机床刀具是工业消费品，赛道好空间大，国产刀具行业有较大提升空间。刀具是机床加工中使用的耗材，需求较为稳定，周期性较弱。根据华锐精密招股书，全球市场规模超过300亿美元，国内约400亿元。根据山特维克与肯纳金属年报，全球市场高端应用集中在航空、汽车领域与欧美地区。根据华锐精密及欧科亿招股书披露，国内刀具消费占机床消费比例约25%，低于发达国家的50%；硬质合金刀具中刀片占比约50%，亦低于发达国家。随着产业升级及机床数控化率提升，国内整体刀具消费及数控刀片市场均有较大提升空间。
市场竞争围绕产品与服务，高端直销为主，中端经销为主。数控刀片核心技术包括基体材料、结构设计、精密成型、涂层等环节。刀具对加工质量、成本与销量有直接影响，同时需根据加工材质、加工工艺的不同进行针对性设计，种类繁多。高端市场需提供整体解决方案，以直销为主，山特维克一方面布局全球培训、配送、售后网络，一方面利用数字化技术赋能非标定制。中端市场综合比拼产品性能与价格，日韩及国内企业以经销为主。
国产刀具性能已与日韩产品相当，进口替代有望加速。进口产品第一梯队为山特维克等欧美企业，第二梯队为三菱等日韩企业。国产刀具性能上已与日韩刀具相当，尚弱于欧美刀具，在产品力角度已具备部分进口替代条件。部分国内企业如华锐精密、欧科亿等采取产品集中攻关，销售尝试新模式等策略，取得较快成长。根据行业各公司招股书与年报数据，2017年至2020年，华锐精密与欧科亿数控刀片产量年复合增长率分别为33%和40%。若考虑株洲钻石与厦门金鹭在内，四家国内主要企业数控刀片产量2017年至2020年从1.2亿片提升至2.3亿片，年复合增长率约22%。
一、机床锋刃：刀具系统（一）直接作用于工件，硬质合金数控刀片占据主流
机床主轴通过切削刀具作用于工件，刀具可根据材质与结构分类。机床是工业母机，刀具则是机床直接作用于工件的锋刃，对整体加工效果有重要影响。机床主轴与刀具系统间一般由工具系统连接，刀具系统根据材质的不同可分为工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料刀具，根据结构的不同可分为可转位刀具、整体刀具、焊接刀具。
硬质合金各项性能较为均衡，在材质中占据主流。切削刀具材质主要包括工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等，各类材料具有不同优劣势，如工具钢的耐冲击性较好、硬度相对较差，陶瓷材料的化学稳定性高、强度与韧性低，超硬材料硬度最高、断屑性能不佳。硬质合金由作为主要组元的难熔金属碳化物（如碳化钨）和起粘结相作用的金属（如钴）组成，硬度、耐磨性、强度及韧性指标较为均衡，可用于车铣钻等多种工艺，铸铁、有色金属、不锈钢等多种材料的加工。
全球及国内硬质合金占比分别为63%和53%，国内占比有进一步提升空间。根据华锐精密招股说明书披露，世界及国内切削刀具中，硬质合金占比分别为63%和53%。硬质合金国内外占比差异部分与产业结构有关，如根据沃尔德招股书，国内消费电子行业发展较快使得适用于屏幕切割的超硬材料占比上升。随着国内经济的进一步发展与汽车、航空航天等高端装备行业的突破，硬质合金材料占比有望向世界平均水平靠近。
相比整体或焊接刀具，刀片灵活性及经济性较好。焊接刀具与整体刀具均一体参与切削，发生磨损后需要重新磨制或直接报废。可转位刀具系统由固定刀杆和可替换和转位的刀片组成，灵活性及经济性较好。海外龙头刀片销售占比较高，以山特维克为例，2018年刀片销售与圆柄刀具销售的比例约为3:1。根据欧科亿招股说明书披露，2019年刀片销售约占硬质合金刀具销售的50%。随着国内刀片行业发展及机床数控化率提升，国内刀片销售占比有望向上提升。
