1、超硬材料聚晶金刚石及复合片行业分析报告2016年超硬材料聚晶金刚石及复合片行业分析报告 2016年9月一、行业主管部门、监管体制、主要法律法规及政策51、行业主管部门及管理体制52、行业主要法律法规及政策5（1）行业相关政策法规6（2）下游能源领域相关政策法规8二、行业概况91、行业基本概念92、行业发展历程113、行业特点及发展趋势12（1）复合超硬材料产业市场需求潜力巨大12（2）油气钻头用PDC的性能及稳定性在钻探用复合片中要求最高13（3）从事油气钻头用PDC领域企业的下游应用空间不断增大14（4）行业下游客户具有较高的黏性和稳定性14（5）我国PDC产品具有较高的性价比优势15（6）
2、PDC产业在全球正逐步实现产业转移164、行业竞争格局16三、行业进入壁垒171、技术壁垒172、客户壁垒183、规模壁垒19四、行业市场发展概况201、我国超硬材料行业市场概况202、复合超硬材料行业市场概况203、聚晶金刚石复合片行业市场概况21五、行业发展前景及机遇221、石油天然气领域23（1）油气钻头用PDC市场规模23（2）影响行业发展的主要因素24油气开采及消费规模持续增长24钻井及钻机数不断增加，钻探深度不断提高27PDC钻头成为油气用主流钻头292、页岩气领域303、煤田矿山领域314、机械加工领域32（1）刀具用复合片32（2）其他33六、行业利润水平的变动趋势及原因33七
3、、行业技术水平和特点、周期性、季节性和区域性特征341、行业技术水平和特点34（1）工艺技术34（2）材料配方352、行业经营模式363、行业区域性364、行业周期性、季节性37八、行业上下游的关系371、与上游关系38（1）单晶金刚石38（2）硬质合金382、与下游关系40九、行业主要企业简况401、国外企业40（1）美国合成（USSynthetic）40（2）元素六41（3）Megadiamond412、国内企业41（1）郑州新亚超硬复合材料有限公司41（2）河南四方达超硬材料股份有限公司41十、影响行业发展的因素421、有利因素42（1）国家产业政策推动聚晶金刚石制品行业繁荣发展42（2
4、）国内上游产业为本行业的快速发展创造有利条件43（3）油气用聚晶金刚石复合片下游行业需求旺盛44（4）国际产业转移为本行业及整个超硬材料行业均创造了更好的发展空间462、不利因素48（1）与国际先进厂商仍然存在一定技术差距48（2）全球经济尚未完全复苏51一、行业主管部门、监管体制、主要法律法规及政策1、行业主管部门及管理体制聚晶金刚石及复合片属于超硬材料行业。我国超硬材料行业的行政主管部门是国家发改委，其职责主要是负责行业发展规划的研究、产业政策的制定，指导行业结构调整、行业体制改革、技术进步和技术改造等工作。对超硬材料行业进行实际管理和协调的机构是中国机床工具工业协会超硬材料分会。中国机床
5、工具工业协会超硬材料分会是由我国超硬材料及其制品行业的工业企业、科研、设计单位、高等院校及其他与超硬材料及制品密切相关的企业自愿参加的全国性的行业组织。它是不以盈利为目的，不受地区、部门、隶属关系和所有制限制的经民政部批准设立的社会团体，其具体业务归中国机床工具工业协会领导。目前，复合超硬材料及制品行业的市场化程度很高，政府部门和行业协会仅负责宏观管理和政策指导，企业的生产运营和具体业务管理基本以市场化方式进行。2、行业主要法律法规及政策聚晶金刚石作为新型、高技术含量的复合超硬材料，是我国新材料产业的重要组成部分，大力发展聚晶金刚石制品等高精密超硬材料是我国实现经济结构战略性调整，加快培育和发
6、展高端装备制造、新能源和新能源汽车等战略性新兴产业的基础保障，是实施国民经济和国防建设重大工程的重要基础，国家已先后颁布了多项政策法规来支持和推动该行业的发展。由于聚晶金刚石复合片是油气、矿山钻头的重要部件，国家出台颁布的关于能源开发的多项政策法规也为本行业的发展提供了充足的推动力。（1）行业相关政策法规2006年2月，国务院发布了国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年），提出要重点研究开发满足国民经济基础产业发展需求的高性能复合材料及大型、超大型复合结构部件的制备技术，高性能工程塑料，轻质高强金属和无机非金属结构材料，高纯材料，稀土材料，石油化工、精细化工及催化、分离材料，轻
