钢铁工业转型升级报告：高性能工模具钢

1、P2 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 目 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 .5 1.1 工具钢行业的技术壁垒高 .5 1.1.1 工具钢的种类繁多，性能指标严苛.5 1.1.2 工具钢的工艺流程长，生产控制要求高.8 1.2 国产工具钢在中高端市场已有突破 .10 2. 我国的工具钢消费趋高端化，国产替代的市场容量大 .11 2.1 产业升级加速中高端工具钢市场的成长 .11 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.11 2.1.2 产

2、业升级下高性能切削材料的需求持续增长.13 2.2 工具钢的国产替代市场容量大 .16 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.16 2.2.2 我国高端刀具的进口替代市场规模达百亿.18 2.3 高性能工模具钢是我国的战略性新兴产业 .20 3. 市场竞争格局层次分明，高端化和专业化是成长主线 .21 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 .21 3.2 高端化和专业化是工具钢行业高质成长的主线 .23 3.3 行业在产业链的地位尚可，保障企业的盈利能力 .24 4. 投资策略：拥抱工具钢行业高质成长和国产替代的红利 .26 5. 风险提示

3、.26 相关报告汇总.27 插图目录 图 1： 工具钢的分类.5 图 2： 冷作模具.7 图 3： 热作模具.7 图 4： 塑料模具.7 图 5： 量具刃具用钢.7 图 6： 工具钢的生产工艺流程.9 图 7： 真空感应炉（长城特钢）.9 图 8： 电渣炉生产线（抚顺特钢）.9 图 9： 铸态高速钢的碳化物组织（400 倍）.10 图 10： 锻态高速钢的碳化物颗粒（400 倍）.10 图 11： 模具及模具钢的主要下游行业 .11 图 12： 我国的模具分类销售额占比情况 .11 图 13： 我国的模具业的固定资产投资完成额及增速.11 图 14： 我国模具业的营业收入增速与制造业投资（同比

4、：右轴）.11 图 15： 主要的汽车冲压零部件 .12 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 P3 DONGXING SECURITIES 图 16： 我国的汽车销量及增速 .12 图 17： 我国的汽车保有量和销量与美日的比较 .12 图 18： 我国乘用车市场新车上市统计 .12 图 19： 我国的大家电产量 .13 图 20： 我国的小家电产量 .13 图 21： 我国的计算机和手机产量及增速 .13 图 22： 我国计算机、通信和电子设备制造业保持高速扩张（%）.13

5、 图 23： 我国刀具行业的市场规模继续扩张 .14 图 24： 我国金属切削机床及切削工具的产量持续下降.14 图 25： 金属切削机床的主要下游 .14 图 26： 我国的工程机械和汽车产量增速 .14 图 27： 国内外上各类型刀具的市场规模占比 .14 图 28： 切削刀具的材料分类 .14 图 29： 粉末冶金 AHPT15 高速钢的显微组织.16 图 30： 世界粉末冶金高速钢在各类刀具中的占比 .16 图 31： 我国模具进出口金额（亿美元） .17 图 32： 2019 年我国模具行业的进出口产品结构 .17 图 33： 我国刀具的进口规模（含国内生产的外企，亿元）.18 图

6、34： 我国刀具的出口规模（亿元） .18 图 35： 我国进口刀具占国内市场的比重 .19 图 36： 我国进口和出口切削刀具的单价（美元/吨）.19 图 37： 我国钢铁产品的金字塔结构及规模以上的企业数量.21 图 38： 我国重点优特钢企业的模具钢产量（万吨）.22 图 39： 我国的模具钢产能（万吨） .22 图 40： 我国重点优特钢企业的高速钢产量 .22 图 41： 2016 年我国主要钢厂的高速钢产量 .22 图 42： 代表国营和民营工具钢企业的吨钢营收比较.22 图 43： 代表国营和民营工具钢企业的销售毛利率比较.22 图 44： 我国重点优特钢企业的模具钢 CR5 .

