如需报告请登录。
1、工具钢行业的竞争壁垒高，我国在中高端市场已有突破
1.1工具钢行业的技术壁垒高
1.1.1工具钢的种类繁多，性能指标严苛
《论语》有曰：工欲善其事，必先利其器。工具钢（Toolsteel），堪称工业之母，是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。一般的工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度、红硬性、高的耐磨性和适当的韧性等特点，特殊要求还包括热处理变形小、耐蚀性和可加工性好等。根据化学成份不同，工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢（实质上是高合金工具钢）三大类；按用途则可分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。
（1）碳素工具钢：碳素工具钢的碳含量较高，在0.65-1.35%之间。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性，心部有较好的韧性；退火硬度低（不大于HB），加工性能良好，但红硬性差，当工作温度达℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到HRC60以下。碳素工具钢的淬透性低，较大的工具不能淬透（水中淬透直径为15mm），水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大，在淬火时易产生变形或形成裂纹。此外，其淬火温度范围窄，在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。
碳素工具钢钢号冠以T,以免与其他钢类相混；钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如，T8表示平均碳含量为0.8%；锰含量较高者，在钢号最后标出Mn，例如T8Mn；高级优质碳素工具钢的磷、硫含量比一般优质碳素工具钢低，在钢号后面加注字母A以示区别。
（2）合金工具钢是指为了改善工具钢的性能而特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）、钛（Ti）等，合金元素的含量总和一般不超过5%。合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢3类，模具钢的产量占合金工具钢的80%左右。其中碳含量高的钢（wc大于0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足够的耐磨性；碳含量中等的钢（wt0.35%~0.70%）多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度稍低，为HRC50~55，但韧性良好。
（3）高速工具钢是一种高合金工具钢，一般指高速钢。含碳量一般在0.70～1.65%之间，含合金元素量较多，总量可达10～25%，其中含有C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。能用来做高速旋转切割工具，具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，就是其中Cr，V，W，Mo得比例比较大。当切削温度高达℃时，硬度仍无明显下降。通常采用电炉生产，采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，可以提高使用寿命。高速钢刀具约占国内刀具总量的75%。
按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢（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，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒1～2%）和高含钒量(含钒2.5～5%)的高速钢；⑤钴高速钢（含钴5～10%）。
按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB≤的金属材料的切削刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。②特殊用途高速钢：包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC68～70），主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。