7、纺材料及应用技术，具有环保和健康功能的绿色材料。2011年6月，国家发改委、科技部、工信部、商务部、知识产权局联合发布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）中，将新型超硬材料及设备作为新材料产业的重要部分，列为优先发展的高技术产业。2011年7月，国家科学技术部发布的国家“十二五”科学技术发展规划中提出要大力发展新型功能与智能材料、先进结构与复合材料、纳米材料、新型电子功能材料、高温合金材料等关键基础材料。实施高性能纤维及复合材料、先进稀土材料等科技产业化工程。掌握新材料的设计、制备加工、高效利用、安全服役、低成本循环再利用等关键技术，提高关键材料的供给能力，抢占新材料应用技
8、术和高端制造制高点。2011年12月，国家发改委、商务部发布了外商投资产业指导目录（2011年修订），将超硬晶体、超硬复合材料等高新技术有色金属材料以及钻探用高性能金刚石钻头的生产均列入鼓励外商投资产业目录。2012年1月，国家工信部发布了新材料产业“十二五”发展规划，指出材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。规划中提出要巩固人造金刚石和立方氮化硼超硬材料、激光晶体和非线性晶体等人工晶体技术优势，大力发展功能性超硬材料和大尺寸高功率光电晶体材料及制品；将直径46mmPCD高品级复合片以及满足高效精密加工需求的切、削、磨、钻、研、抛等工具及耐磨、散热、
9、透光、抗辐射等功能性器件的高效精密超硬材料制品列为重点鼓励发展的产品；同时对于与超硬材料相关产业链产品和装备也列入重点发展内容，如将超硬材料用大型压机列为重点鼓励发展的新型无机非金属材料关键装备，将黄色透明、杂质含量少、高硬度、高耐磨、高热导率金刚石单晶列为重点鼓励发展的产品。2012年7月，国务院印发了“十二五”国家战略性新兴产业发展规划，提出要大力发展新型功能材料、先进结构材料和复合材料，同时积极发展高纯石墨、人工晶体、超硬材料及制品；加快突破新材料先进加工制造技术和装备，推进高性能复合材料、先进结构材料、新型功能材料开发和产业化；到2020年，力争使新能源、新材料、新能源汽车产业成为国民
10、经济先导产业。（2）下游能源领域相关政策法规2010年10月，中共十七届中央委员会第五次全会批准了中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要，提出要加大石油、天然气资源勘探开发力度，稳定国内石油产量，促进天然气产量快速增长，推进煤层气、页岩气等非常规油气资源开发利用。2012年9月，国务院发布了全国海洋经济发展“十二五”规划，提出要加大海洋油气勘探力度，稳步推进近海油气资源开发，加强勘探开发全过程监管和风险控制。提高渤海、东海、珠江口、北部湾、莺歌海、琼东南等海域现有油气田采收率，加大专属经济区和大陆架油气勘探开发力度。依靠技术进步加快深水区勘探开发步伐，提高深远海油气产量。到201
11、5年，争取实现新增海上石油探明储量10亿12亿吨，新增海上天然气探明储量4000亿5000亿立方米；海上油气产量达到6000万吨油当量。2013年1月，国务院印发了能源发展“十二五”规划，指出要加快常规油气勘探开发，按照稳定东部、加快西部、发展南方、开拓海域的原则，围绕新油气田规模高效开发和老油气田采收率提高两条主线，鼓励低品位资源开发，推进原油增储稳产、天然气快速发展；强调加快海上油气资源勘探开发，坚持储近用远原则，重点提高深水资源勘探开发能力；到2015年，新增石油探明地质储量65亿吨以上，产量稳定在2亿吨左右；新增常规天然气探明地质储量35万亿立方米，产量超过1300亿立方米；将石油对外