7、23 图 45： 欧洲主要特钢企业的兼并重组历程 .23 图 46： 我国各地区模具钢生产企业的数量和产能 .24 图 47： 我国的模具制造企业的分布情况 .24 图 48： 典型的模具价格构成 .24 图 49： 代表公司的模具钢和模具业务的毛利率比较.24 图 50： 主要合金原料的价格（元/吨）.25 图 51： H13 主要合金原料的成本占比估算.25 图 52： 我国原料金属矿产量占全球产量的比重 .25 图 53： 工具钢代表牌号的价格 .25 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P4 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我

8、 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 表格目录 表 1： 碳素工具钢牌号性能及用途.6 表 2： 合金工具钢的牌号性能及用途 .6 表 3： 代表牌号高速钢的性能及用途 .8 表 4： 汽车品牌和可供选择的模具钢体系 .10 表 5： 刀具材料分类及主要应用场合 .15 表 6： 各类刀具材料性能对比.15 表 7： 中外代表牌号的模具钢对标.17 表 8： 国产和进口模具钢市场的差异 .18 表 9： 2019 年我国刀具进出口金额前 6 名 .19 表 10： 2019 年我国刀具进出口单价的比较 .19 表 11： 工信部印发钢铁工业调整升级规划（201620

9、20 年）提出的重点突破的关键钢种 .20 表 12： 2017-2019 年我国重点优特钢企业的模具钢产量及市场份额.23 表 13： H13 的化学成分（%） .25 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 P5 DONGXING SECURITIES 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（Tool steel） ，堪称工业之母，是用以制造切

10、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。 图1：工具钢的分类 资 料 来 源 ： 中国知 网，产 品手册 ，东兴 证券研 究所 （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 HB207），加工性能良好，但红硬性差

11、，当工作温 度达 250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。 敬 请参阅 报告结 尾处

12、的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P6 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 表1：碳素工具钢牌号性能及用途 牌号 C%Mn %Si% 性能用途 亚共析成分钢，强度随碳含量增加而 增加，有较好的强度和塑性配合，但 切削能力较差 用于程受振动、冲击、硬度适中有较 好韧性的工具，如冲头、大锤等 T70.650.74 0.40 共析成分钢，淬火易过热，强度塑性 较低，不宜做受大冲击的工具，但经 热处理后有较高的硬度及耐磨性 用于有较高硬度和耐磨性的工具，如 冲头、剪切金属用剪刀等 T80.750.84

13、 T8Mn T9 0.850.90 0.400.60 0.850.94 性能近似 T8用于制造截面较大的工具 性能近似 T8，但有较高的淬透性，能 用于一定硬度和韧性的工具，如冲 获得较深的淬硬层模、冲头、凿岩用工具 0.35 过共析钢，在 700800加热时仍能 保持细晶粒，不致过热；淬火后钢中 有未熔的过剩碳化物，增加耐磨性 用于制造工作时不变热、耐磨性要 求较高、不受剧烈振动、具有韧性及 锋利刃口的工具，如刨刀、冷冲模、 锯条等 T100.951.04 0.40 除具有 T10 的特点外还具有较好的 综合机械性能 T11 T12 T13 1.051.14 含碳量高，淬火后有较多的过剩碳化

14、 用于不受冲击、高硬度的工具，如丝 物，耐磨性及硬度较高，但韧性低。 锥、锉刀、量具等。 1.151.24 1.251.35 碳含量最高的工具钢，硬度很高，碳 刮刀、挫刀、剃刀、切削工具、拉丝 化物增加且分布不均匀，力学性能差 工具、刻纹工具及硬石加工工具等 资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所 （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，

15、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 HRC5055，但韧性良好。 表2：合金工具钢的牌号性能及用途 成分性能要求常用牌号 刃具钢应有高硬度、耐磨性、淬透 性、耐回火性、热硬性，量具用钢 主要用于制造低速切 削刃具（如木工工具、 钳工工具、钻头、铣刀、 拉刀等）及测量工具 （如卡尺、千分尺、块 规、样板等） wC=0.8% 1.50%，加入的合金 应具有硬度高、组