（二）全球市场超过300亿美元，汽车与航空应用较多
全球市场超过300亿美元，20年受疫情影响下滑，亚洲市场恢复较快。根据华锐精密招股书，2016年-2018年全球切削刀具消费额分别为331亿美元、340亿美元和349亿美元，稳定在300亿美元以上。根据山特维克年报，2020年刀具业务受疫情影响，销售额为35.4亿美元，较2018年下降约25%，但亚洲中端市场从20Q2开始率先复苏。从国内金属切削机床产量情况看，2019年受贸易战因素影响景气度较差，2020年克服疫情影响后景气提升较快，月产量累计增速在2020年10月由负转正，对刀具消费产生拉动作用。
高端刀具：市场集中在汽车、航空产业与欧美地区。根据山特维克年报披露，高端刀具市场竞争主要在山特维克、肯纳金属及伊斯卡间进行，中端市场的竞争者还包括日本三菱、中国株钻等。根据山特维克及肯纳金属年报，行业方面，除通用机械行业外，汽车、航空是刀具消费量最大的细分行业，收入占比合计约40%。在受疫情影响前，山特维克航空业务收入提升较快，由2015年的4.8亿美元增加至2019年的7亿美元，贡献了同期刀具收入增量的63%。地区方面，欧美是主要市场，收入占比合计在70%以上。
中端刀具：日本销售额保持稳定，硬质合金占比显著上升。日韩刀具是中端市场的代表，包括三菱综合材料、京瓷、特固克、克洛伊等公司。根据Bloomberg数据，2011年-2019年，日本机床刀具销售额由3868亿日元增长至4560亿日元，年复合增长率为2.1%。同期，硬质合金刀具销售额年复合增长率为3.3%，收入占比由59%增长至65%。
（三）国内市场规模约400亿元，制造业升级带来增长契机
国内市场规模约400亿元，作为耗材受周期影响较小。根据欧科亿招股书数据，2005年至2011年，国内刀具市场与金属切削机床市场共同经历了快速增长，刀具市场规模由137亿元增至400亿元，年复合增长率为19%。2011年后，国内金属切削机床经历产业调整，产量由2011年的86万台下降为2019年的42万台，刀具作为耗材，受周期影响较小，消费额维持在400亿元的规模。
数控化率提升、消费占比提升带来增长契机，数控刀片首先受益。刀具的性能很大程度上决定了机械加工质量与生产效率，现代数控机床需与高效刀具互相协调、平衡发展。根据华锐精密招股书披露，德国、美国、日本等制造业强国的机床数控化率在60%以上，刀具消费规模为机床消费的50%。2019年，中国金属切削机床数控化率为38%，刀具消费额占机床消费的25%，处于快速提升阶段，但仍与发达国家存在较大差距。
在我国刀具产品消费结构中，由于我国机械加工的机床数控化水平较低，数控刀片占比较低。根据欧科亿招股书披露，国内硬质合金刀具产品中刀片与其他刀具的比例约为1:1，而山特维克2018年数据为3:1，预计国内数控刀片消费将首先受益于制造业升级，增长空间广阔
进口刀具金额保持稳定，占比逐渐下降。根据华锐精密招股说明书披露，中国刀具进口规模保持在130亿元左右，2015年前，进口占比有所上升，反映了下游制造业升级，对高端产品需求增加。随着国内包括华锐精密、欧科亿在内的新兴企业涌现，国产替代启动，进口占比由2015年的37.2%逐步下降至2019年的34.6%。
二、抽丝剥茧：刀具行业的竞争逻辑（一）产品端：材料与工艺构成繁多品类
刀具产品主要根据工件材料、切削工艺进行分类。切削刀具直接作用于工件，不同工件材质及不同切削工艺都对切削刀具产生不同需求，形成繁多的产品种类。如按工件材质区分，可分为钢、不锈钢、铸铁、有色金属、耐热合金、淬硬钢等，如按切削工艺区分，可分为车削、铣削、钻削等。