12、依存度控制在61以内。二、行业概况1、行业基本概念超硬材料是指硬度可与金刚石相比拟的材料，目前使用的超硬材料主要是金刚石与立方氮化硼。超硬材料行业包括单晶超硬材料行业（单晶金刚石/立方氮化硼材料）和复合（聚晶）超硬材料行业，而复合超硬材料主要是指以金刚石和立方氮化硼等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料，其广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、木材、建筑、汽车、家电、电子信息、航天航空、国防军工等领域。与传统硬质合金相比，复合超硬材料在硬度、摩擦系数、加工精度与使用寿命方面具有明显优势；与单晶超硬材料相比，复合超硬材料晶粒呈无序排列，因
13、此其不仅具有单晶超硬材料所固有的卓越性能，还具有在不同晶面上的强度、硬度、耐磨性有较高一致性的各向同性优点以及在生产制造中的一些优良特性，其对于技术水平和加工工艺精度等方面也具有更高的要求。复合超硬材料主要包括聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）及复合片。聚晶金刚石和聚晶金刚石复合片及制品，是超硬材料中技术含量较高、工艺加工水平要求较高的产品之一，其中聚晶金刚石复合片（polycrystallinediamondcompact，PDC）是一种新型的复合超硬材料，是通过将金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压下烧结而成，既具有聚晶金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗
14、冲击韧性，是石油钻头、天然气钻头、煤田矿山钻头、高端机床加工切削刀具等工具的核心部件，广泛应用于石油、天然气、页岩气、地质、煤田的开采钻探及非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等多个领域。2、行业发展历程复合超硬材料中聚晶金刚石的特性类似于天然“卡布纳多”（Carbonado）金刚石，这种金刚石具有很高的硬度、强度和耐磨性，在自然界中较为稀少。从上世纪60年代起美国与苏联的科学家就尝试人工合成“卡布纳多”，1966年DeBeers的Blainley等人提出用亲和性金属为结合剂研制金刚石聚结体，1971年GE公司发明了由硬质合金支撑的聚晶金刚石复合片并于1972
15、-1973年正式用于商品化生产，成为材料科学领域具有划时代意义的发明。GE公司研制发明的聚晶金刚石复合片起初应用于机械加工刀具，1976年GE公司正式向市场提供专用于石油、天然气的PDC系列产品Stratapax钻井钻头用PDC；1983年，美国合成公司（USSynthetic）进入PDC市场，并重点在钻井市场试验与推销其产品，经过卓有成效的研发工作，其PDC钻头的钻井效果显著提升，从而使PDC钻头在石油、天然气钻井中得到广泛应用，美国合成公司也于1997年成为了用于PDC钻头领域的领头企业。我国于1987年成功研制PDC并逐步进入钻井市场，此后我国超硬材料企业对PDC的制造技术作了持续不断的
16、改进，使PDC的性能有了长足的进步。1985年我国四川石油管理局与美国克里斯坦森（EastmanChristensen）公司合资建立了川石克里斯坦森金刚石钻头公司，1994年新疆石油管理局与Halliburton的SecurityDBS公司合资建立了新疆帝陛艾斯钻头工具公司，这两家企业都利用了国外成熟的PDC钻头制造技术，有力地促进了我国PDC钻头的制造与应用技术的进步，使PDC钻头在我国各大油田得以推广和普及。与此同时，在国内少数几家拥有领先技术和生产工艺的PDC生产厂商坚持不懈地研究和创新下，国产PDC产品的质量和可靠性不断提升，与国外产品差距逐步缩小，较好的满足了国内外钻头制造商对于硬地
