用前景广阔。目前iPhone15Pro/ProMax和小米14Pro钛已将钛合金作为边框材质，而MagicV2等折叠屏手机也已将钛合金材质用于手机铰链部位。 钛合金材质切削加工难度大，需要对刀具特殊设计 钛合金的自身特性导致对其切削难度较大，主要系钛合金的热导率低，加工过程中易产生严重的热影响；弹性系数低，在加工过程中易加快刀具磨损，并影响加工精度。为实现钛合金的良好加工，需要对刀具的材料、涂层和结构进行特殊设计，通常刀具材质采用钨钻类硬质合金，并通过物理气相沉积PVD涂层，而刀具切削刃的微几何设计也对切削效率和刀具寿命至关重要。从上可以看出钛合金加工刀具的材料、涂层和结构设计呈现多样化特点，也是不同刀具生产厂商的主要差异。 消费电子行业出现复苏迹象，打开刀具市场空间 2023年Q3全球智能手机销量为3.04亿部，环比增长13%，较去年同期实现微弱增长。iPhone15Pro/ProMax在2023年Q3实现销售570和400万部，此外小米14Pro销售火爆，上市10日销量达144万部。而在我们测算下，加工一部高端手机的刀具成本约为25元，并基于对2024年将采用钛合金材质的主流手机的销量预测，我们预计2024年用于手机领域的钛合金加工刀具市场空间在29.2亿元。 投资建议 钛合金材质具有重量轻、强度高的优点，在加工技术提升及手机进一步轻薄化的趋势下，钛合金材质有望引入手机等高端消费电子产品中，由于钛合金自身的特性，导致对其加工难度较高，需要对刀具进行特殊设计，有望打开高端刀具市场空间。建议关注：鼎泰高科、欧科亿、华锐精密和中钨高新等。 风险提示 钛合金材质导入不及预期；消费电子复苏不及预期；刀具行业竞争格局恶化。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、钛合金材质密度低、强度高，加速导入消费电子行业3 二、钛合金材质切削加工难度大，需要对刀具特殊设计6 三、消费电子行业出现复苏迹象，打开刀具市场空间8 四、建议关注10 1.鼎泰高科10 2.欧科亿10 3.华锐精密11 4.中钨高新12 五、投资建议13 六、风险提示14 图表目录 图1：国内钛材下游应用分布4 图2：国内钛材产能逐年增长4 图3：苹果在iPhone15Pro/ProMax和AppleWatchUltra中首次采用钛合金材料5 图4：钛合金的诸多特性导致对其切削加工较难6 图5：用于钛合金加工的刀具需要对涂层、材料和结构等方面进行特殊设计7 图6：单台手机对应的钛合金加工刀具成本测算7 图7：2022Q2至2023Q3的全球季度手机销量情况（亿部）8 图8：鼎泰高科2018-2023年前三季度营收情况10 图9：鼎泰高科2018-2023年前三季度营收情况10 图10：欧科亿2018-2023年前三季度营收情况11 图11：欧科亿2018-2023年前三季度营收情况11 图12：华锐精密2018-2023年前三季度营收情况11 图13：华锐精密2018-2023年前三季度营收情况11 图14：中钨高新2018-2023年前三季度营收情况12 图15：中钨高新2018-2023年前三季度营收情况12 表1：钛合金相较其他金属材料在密度、强度和隔热性等方面优势显著3 表2：钛合金材料已在诸多下游行业广泛应用4 表3：多家手机厂商已在自家高端定位手机中采用钛合金材料5 表4：2023年前三季度与钛合金材料相关的主要手机系列销量（百万台）8 表5：2024年手机用钛合金加工刀具市场空间测算9 2 一、钛合金材质密度低、强度高，加速导入消费电子行业 钛合金材料密度轻、强度高，在消费电子行业中进入加速导入期。钛合金材料具有密度低、强度高、抗腐蚀性好和导热率低等优点，用作消费电子产品外壳材料，可以增强外壳强度，减轻产品重量，让手机、智能手表等产品具有更好质感。 比强度 29 21 16 23 热导率/ 17 W·(m·K)-1 7.5 121 159 63 16 385 弹性模量 106.3 113.2 71.5 44.8 205.8 199.9 107.8 表1：钛合金相较其他金属材料在密度、强度和隔热性等方面优势显著 金属 纯钛 钛合金 铁 铝合金 镁合金 高强度钢 普通钢 不锈钢 铜 密度/ （g/cm3） 4.5 7.87 2.7 1.74 7.8 抗拉强度 /MPa 960 （TC4） 608 470 （18-8） /GPa 屈服强度 /MPa 892 （TC4） 294 255 （18-8） 资料来源：金鹭合金棒材公众号，源达信息证券研究所 此前钛合金材料已广泛应用于航天航空、生物医疗、体育器械和汽车等对强度和轻度要求高的领域中。根据资料显示，化工行业是钛材的第一大下游应用市场，占比约为47%；其次是航天航空行业，占比在18%。 我国钛材产量逐年提升。过去推动钛材产量增长的主要是化工等行业，需求相对集中于中低端钛材，在航天航空行业、体育器械和生物医疗等行业发展下，对高端钛材料需求快速增长。截至2022年，我国钛材年产量达15.27万吨，并有望在2023年达到17.66万吨。未来，消费电子行业有望成为高端钛材的又一大重要应用市场。 