16、织稳定、耐磨性 元素有 Cr、 Si、 Mn、 好，以及良好的研磨和加工性能、 量具刃具钢9SiCr、Cr2、CrWMn W 等热处理变形小、膨胀系数小和耐蚀 性好 冷冲模、拉丝模、拉延 模、压印模、搓丝模、 滚丝板、冷镦模和冷挤 压模 wC=1.0%2.0%， 高硬度、强度、耐磨性、足够的韧 冷作模具钢 加入合金元素 Cr、 Mo、W、V等 性，以及高的淬透性、淬硬性和其 他工艺性能 Cr12、Cr12MoV 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 P7 DONGXING SE

17、CURITIES 成分性能要求常用牌号 wC=0.3%0.6%， 高硬度、强度、红硬性、耐磨性和 合金元素有 Cr、 韧性外，具有良好的高温强度、热 Mn、Ni、Mo、W、 疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，较 热锻模、压力机锻模、 冲压模、热挤压模和金 属压铸模等 热作模具钢 塑料模具钢 5CrMnMo、5CrNiMo Si 等高的淬透性 高强度、硬度、耐磨性、热稳定性 和耐蚀性，良好的工艺性，如热处 12CrNi3A、12Cr2Ni4A、 wC=0.3%0.6%， 合金元素有 Cr、 Mn、Mo、V、Ni 等 理变小、加工性能好、耐蚀性好、 研磨和抛光性能好、补焊性能好、 粗糙度高、导热性好和工

18、作条件尺 寸和形状稳定等 20Cr2Ni4A、3Cr2Mo、 3Cr2MnNiMo、4Cr13、 3Cr17Mo 热塑性塑料模具和热 固性塑料模具 资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所 图2：冷作模具图3：热作模具 资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所 图4：塑料模具图5：量具刃具用钢 资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所 （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 0.701.65%之间，含合金元素量较 多，总量可达 1025%，其中含有 C，Mn

19、，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 600时， 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P8 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 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：钨系高速钢（含钨 918%） ；

20、钨钼系高速钢（含钨 512%,含钼 2 6%） ； 高钼系高速钢（含钨 02%,含钼 510%） ； 钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含 钒 12%）和高含钒量(含钒 2.55%)的高速钢；钴高速钢（含钴 510%） 。 按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。通用型高速钢：主要用于制造切削硬度 HB300 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。特殊用途高速钢：包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度 HRC6870） ， 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，

21、常用的钢号有 W12Cr4V5Co5、 W2Mo9Cr4VCo8 等。 表3：代表牌号高速钢的性能及用途 硬度抗弯强度 冲击韧性600硬度 代表牌号特点用途 HRCGpaMJm2HRC 强度较好，可磨性好，可用 通用性强，广泛用于制造 普通钢玉砂轮磨削，耐热性 钻头、铰刀、丝锥、铣刀、 W18Cr4V 62-65 63-66 3.0-3.40.18-0.3248.5 （W18） 中等，热塑性差齿轮刀具及拉刀等 强度高，热塑性好，耐热性、 适用于制作热成形刀具 可磨性稍次于 W18Cr4V， 可 和承受冲击、结构薄弱的 W6Mo5Cr4V2 3.5-4.0 4 0.30-0.40 0.31 47

22、-48 50.5 （M2） 用普通钢玉砂轮磨削刀具 切削性能与 W18Cr4V 相 当，适于制作热轧刀具 W14Cr4VMnRE 64-66 资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所 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

23、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

24、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 370380mm， 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 340475mm。 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 P9 DONGXING SECURITIES 图6：工具钢的生产工艺流程 资 料 来 源 ： 长城特 钢官网 ，东兴 证券研 究所 图7：真空感应炉（长城特钢）图8：电渣炉生产线（抚顺特钢） 资 料 来

25、 源 ： 公司官 网，东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 公司官 网，东 兴证券 研究所 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

26、右。 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P10 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 图9：铸态高速钢的碳化物组织（400 倍）图10：锻态高速钢的碳化物颗粒（400 倍） 资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所 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

27、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。 表4：汽车品牌和可供选择的模具钢体系 品牌德系日系国产 车企 瑞典 ASSAB、奥地利 模具