工件材料中占比较高的是普通钢、难切削材料（不锈钢、耐热合金等），需进行基体、结构、涂层等方面的针对性研发。根据欧科亿披露，工件材料根据ISO标准可分为钢、不锈钢、铸铁、有色金属、耐热合计、淬硬钢等六组，其中普通钢使用占比最高为30%，不锈钢、耐热合金等难切削材料使用占比为23%。为适应不同工件材料的加工要求，刀具厂家需在基体材料、结构与涂层方面进行针对性研发，如欧科亿主要针对钢材切削开发了通用槽型、梯度结构基体、高耐磨低摩擦化学涂层等。
切削工艺中车削、铣削占比较高，刀具工艺特点不同。机床金属切削工艺包括车削、铣削、钻削、镗削等，其中车削与铣削占比较高。根据Wind数据，在德国金属机床产值中，车削、铣削各占16%和11%，部分兼具车削、铣削工艺的加工中心占25%，合计为52%。车削工艺中工件做主运动，通常只有一个切削刃参与切削，铣削工艺中，刀具做主运动，通常有多个切削刃同时参与切削，该种工艺的区别使得车削刀片与铣削刀片在结构、轮廓、生产精度控制、涂层技术等方面均存在区别。
（二）渠道端：直经销并存，高端需求定制化
刀具成本占比一般较低，少数用户超过5%，消费额举足轻重。以航亚科技为例，其主要产品是航空发动机零部件，工件材质主要为钛合金等难切削材料，其刀具采购额占营业成本的比例约在12%左右。若我们假设每个企业营业成本一致，经简单估算，刀具成本占比在5%以上企业的刀具消费额是所有成本区间企业中最多的，占整体刀具消费额的比例在30%左右。
高端市场以直销为主，中低端市场以经销为主，客户库存量较少。根据第四届切削刀具用户调查报告，约有30%的刀具系直销，60%为经销，还有9%为电商销售，在整体市场中，经销占据主要地位。中低端市场以经销为主，根据华锐精密招股书，数控刀具业务中经销占比均在80%以上。高端市场以直销为主，根据山特维克年报，其收入中55%-60%为直销，其中在亚洲市场高端产品为直销，中端产品为经销。
（二）生产端：多环节、高投入
数控刀片核心技术包括基体材料开发、结构设计、精密成型、涂层四大环节，细节技术不同企业各有侧重。基体材料技术可细分为牌号开发及稳定性控制技术，结构设计主要是槽型设计，精密成型可细分为模具制备、混合料制备、压制成型控制、烧结成型控制、磨削加工技术，涂层可细分为PVD涂层开发、CVD涂层开发技术。刀具企业一般均具有着四大技术环节，但在具体细节上各有侧重，若比较华锐精密与欧科亿的精密成型环节，除压制、烧结等共同环节外，华锐精密更加强调模具制备，欧科亿更加强调磨削加工。
数控刀片生产环节主要包括配料、压制成型、烧结成型、深加工、涂层等，进口设备投资较大。数控刀片的生产环节与核心技术环节存在对应关系，配料、压制、烧结共同实现基体材料技术，压制、烧结、深加工共同实现结构设计与精密成型技术。根据华锐精密与欧科亿招股书，其主要生产设备投资较大，年产能单位投资额约4元/片，占产品单价的约70%，除烧结炉实现国产，压机、磨床、PVD涂层炉、CVD涂层炉等主要设备仍需要从德国、瑞士、日本等国进口。
华锐精密与欧科亿在设备投资上大方向一致，细节有所差异。华锐精密与欧科亿的基本工艺流程一致，主要设备在种类上一致，受产品结构与具体工艺路线影响在细节上有所差异。如在精密成型方面，欧科亿对磨床投资较多，在涂层方面，华锐精密的铣削刀具较多，因此对PVD涂层炉的投资较大。
行业整体的投资较重，资产周转率较低。主要公司总资产周转率均均低于1，其中山特维克、肯纳金属高于0.8，领先与株洲钻石、欧科亿、华锐精密等国内企业，体现了较高的运营效率与产品附加值