1.1.2工具钢的工艺流程长，生产控制要求高
工具钢的发展已有百年历史，各种工具钢既有共同的要求，如硬度高、耐磨性和一定的强韧性等，又有各自的特殊要求，如红硬性、耐冲击、尺寸稳定性、抗热疲劳性和良好的综合机械性能等。工具钢的生产工序主要包括冶炼、铸造、加工和热处理等。为了满足不同的要求，生产上采用各种不同冶金成份的工具钢，并通过恰当的变形和热处理工艺来达到其性能要求，因此高性能的工具钢生产具有极高的技术壁垒。
工具钢的冶炼一般采用电弧炉+二次精炼的双联法，二次精炼工艺有钢包精炼（LF）、真空处理（VD）、喷粉精炼等多种方法，生产高性能合金工具钢则采用电弧炉+电渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）法。工具钢的热加工包括热处理和热变形，热处理分为形变前热处理和形变后热处理。形变前热处理是进行均匀化处理以减少钢的偏析；形变后热处理主要是去应力退火处理。为了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，可以避免带状组织的形成或减轻带状组织的严重程度。
合金工具钢以模铸为主，为保证钢锭质量，广泛采用防止二次氧化技术，包括保护气体浇铸、真空浇铸。为提高收得率、降低成本，国内外部分特殊钢厂已采用连铸生产低合金工具钢。对于截面大的模具材料，通常选用大截面连铸机，例如日本大同特殊钢采用二流弧形大方坯连铸机，铸坯尺寸为×mm，德国蒂森特殊钢公司的立式二流连铸机，结晶器截面尺寸为×mm。
以高速钢为例，碳化物经热加工后破碎成颗粒，称为一次碳化物；从基体中析出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等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量和热处理工艺有关。
模具的使用寿命和制成的精度、质量、表面性能，除与模具的设计、制造精度以及机床和操作等条件有关外，与模具材料及其热处理工艺也有密切关系。据有关的统计表明，模具的早期失效因材料选择不当和内部缺陷引起的约占10%左右，由热处理不当引起的约占50%左右。
1.2国产工具钢在中高端市场已有突破
工具钢行业具有非常高的竞争壁垒，主要体现在两个方面：（1）先发优势带来的技术壁垒，新进入者短期很难超越。例如，国外的工具钢生产企业对我国长期实施技术封锁，同时不断的开发新钢种、新牌号以保持技术优势。（2）认证周期长和替换成本高带来的市场壁垒。以模具钢为例，一般模具钢的使用寿命在10万次左右，服役周期为2年。如果某客户想要验证新模具钢的性能，需要长达2年以上的认证周期，因此主机厂倾向于不轻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高，会指定模具钢供应商，例如多采用瑞典、德国和日本企业生产的模具钢，新参与者想进入上述高端市场是比较困难的。根据产业调研了解到，目前长城、比亚迪等国内车企已逐步采用国产模具钢来替代进口。
2.我国的工具钢消费趋高端化，国产替代的市场容量大
2.1产业升级加速中高端工具钢市场的成长
2.1.1后疫情时代我国模具行业将逐步回暖，产业升级拉动高品质模具钢的需求
模具钢是用来制造模具的钢种，目前我国模具钢需求较大的下游行业主要有汽车、家电、电子设备和建材等制造业。受益于全球化和制造业向我国转移，过去20年我国模具行业主营业务收入的复合增速约为20%，近10年的复合增速约为10%，我国模具产值已占世界的三分之一。随着低端制造业向外转移和中低端模具市场日趋饱和，国内模具制造业有朝着大型化、精密化升级的趋势，对我国的模具钢也提出更高的品质要求。
汽车行业是模具及模具钢消费的第一大行业，占市场总量35%左右；家用电器行业消费模具钢约占市场总量的20%；电脑、手机、电子设备等电子通讯行业用模具钢约占市场的20%；塑料门窗、PVC水管等建材模具年需消耗模具钢约占市场容量的15%。
从模具的销售额分类看，销售占比最大的是注塑模具，占比达到45%；其次是冲压模具，占比达到37%，包括冷作模具和热作模具；铸造模具和其他模具占比为9%。
-年受汽车等下游行业周期和疫情的影响，我国的模具行业的市场规模在年创下历史新高后有所收缩。尽管如此，从汽车、家电和电子等行业的成长性看，我国的模具行业和模具钢的市场仍然有成长空间。疫情冲击后我国的汽车、家电行业的需求拐点即将到来，同时5G渗透率提升后将迎来电子设备的更新潮，模具钢的需求有望逐步回暖。
汽车行业90%以上的零件由模具成型，主要是冷作模具钢、塑料模具和热作模具钢，三类模具中冲压模具要占到一半左右。一般情况下，制造一辆普通轿车本身便需要约个模具，当中有接近个的冲压模具和超过个的内饰件模具。