28、钢进口BOHLER、德国葛利兹、德抚顺特钢、宝武特冶、长城 特钢、天工国际等 日本大同、日立、高周波、山阳、不二越等 （国产）品牌 国凯德、德国布德鲁斯、德国 萨尔、德国道博、法国埃赫曼 资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 P11 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 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

29、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

30、、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%。 图11：模具及模具钢的主要下游行业图12：我国的模具分类销售额占比情况 9% 10% 9% 汽车 家电 电子 建材 其他 35%注塑模具 冲压模具 铸造模具 其他模具 15% 45% 20% 37% 20% 资 料 来 源 ： Mysteel， 东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 中国产 业信息 网，东 兴证券 研究所 图13：我国的模具业的固定资产投资完成额及增速图1

31、4：我国模具业的营业收入增速与制造业投资（同比：右轴） 1,200 1,000 800 600 400 200 0 60% 4,00060 40 20 0 50% 3,000 40% 2,000 30% 1,000 20% 0 -20 -40 10% 0% 模具制造: 主营业务收入: 累计值 月 亿元 模具制造: 主营业务收入: 累计同比 月 % 固定资产投资完成额: 制造业: 累计同比 月 % 固定资产投资完成额: 模具制造同比 资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智

32、兴 盛 之 源 P12 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 2018-2020 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 2017 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

33、左右。一般情况下，制造一辆普通轿车本身便需要约 1500 个模具，当中有接近 1000 个的 冲压模具和超过 200 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 400 万辆/亿人以上，我国 2019 年的汽车销量为 184 万辆/亿人，汽车市场理论上至少有 1 倍的成长空间。 图15：主要的汽车冲压零部件图16：我国的汽车销量及增速 3,000 2,500 2,000 1,500 1,0

34、00 500 50 30 10 -10 -30 -500 销量: 汽车: 累计值 月 万辆销量: 汽车: 累计同比 月 % 资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 中国汽 车工业 协会， 东兴证 券研究 所 图17：我国的汽车保有量和销量与美日的比较图18：我国乘用车市场新车上市统计 700 600 500 400 300 200 100 0 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 837 638 591 518 413416 173 184 101 人均GDP（百美元）千人保有量（量） 中国 美国 日本 销量（万辆/亿人）2014

35、201520162017 新能源 新车型 2018 上市新车传统能源 资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 威尔森 监测， 东兴证 券研究 所 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 718） 。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。 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 P13 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DON

36、GXING SECURITIES 图19：我国的大家电产量图20：我国的小家电产量 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 产量: 空气净化器 年 万台 产量: 家用吸尘器 年 万台 产量: 冰箱 年 万台产量: 洗衣机 年 万台 产量: 净水器 年 万台产量: 微波炉 年 万台 产量: 家用空调 年 万台产量: 彩色电视机 年 万台 资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所 电子通讯行业 60%-80%的零部件都

37、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 2018 年以来的下滑趋势。 图21：我国的计算机和手机产量及增速图22：我国计算机、通信和电子设备制造业保持高速扩张（%） 200,00070% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 70 60 50 40 30 20 10 0 150,000 100,000 50,000 0 -10% -20% -30% -10 -20 产量: 手机 年 万台产量: 笔记本计

38、算机 年 万台 笔记本同比 工业增加值固定资产投资完成额营业收入 手机同比 资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所 2.1.2 产业升级下高性能切削材料的需求持续增长 2018 年我国刀具行业的市场规模创新高，从 2009 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

39、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，2018 年会员企业刀具产品的总产值为 117.09 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 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P14 东兴

40、证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 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%。 图23：我国刀具行业的市场规模继续扩张图24：我国金属切削机床及切削工具的产量持续下降 50040% 30% 20% 10% 0% 120 100 80 60 40 20 0 60 421 400 388 40 400 340 345 20 330330 322 312