成本主要由直接材料与制造费用构成，原材料价格影响可控。华锐精密与欧科亿在刀具业务方面均呈现出以直接材料与制造费用为主的成本结构，直接材料与制造费用各占营业成本的40%-50%，其余10%为直接人工成本。华锐精密的主要原材料为碳化钨及钴粉，占营业成本的比例分别约为30%及10%，其中占比最高的碳化钨近年市场价格保持稳定，价格变动一般不超过20%，对利润总额的影响约10%，钴粉价格变动相对较大，但占成本比例较低，原材料价格对盈利能力的影响相对可控。
三、精益求精：国产替代正当时（一）他山之石：海外巨头成长之路
刀具业务围绕产品及服务展开，山特维克两翼并进铸就龙头地位。刀具直接作用于切削工件，其性能与加工质量、效率有直接关系，对产品性能要求较高；同时刀具又与工艺紧密联系，需根据工件材质、切削参数等进行选择，种类繁多，服务也非常重要。产品与服务是海外刀具巨头发展的两条主线。以山特维克为例，其产品革新围绕材质、结构与涂层，先后推出了机械加紧可转位刀片、伽马涂层、模块化工具系统、金刚石涂层、氧化铝单晶涂层等新产品；其服务早期围绕销售渠道展开，逐步建立了完善的培训、配送及售后体系，后续重点推进数字化与定制化服务，通过刀具选择程序、加工模拟程序等提升了非标定制的效率与经济性。
山特维克业务广泛，近年重新聚焦盈利能力较强的刀具业务。与诸多跨国公司类似，山特维克的业务广泛，除刀具业务外，还包括材料业务、矿山业务等，刀具业务收入占比在2011年约为30%。刀具业务盈利能力较强，营业利润率一般高于公司整体，2012年后山特维克重新聚焦刀具业务，主要是整合放弃了部分矿山业务。2019年，刀具业务收入占公司40%，营业利润占公司63%，是公司无可置疑的核心业务。
刀具业务的资本驱动性较强，收入与资产同步扩张。刀具业务资产较重，业务发展离不开资产投入。2004年至2019年，山特维克机械加工业务收入由26亿美元增加至44亿美元，年复合增速为3.4%，资产同步扩大，收入/资产保持在1.1左右，折旧摊销占营业收入比例保持在5%左右。除少数年份因宏观环境变化，导致收入下滑、盈利承压外，山特维克刀具业务多数年份的盈利能力较好，营业利润率保持在20%-25%。
提供整体解决方案，行业覆盖广泛。根据山特维克官网，其具备为航空航天、汽车、石油天然气、医疗、模具、发电、风电等领域提供整体解决方案的能力。山特维克的整体解决方案建立在具体零部件加工的基础上，覆盖广泛，以汽车为例，其业务涵盖变速箱生产中涉及的轴、齿轮等，发动机生产中涉及的缸体、缸盖、曲轴、连杆等，其他零部件中的壳体、转向节、制动钳等
整体解决方案的提供依托于全面产品线。单一零部件的加工需经若干工序，需要不同的机床刀具，山特维克全面的产品线支撑了其整体解决方案。以航空钛合金整体叶盘为例，山特维克可为高进给侧铣、半精加工点铣、深槽插铣、钻削提供适用刀具，并配套了适合小尺寸深入加工的刀杆系统。
并购进一步完善产品线。在发展过程中，山特维克收购了多家公司，主要包括法国（1971年收购），德国瓦尔特（2002年收购），挪威Teeness（2008年收购），Precorp（2013年）。伊斯卡的母公司IMC集团（伯克希尔哈撒韦旗下）的并购路径更为清晰，其整合了多家刀具公司，形成了全面与特长兼顾的布局，除产品线全面的伊斯卡外，还包括擅长重型铣削、镗削的Ingersoll，擅长汽车发动机铝加工工具的，擅长石油领域用螺纹刀具的ToolFlo等。
（二）望其项背：国产刀具性能已与日韩产品相当
硬质合金数控刀具通常包含材料性能及切削性能两个维度，材料性能包含基体硬度、涂层硬度和冲击韧性等，一般而言硬度越高，冲击韧性就越差，通常要根据刀具的具体应用领域平衡其硬度和韧性。切削性能则包含耐用度、加工效率和加工精度，直接关系到切削加工的质量、效率与成本。材料性能与切削性能是相互联系的，一般来说材料性能越好，切削性能也越好，在很多情况下刀具性能无法简单通过硬件指标体现，需在实际切削中展现。国内部分厂商的刀具性能目前已与日韩刀具相当，仍落后于以山特维克为代表的欧美刀具。