我国目前的汽车产销量与理论峰值之间还有很大的差距，同时传统燃油车和新能源汽车新车型的数量持续增加。我国的汽车保有量远低于美、日，汽车市场容量非常大；从销售量看，美国和日本随着日均GDP和国民可支配收入的增长，汽车销量持续增长至万辆/亿人以上，我国年的汽车销量为万辆/亿人，汽车市场理论上至少有1倍的成长空间。
得益于内需和出口的强劲拉动，我国的大家电产销量总体保持增长，同时小家电渗透率尚有较大的提高空间。家电行业零件的80%靠模具成型，使用量最大的是塑料模具钢（代表钢号为P20和）。我们预计未来家电行业对模具钢的需求增长有较强的支撑。
电子通讯行业60%-80%的零部件都要依靠模具成型，其中精密冲压模具和精密塑料模具约占模具市场的20%左右。过去我国的计算机、通信和电子设备制造业保持了高速扩张的态势，随着5G渗透率提升和电子设备更新周期的到来，我国的电子设备产销量有望扭转自年以来的下滑趋势。
2.1.2产业升级下高性能切削材料的需求持续增长
年我国刀具行业的市场规模创新高，从9年以来10年的复合增速为5.65%。目前，我国的切削工具市场以普通高速钢刀具为主，随着制造业转型升级和加工材料的机械性能提升，高性能高速钢、硬质合金等先进切削材料的使用量和占比不断攀升。尽管我国切削工具的产量持续下降，但刀具的单品价值提升显著是市场持续扩张的重要原因。
我国金属切削机床需求最大的行业是汽车，占比达到45%，其次是机械和军工。根据中国机床工具工业协会工具分会统计，年会员企业刀具产品的总产值为.09亿元，其中高速钢刀具产值为54.40亿元，占比达到46.5%。高速钢刀具是现阶段我国刀具产品中占比最大的品类，但与排名第二的硬质合金刀具占比差距缩小至2.3个百分点。
采用硬质合金时，切削速度比高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。在发达国家市场中硬质合金刀具占据主导地位，在我国高速钢刀具与硬质合金刀具共同主导市场。根据国际生产工程学会(CIRP)统计，硬质合金刀具已占世界刀具消费总额的55%，高速钢刀具为40%，超硬刀具为5%。近20年高速钢刀具产值每年递减1.25%，而硬质合金刀具则每年递升1.1%。
在高精度、高寿命要求等关键领域要使用合金含量更高的高速钢，但传统工艺生产的高合金含量的组织会有严重的偏析缺陷和粗大碳化物组织，进而影响断裂韧性。喷射成形和粉末冶金技术制备的高合金工具钢有晶粒细小、组织均匀、宏观偏析小等特点，具有非常好的市场前景。粉末冶金高速钢刀具的性能优于普通高速钢，而且在冲击负荷大的切削加工场合可替代硬质合金刀具，预计市场规模的复合增速在10%以上。
粉末冶金方法首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热等静压机将粉末压实成全致密的钢坯，再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好，可生产用铸锭法无法生产的更高合金元素含量的超硬高速工具钢。
高性能高速钢和粉末冶金高速钢应用比例呈增加趋势，在发达国家高性能高速钢应用比例达到30%以上，粉末冶金高速钢也已达到20%左右。粉末冶金高速钢组织细小，其强度和韧性分别是熔炼高速钢的2倍和2.5～3倍。目前全球粉末冶金高速钢已占高速钢年产量的10%以上，美国应用粉末冶金高速钢的比例超过15%。我国高性能高速钢的应用比例只有10%左右，粉末冶金高速钢应用比例则更低。
粉末冶金高速钢冶炼工艺复杂,制造成本较高；与之相比，喷射成形制备工序少，成本较低，但产品质量较粉末冶金差些。世界上主要由少数发达国家的7家企业生产粉末冶金高速钢，总产能约2.4万吨左右。国内的粉末冶金高速钢生产才刚起步，以目前我国高速钢刀具市场规模的20%计将达10亿元以上。
2.2工具钢的国产替代市场容量大
2.2.1我国模具行业的竞争力提升，高端模具钢国产替代的市场容量大
国产模具钢的性价比高，高端市场国产替代的空间大。由于我国的模具制造技术水平总体进步很大，模具在国际采购中具有性价比优势，我国模具在国际贸易格局中占据着越来越重要的地位，出口金额已达到我国模具行业主营业务收入的15%。近5年来，我国进口模具的国产化替代较为顺利，模具进口金额持续下滑，与此同时模具的出口保持增长。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。
从进出口的市场规模看，-年我国的模具出口金额从50.82亿美元增长至62.46亿美元，累计增长22.9%，出口市场年均增长2.91亿美元；同期模具进口金额从24.85亿美元降至19.39亿美元，累计下降22.0%，进口年均减少1.37亿美元。
从进出口的产品结构看，塑料橡胶模具、冲压模具出口占比分别为62.27%、19.30%，进口占比分别为44.96%、40.92%。根据我们的产业调研了解到，目前我国在大型塑料模具和超大型热作模具等高端产品上的进口依赖度较大，主要是因为上述大尺寸规格的产品对组织、性能均匀性的控制要求更高。