41、0 300 200 100 0 243 -20 -40 -60 -10% -20% 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 切削刀具市场规模 同比增长 金属切削机床 万台金属切削工具 亿件 金属切削工具: 累计同比 %金属切削机床: 累计同比 % 资 料 来 源 ： 中国机 床工具 工业协 会工具 分会， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所 图25：金属切削机床的主要下游图26：我国的工程机械和汽车产量增速 200 150 100 50 20% 汽车 45%机械 军工 其他 15% 0 -50 -

42、100 20% 产量: 汽车: 当月同比 月 %产量: 挖掘机: 当月同比 月 % 资 料 来 源 ： 中国机 床工具 工业协 会工具 分会， 东兴证 券研究 所资 料 来 源 ： 国家统 计局， 东兴证 券研究 所 图27：国内外上各类型刀具的市场规模占比图28：切削刀具的材料分类 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0% 55.0% 46.5% 44.2% 40.0% 9.3% 5.0% 硬质合金高速钢 国际 国内 超硬刀具 资 料 来 源 ： 中国机 床工具 工业协 会，国 际生产 工程学 会，东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 中国知 网，东

43、兴证券 研究所 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 P15 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 表5：刀具材料分类及主要应用场合 描述主要应用场合 在复杂刀具，尤其是制造孔加工刀 具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿 刀具等一些刃形复杂刀具，高速钢 仍占据主要地位。 高合金钢,必须通过热处理强化。在淬火状态下，高速钢中的铁、 铬、部分钨与碳形成极硬的碳化物，可以提高钢的耐磨性。另一 部分钨溶于基体，增加钢的红硬性。 高速钢 主要通过优化合金材料和研制新型涂层来提高刀具硬度、耐磨

44、性 常用于制造结构较为简单的刀具， 硬质合金 陶瓷 和表面惰性，以提高刀具的整体加工性能和使用寿命如车刀、端铣刀、刨刀等。 主要用于冷硬铸铁、高硬钢和高强 钢等难加工材料的半精加工和精 加工。 主要通过添加不同化合物、改进加工工艺和研制新型涂层来提高 刀具耐磨性、韧性，提高刀具的使用寿命，扩展刀具是使用范围 主要用于精加工有色金属及非金 属，如铝、铜及其合金、陶瓷、合 成纤维、强化塑料和硬橡胶等。 人造聚晶金刚 石(PCD) 指用硬度可与金刚石相比拟的超硬材料制成的刀具。由于天然金 刚石价格比较昂贵，所以超硬材料刀具生产上大多采用人造聚晶 金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它们

45、的复合材 料。 超硬 材料 刀具 适于用来精加工各种淬火钢、硬铸 铁、高温合金、硬质合金、表面喷 涂材料等难切削材料。 聚晶立方氮化 硼(PCBN) 资 料 来 源 ： 中国产 业信息 网，东 兴证券 研究所 表6：各类刀具材料性能对比 性能指标优点缺点 淬火硬度：HRC6367，热硬性： 500600，允许切削速 具有较高的强度和韧性，并且具有一定的 硬度和耐磨性；制造工艺简单。 高速钢硬度低，红硬性差。 度：40m/min。 硬度、耐磨性、耐热性都很高。切削性能 硬度：HRC7482，热硬性：可 达 8001000，切削速度： 100300m/min。 比高速钢高得多，硬度比高速钢高，耐用

46、 抗弯强度和韧性比高速钢低，工 硬质合金 度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同 时，切削速度可提高 410 倍。 艺性也不如高速钢。 很高的硬度与耐磨性；很高的耐热性；有 脆性大，强度与韧性低，抗弯强 高的化学稳定性，陶瓷与金属亲和力小， 度只有硬质合金的 1/21/5；导 高温抗氧化性能好，即使在熔化温度下也 热率低，仅为硬质合金的 1/2 不与钢相互作用，因而刀具的粘结、扩散、 1/5，热膨胀系数比硬质合金高 硬度 9195HRA，热硬性： 1200，常用速度：100 400m/min，甚至可高达 750m/min。 陶瓷 氧化磨损较少。1030%，抗热冲击性较差。 极高的硬度和耐磨性；很低