材料性能指标上国产刀具与进口产品已处于同一水平。根据华锐精密披露，其PVD与CVD涂层刀具在硬度、韧性指标上与进口产品基本一致，PVD涂层刀具在反映涂层合金结合强度的大载荷划痕指标上略弱于三菱、特固克等日韩产品，总体性能指标处于同一水平。
切削性能方面国产刀具与日韩刀具相当，尚落后于欧美刀具。根据欧科亿披露，其刀具在切削力、断屑、磨损、加工精度等方面已与三菱、泰珂洛等日韩刀具相当，但仍与山特维克等欧美刀具存在差距。在切削力方面，在不同参数下切割不锈钢时，欧科亿与三菱产品在X、Z、Y轴方向上的切削力基本相当，处于同一水平。
在磨损方面，欧科亿与三菱产品在切割不锈钢时表现相当，加工时间达到24分钟时磨损超过0.3毫米，出现崩刃等现象；欧科亿与泰珂洛产品在切割钢件时表现相当，在加工长度达到42米时磨损超过0.3毫米，出现崩刃等现象，但山特维克刀具在上述工况下磨损较小，仍能正常加工。
在加工精度方面，在选取的切割不锈钢及钢件的工况下，欧科亿与三菱及泰珂洛产品互有优劣，整体表现相当，山特维克产品则在各工况中表现较好。
（三）蓄势待发：国产刀具企业快速成长
海外刀具巨头市场份额较高，国内企业近年成长较快。根据华锐精密披露，欧美数控刀片生产起步于20世纪40年代，国内1988年才从山特维克引进了第1条硬质合金数控刀片生产线。欧美刀具企业在国内市场竞争中仍处于第一梯队，日韩企业处于第二梯队，2018年，国内企业中除株洲钻石外，市占率均小于1%。近年来国内企业增长较快，华锐精密与欧科亿两家民营企业尤其突出，2017年至2020年产量分别增长了175%和136%。结合厦门金鹭与株洲钻石披露数据估算，2017年至2020年，四家国产头部企业数控刀片产量由1.2亿片增长至2.3亿片，年复合增长率约22%
产品突破路径：集中攻关。数控刀片根据工艺与加工材质的不同具有繁多的类别，对后发企业来说，集中攻关，以一点突破带动整体突破是可行的策略。欧科亿着眼于工件材质，首先完成钢件的攻关，接下来依次开拓不锈钢及铸铁材质业务。华锐精密着眼于切削工艺，首先在铣削方面取得突破，随后带动市场空间更大的车削业务。集中攻关使国内企业取得了最初的市场突破，但无论是开拓高端市场，还是提供整体解决方案，都要求国内企业下一步提升产品的全面性。
销售路径：尝试新模式。刀具传统销售模式为直销与经销，其中直销面向终端用户，经销面对代理商。欧科亿与华锐精密在市场开拓过程中进行了新销售模式的尝试，欧科亿利用部分工具企业的客户资源优势，开拓OEM/ODM业务，促成了销量的快速提升；华锐精密打破行业惯例，尝试开展专卖店业务，在产品推广策略、考核政策、技术支持方面与一般经销有所区别，致力于提升公司在终端用户中的影响力。
资本市场助力行业进一步发展。2020年对刀具行业来说是资本市场大年，株洲钻石通过上市母公司定增募资扩产，华锐精密与欧科亿成功实现科创板IPO。在具备市场契机与资金保障的情况下，主要刀具厂商纷纷进行扩产，在硬质合金数控刀片方面包括株洲钻石2000万片、华锐精密3000万片、欧科亿4000万片、厦门金鹭4000万万片，合计1.3亿片，约占这4家企业2020年产量的50%。成功科创板上市的欧科亿与华锐精密均规划了研发中心项目，目前在研项目既包括涂层、超细纳米、金属陶瓷等基础研究，也包括航空加工、高温合金加工、小零件加工等国内急需的应用研究，若实现技术突破，将进一步加快进口替代的速度。
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