国产的模具钢有着国外钢厂不可比拟的交货时间优势和成本优势，对于同样规格的产品，国产模具钢价格只有国外的1/3。近几年国内钢厂不断引进先进的冶炼设备，生产工艺和技术已经取得了长足的进步，已经有部分高端模具钢品质达到欧洲标准模具钢等级标准，质量等级可以与进口模具钢媲美。
随着我国制造业的转型升级和模具行业的不断发展，国内市场对中高档模具的需求量越来越大。我国的模具钢与国际先进水平相比，在品种、质量、尺寸规格及使用性能等方面都有差距，尚不能满足高端市场的需求。根据我们市场调研的数据推测，我国每年约有10万吨左右的高端模具钢需要进口，主要是精密的、长寿命的模具钢，几乎占据了整个模具钢高端市场的80%以上。进口的模具钢价格要比国内的同类产品高出几倍。
国外模具钢采用了更多的成分、组织和性能等方面的单项指标。以H13模具钢为例，国外H13的控制指标最多达8项，而我国的标准只有3项。一般国产H13钢制的压铸模具寿命为3万~5万模次，而进口的优质H13的压铸模具寿命可达20万次。在生产工艺上，国外普遍采用电炉+炉外精炼”，对于纯净度要求更高的大部分采用电渣重熔，大截面锻压模块和大型钢材多采用真空处理。
我国模具钢的进口来源主要有日本大同、日立金属、德国葛利兹、瑞典ASSAB、美国芬可乐等。进口模具钢的牌号包括日本NAK80、SKD61、DC53、SKD11等，瑞典S、、DIEVAR、XW-41等，德国1.、1.、1.，美国牌号H13、D2等。进口模具钢的规格主要是大尺寸的锻制模块（-mm×-1mm）及大尺寸的模具扁钢（30-mm×-mm）。
我国的高端模具产业长期依赖进口材料支持其发展，无形中提高了模具产业特别是高端模具产业供应链的危险系数。政治局会议提出提升国内大循环的主体地位，维护产业链供应链安全稳定，补齐关键环节。为了提高我国模具行业的安全系数，支持我国模具产业健康平稳地发展，我国亟需改善高端模具钢几乎依赖进口的局面。我国模具钢产业要补齐短板和功课：（1）高端化：加强新产品开发，提高模具钢性能，同时促进品种规格多样化、制品化；（2）专业化：形成专业化模具钢生产；（3）品牌化：以质量树立模具钢品牌。
2.2.2我国高端刀具的进口替代市场规模达百亿
我国进口刀具的市场规模尚在不断增长，过去10年进口刀具占国内市场的份额从15%提高至30%，进口市场规模达到亿。由于制造业转型升级对高性能刀具的需求增加，我国进口的主要是包括硬质合金制品在内的高端刀具产品，进口刀具的单价远远高于国产刀具，剔除硬质合金的高端刀具进口额在40亿元以上。
根据中国机床工具工业协会工具分会的统计分析，年我国刀具市场总消费规模达到亿元，创历史最高记录，同比增长8.5%。其中国产刀具约亿元人民币，占比65%；进口刀具（含境外品牌）亿元人民币，占比35%。
从过去我国切削工具进出口的单价看，我国切削工具进口的单价远高于出口，而且进口切削工具的价格涨幅显著高于出口，从7年的美元/吨上涨至年美元/吨。
进口刀具中金额前三分别为经镀或涂层硬质合金制的金工机械用刀及片、其他材料制工作部件的钻孔工具、其他硬质合金制的金工机械用刀及片；剔除硬质合金后进口前三分别为其他材料制工作部件的钻孔工具、其他铣削工具、攻丝工具，年的进口金额分别为18.64亿、13.61亿和9.12亿元。
2.3高性能工模具钢是我国的战略性新兴产业
工具钢作为工业之母，高性能工具钢则是现代工业的基础。汽车、机械、航空航天、军工等现代装备制造业是我国未来重点发展和布局的支柱产业，作为不可或缺基础材料的高性能工模具钢同样受到国家产业政策的大力支持，并成为我国的战略性新兴产业。
年11月，国务院发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出发展壮大高端装备和新材料等战略性新兴产业。12月，工信部等部委联合发布《新材料产业发展指南》，提出推进原材料工业供给侧结构性改革，紧紧围绕高端装备制造等重点领域需求，加快调整先进基础材料产品结构的重点任务。
国家统计局《战略性新兴产业分类（）》对新材料产业目录做了细化完善，并首次将39类先进钢铁材料列入新材料产业目录，包括先进钢铁材料等7大领域，新增了高性能轴承用钢加工、高性能弹簧钢加工、高性能齿轮钢加工、高性能工模具钢加工、高技术船舶用钢加工、高强度汽车用冷轧板加工等。
3.市场竞争格局层次分明，高端化和专业化是成长主线
3.1国营钢厂控制高端市场，优质民企在中低端市场崭露头角
过去我国的合金工具钢生产企业是以东北特钢、宝钢特钢、长城特钢等传统国营钢厂为主，上述钢厂凭借着先进的特冶装备和技术优势在国内的高端工具钢市场逐渐形成品牌效应，并以高品质获得了越来越广泛的市场基础。我国中低端工具钢市场相对饱和且竞争更激烈，以天工国际、广大特材为代表的民营钢企凭借着灵活、高效的经营体制和专业化、低成本的竞争优势快速成长。