47、的摩擦系数； 切削刃非常锋利；很高的导热性能；热膨 胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起 的刀具尺寸的变化很小。 人造聚晶 金刚石 硬度：HV5000 以上，热硬 性：700800，切削速 度：25005000m/min。 热硬性差，不能在高温下切削； 与铁元素的亲和力很强，不易加 工黑色金属。 超 硬 材 料 刀 具 (PCD) 聚晶立方 氮化硼 硬度：8000HV极高的硬度和耐磨性；很高的热稳定性； 抗冲击性能较硬质合金差，使用 10000HV，热硬性温度： 优良的化学稳定性；较好的热导性，热导 时应注意提高工艺系统的刚性， 14001500。 性仅次于金刚石；较低的摩擦系数。 尽量避免冲

48、击切削 (PCBN) 资 料 来 源 ： 中国产 业信息 网，东 兴证券 研究所 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 1 0%以上。 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P16 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢

49、是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 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 2.53 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

50、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。 图29：粉末冶金 AHPT15 高速钢的显微组织图30：世界粉末冶金高速钢在各类刀具中的占比 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 齿轮刀具拉刀立铣刀钻

51、头 资 料 来 源 ：粉 末冶金 高速钢 的组织 和性能 研究，东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 公开资 料，东 兴证券 研究所 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

52、市场规模约为 20 亿美元。 从进出口的市场规模看，2015-2019 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

53、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。 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 东兴证券深度报告 P17 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DONGXING SECURITIES 图31：我国模具进出口金额（亿美元）图32：2019 年我国模具行业的进出口产品结构 70 60 50

54、40 30 20 10 0 20% 15% 10% 5% 出口 14.12% 0% 塑料橡胶模具 冲压模具 其他 -5% -10% -15% -20% -25% 进口 44.96% 40.92% 2015 进口 2016 出口 201720182019 进口同比出口同比 资 料 来 源 ： 海关总 署，中 国模具 工业协 会，东 兴证券 研究所资 料 来 源 ： 海关总 署，中 国模具 工业协 会，东 兴证券 研究所 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

55、 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

56、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 S136、 8407、 DIEVAR、XW-41 等， 德国 1.2083、1.2344、1.2379，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 （250-800mm600-1200mm）及大尺寸的模具扁钢（30-300mm400-1500mm） 。 表7：中外代表牌号的模具钢对标 钢种国标美国 AISI德国 DIN日本 JIS 3Cr2W8V 5CrNiMo 5CrMnMo 4Cr

57、5MoSiV1 Cr12 H21 L6 1.2581 1.2713SKT4 SKT5 热作模具钢 冷作模具钢 H13 D3 1.2344 1.208 SKD61 SKD1 SKD11Cr12MoV Cr12Mo1V1 9CrWMn 3Cr2NiMo 3Cr2Mo 1.2601 1.2379 1.251 D2 O1SKS3 718 P20 1.2378 1.2311 塑料模具钢 资 料 来 源 ： 中国知 网，东 兴证券 研究所 敬 请参阅 报告结 尾处的 免责声 明东 方 财 智 兴 盛 之 源 P18 东兴证券深度报告 钢 铁 行 业 ： 高性能 工模具 钢是我 国的战 略性新 兴产业 DO

58、NGXING SECURITIES 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。 表8：国产和进口模具钢市场的差异 项目进口国产 外观一般以精加工后销售一般以黑皮料

59、销售 一般以钢厂直销方式经营，提供配套热处理、抛光处 以钢贸商销售为主，钢厂以单纯的买卖关系方式销 销售方式 理、失效分析、选材培训、精料加工等有偿服务售，少有售后 质量等级 价格 以高端的质量等级产品为主以中低端的质量等级产品为主 一般是进口模具钢价格的三分之一一般是国产价格的 35 倍 资 料 来 源 ： 百度， 东兴证 券研究 所 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 148 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

60、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，2018 年我国刀具市场总消费规模达到 421 亿元，创 历史最高记录，同比增长 8.5%。其中国产刀具约 273 亿元人民币，占比 65%；进口刀具（含境外品牌） 148 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 2007 年的 18675 美元/吨上涨至 2012 年 98931 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