表2：钛合金材料已在诸多下游行业广泛应用 类别具体用途 航空航天 喷气发动机部件、机身部件、火箭、人造卫星、导弹等部件压气机和风扇叶片、盘、机匣、导向叶片、轴、起落架、襟翼、阻流板、发动机舱、隔板、显梁、燃料箱、助推器 化工用于氯碱、纯碱、塑料、石油化工、冶金、制盐等工业的电解槽、反应器、蒸馏塔、浓缩器、分离器、热交换器、管道、电极等 舰船潜耐亚壳体、螺旋桨、喷水推进器、海水换热系统、舰船泵（阀及管子）海洋工程海水淡化用管道、海洋石油钻探用泵、阀、管件等 生物医疗人工关节、人工植牙和正牙、心中起搏器、心血管支架、手术器械等体育器械高尔夫球头、网球拍、羽毛球拍、台球杆、登山棍、滑雪杖、冰刀等 生活用品眼睛架、手表、拐杖、钓鱼竿、厨具、数码产品壳体、工艺品、装饰品等建筑建筑物屋顶、外壁、装饰品、标牌、栏杆、管道等 汽车汽车的排气和消音系统、承重弹簧、连杆和螺栓等 资料来源：金鹭合金棒材公众号，源达信息证券研究所 图1：国内钛材下游应用分布图2：国内钛材产能逐年增长 其他,12% 制盐,1% 体育休闲,2% 海洋工程, 3% 船舶,3% 医药,3% 冶金,5% 20 化工,47%15 10 5 电力,6% 航空航天,18% 0 2017201820192020202120222023E 资料来源：中商情报网，中国有色金属工业协会钛锆铪分会，源达信息证券研究所 资料来源：中商情况网，中国有色金属工业协会钛锆铪分会，源达信息证券研究所 2023年苹果在其发布的iPhone15Pro/ProMax机型中首次将钛合金取代铝合金作为边框材料，这也是钛合金材料第一次在智能手机中应用。早在2022年，苹果已在其发布的AppleWatchUltra中采用了航空级钛合金材料。在消费电子产品中采用钛合金材料的主要目的是为了轻薄和高强度，iPhone15Pro/ProMax的重量约在187g和221g。相较iPhone14Pro/ProMax206g和240g的重量，使用钛合金材料让手机重量减轻了约19g。 图3：苹果在iPhone15Pro/ProMax和AppleWatchUltra中首次采用钛合金材料 资料来源：苹果官网，源达信息证券研究所 钛合金材料有望成为高端消费电子产品标配。过去钛合金材料未在消费电子行业应用的主要原因在于：1）钛合金材料加工难度高，其过低的导热性导致在进行金属切削时易产生严重的热影响；2）钛合金加工成本较高；3）影响手机散热。目前在3D打印和切削技术发展下，钛合金加工难度下降，钛合金材料有望成为高端消费电子产品标配。 多家手机厂商在自家产品线中导入钛合金材料：目前苹果和小米已在自家旗舰手机中导入钛合金材料作为边框/中框材料，而三星预计将在未来发布的S24Ultra中采用钛合金材料作为边框材料。此外，在折叠屏手机中，钛合金材料在折叠屏中的铰链部位应用空间大，目前VIVO、OPPO和荣耀均在自家折叠屏手机铰链部位采用了钛合金材料。 厂商 型号 发售时间 售价 部位 iPhone15Pro7999 边框 苹果iPhone15ProMax9999 边框 WatchUltra2022年9月6499 外壳 S24Ultra预计2024年1月/ 边框 三星 Watch5Pro 2022年8月 3099 外壳 小米 14Pro纯钛版 2023年10月 6499 中框 VIVO XFold+ 2022年9月 9999 铰链 OPPO FindN2Flip 2023年2月 7000 铰链 荣耀 MagicV2 2023年7月 8999 铰链 表3：多家手机厂商已在自家高端定位手机中采用钛合金材料 2023年9月 资料来源：各公司官网，源达信息证券研究所 二、钛合金材质切削加工难度大，需要对刀具特殊设计 钛合金的特性导致对其进行切削加工较为困难。首先当钛合金的硬度大于HB350时切削困难，而当硬度小于HB300时则易出现粘刀等现象。此外钛合金的以下特点都导致对其切削较难： 1）变形系数小：钛合金的变形系数小于或接近于1，切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损； 2）切削温度高：钛合金的导热系数较小（仅为45号钢的1/5-1/7），而切屑与前刀面的接触长度极短，导致切削时产生的热量难以导出，集中在狭窄切削区内，易产生严重的热影响； 3）单位面积上的切削力大：由于切屑与前刀面的接触长度短，导致单位接触面积上的切削力增加，易产生崩刃现象。此外由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，会加大刀具磨损并影响零件的精度。 4）冷硬现象严重：钛合金具有较大的化学活性，在高加工温度下，易与空气中的氧和氮产生氧化物，导致表面硬化，此外切削过程中的塑性形变也会造成表面硬化。最终降低零件疲劳强度、加剧刀具磨损。 图4：钛合金的诸多特性导致对其切削加工较难 资料来源：厦门金鹭合金棒材，源达信息证券研究所 刀具技术需要针对钛合金加工做出革新。钛合金加工刀具的主要技术要点包括材料设计、涂层制备、结构设计、切削数据库开发和刀具状态监测等。通过智能监控刀具加工状态和加工参数数据库的积累可以优化刀具加工工艺，而刀具材料、结构和涂层的持续改进是刀具加工效率和使用寿命能持续提高的主要驱动力： 1）材料设计：钛合金加工刀具的常用材料为钨钻类硬质合金（YG类，由WC和Co构成），适用于钛合金的低速切削。而钨钴钛（YT类）和钨钛钽钴类（YW类）硬质合金适用于钛合金的高速切割。此外刀具材料中碳化钨（WC）晶粒的细化可以延长刀具使用寿命， 而聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）等超硬刀具材料可实现钛合金材料的高速、高精度和高稳定性加工。 2）涂层制备：刀具表面的