据Mysteel统计，年我国共计61家模具钢生产企业，共85条生产线，总计约为.6万吨产能，其中塑料模具钢、冷作模具钢、热作模具钢的比例大体为5：3：2；根据我们产业调研的数据，目前我国模具钢的年需求量约万吨，模具钢生产线的产能利用率约为50%，总体看并不高。
-年我国重点优特钢企业的模具钢总产量从42.5万吨下降为32.0万吨，累计下降24.7%。目前在我国国内模具钢市场中份额较大的是天工国际、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。我国目前每年仍需进口高端模具钢产品约10万吨，相比于头部企业的产能而言进口替代的空间还很大。
九十年代后期，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并逐步放弃高速钢市场，天工国际、河冶科技、江苏精工等专业化生产厂取而代之成为高速钢生产的主力军。目前国内市场的高性能高速钢的生产能力较弱，国内能生产粉末冶金高速钢的企业仅有天工国际、河冶科技等，其中天工国际在国内粉末冶金高速钢市场的占有率达到80%以上。
3.2高端化和专业化是工具钢行业高质成长的主线
工具钢生产的高端化、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、降低成本，提升企业的竞争力。在我国工具钢市场景气度下行时期，具有高端化、专业化优势的合金工具钢生产企业的市场份额提高，呈现马太效应。以模具钢为例，年我国重点特钢企业的模具钢产量较年同比下降25.6%，同期天工国际为代表的专业化工具钢生产企业的市场份额均逆势提高，公司的市场份额从20%提高至28.2%，同时全国重点优特钢企业的模具钢CR5从67.1%提高至85.1%。
由于合金工具钢的生产品种规模多、批量小，因此合金工具钢的生产已了由分散向集中发展可以共享特殊冶金装备，实现专业化生产并降低工序成本；同时为了适应全球化竞争的趋势，世界先进的模具钢的生产企业不断地进行强强联合，形成具有全球竞争力的工模具生产、研发中心和国际品牌。
目前发达国家一般仅有1-2家生产模具钢的专业厂家，其产量往往占全国的60%-80%，如瑞典的乌德霍姆公司、奥地利的百乐公司、美国的钒合金钢公司（Vasco）、日本的日立金属公司等。目前我国的模具钢分散几十家特钢企业生产，产业集中度仍待提升，未来将逐步向专业化和品牌化的方向发展。
3.3行业在产业链的地位尚可，保障企业的盈利能力
相较于普钢，作为产业链中游的工具钢生产企业有较强的盈利能力，其销售利润率与下游工模具制造企业相当。我们认为主要有以下原因：（1）我国合金工具钢行业的供给相对集中，尤其是在中高端工具钢方面，而需求相对分散，因此工具钢生产企业具有较强的议价能力和成本转嫁能力；（2）原材料占工模具成品的成本比重较低，下游对工具钢原料价格的容忍度尚可，例如模具钢成本仅占模具销售价格的20~30%。
我国共有模具生产企业（厂、点）约3万家，大部分模具企业规模较小，行业集中度不高。据统计，年模具产值在万元以上的生产企业有71家，超过1亿元的有25家。据Mysteel统计，我国有模具钢生产企业约60家，同时我国重点优特钢企业的模具钢CR5达到80%左右。在年以钒为代表的合金元素价格大涨时，模具钢生产企业有能力将成本的涨幅转嫁给客户，从而保证高销售毛利率。
我国的模具钢生产企业高度集中于华东、华中、东北这三个区域，其中华中、华东和华北地区分别有共计17家、16家和11家企业。华东地区的产能占比近半，其次是华中、东北。我国模具钢的需求主要集中在华东、华南和华北地区，华东占全国的50~55%左右，包括浙江的宁波、台州市、江苏昆山和上海嘉定；广东也是我国最主要的模具市场和最大的模具出口省，全国模具产值有35%以上来自广东。
与普钢以铁矿石、煤焦为主要原燃料不同，合金工具钢中Cr、Mo、V、W等合金元素占原材料成本的比重较大。以H13模具钢为例，我们估算目前Cr、Mo、V在其原材料成本中的占比达到70%左右，而废钢仅占30%。从原材料的供给格局看，合金工具钢生产企业能够避开铁矿石这个黑色产业链的利润陷阱，是其保持高盈利水平的重要原因之一。
4.投资策略：拥抱工具钢行业高质成长和国产替代的红利（详见报告原文）
工具钢是工业之母，后疫情时代的需求修复叠加我国制造业的转型升级，工具钢产业的发展将逐步由量增向质升转变，高端化和专业化是工具钢产业高质成长的主线。我国工具钢产业的供给能力不断提升，高性价比优势和维护产业链供应链安全稳定的发展需要将加速国产替代进程。
……
（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：东兴证券）
如需报告原文档请登录。