17、层、夹层、深井等难钻地层钻头用高端PDC的需求，使我国在复合超硬材料行业中的PDC领域逐渐具备了与国际先进厂商抗衡的实力。3、行业特点及发展趋势石油和天然气钻头用聚晶金刚石复合片行业及具体细分市场具有如下特点：（1）复合超硬材料产业市场需求潜力巨大复合超硬材料与单晶超硬材料和硬质合金材料相比均具有明显的性能优势，未来超硬材料的不断升级以及高端制造产业的兴起将为复合超硬材料带来巨大的市场空间。在材料升级换代方面，复合超硬材料工具对于传统硬质合金类工具的替代将持续进行，PDC钻头近几年正不断替换硬质合金钻头。根据中国钨协的测算，在国内，2015年硬质合金市场总规模约为300亿元，按照20%的产品替
18、换率估算，复合超硬材料2015年的替换市场空间将达到60亿元；在海外，2015年硬质合金市场规模约为1000亿元，按照20%的产品替换率估算，2015年的替换空间预计将达到200亿元。从国内发展来看，国家“十二五”规划将高端制造产业列为重要的国民支柱产业，未来精密机械、高端汽车、电子信息、航天航空、国防军工等高精度领域的需求有望保持强劲增长，精密加工部件的整体刚性需求将为复合超硬材料产业创造巨大市场空间。（2）油气钻头用PDC的性能及稳定性在钻探用复合片中要求最高PDC可用于石油、天然气、煤田、矿山等各领域的钻探钻头，通过充当钻头切削齿进行地层岩石的吃入和剪切。在所有钻探用复合片中，对油气钻头
19、用PDC的性能及稳定性的要求处于最高水平，这一方面是因为油气开采的地质条件相对恶劣，在切削齿吃入和剪切岩石时需要较大的压力和切削力，会产生较高的温度和较大的冲击载荷，当冲击碎裂和热加速磨损等破坏形式同时起作用时，切削刃更易出现磨损或碎裂。因此，油气钻头用PDC的耐磨性、抗冲击性、耐热性等技术指标比其他领域用PDC要高出很多；另一方面，钻井投资是油田开发投资的重要部分，钻井作业的持续稳定直接影响到钻井成本乃至整个油田开发成本，同批次之间以及每一批次之间PDC性能指标的一致性和稳定性对于钻井作业的持续稳定进行具有重要影响。鉴于油气钻头用PDC的性能指标及品质稳定性要求较其他领域用PDC要高出很多，
20、其技术难度及生产工艺也更为复杂，我国目前只有一小部分在材料运用、配方、组装工艺、合成工艺、加工工艺等方面拥有深厚技术积累的复合超硬材料生产企业能够生产出高品质的产品并参与到国际市场竞争中。（3）从事油气钻头用PDC领域企业的下游应用空间不断增大由于从事油气钻头用PDC研发、生产的企业在技术水平、品质控制方面在复合超硬材料领域均处于较为领先的地位，因此其可以较为顺畅的在下游不同应用领域进行扩展，不断提升其市场空间。一方面，除油气钻头用PDC外，复合超硬材料还被广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域以及电子信息、航天航空、国防军工等高技术领域，使用其制成的工具包括煤田矿山PD
21、C钻头，超硬刀具、金刚石拉丝模、金刚石喷砂喷嘴等，从而使企业下游具有更大的市场空间。另一方面，页岩气等非常规油气开采技术的突破和开发，使得PDC在非常规油气开采领域也将迎来新的市场空间。根据我国页岩气“十二五”规划的目标，到2015年，我国将探明页岩气地质储量6,000亿立方米，可采储量2,000亿立方米并实现页岩气产量65亿立方米，力争2020年页岩气产量达到600-1,000亿立方米。（4）行业下游客户具有较高的黏性和稳定性油气钻头用PDC生产厂商的下游客户主要是从事PDC钻头生产及油气田钻井服务的公司，其在选择PDC供应商后一般具有较强的黏性，不会轻易更换供应商，这主要是由油气钻井成本和
22、钻井安全性两方面因素决定的。首先，钻井在油气开发中的作用非常重要，在某些油田投资开发中，钻井投资占投资开发的35%-40%，而钻头作为钻井作业中最重要的工具，其工作性能直接影响到钻井作业的成本和效率，从而决定了开发成本和日后产出的效益，而PDC的质量又直接影响到钻头的性能和钻探的速度及进程；其次，油气钻探属于特殊作业领域，具有风险高、投资高的特点，因此其对于包括钻头在内的钻井主材的安全性和可靠性要求极高，使油气钻头厂商在钻井时承担着较高的责任与风险，从而使得PDC作为钻头核心部件有着极为苛刻的准入条件。在钻井过程中PDC的非正常破损率被要求降到零。钻头厂商在选择PDC供应商时要经过对其管理体系
23、、技术水平、生产能力等全方位的考察和认证，并且需要经过长期的小批量供货测试，PDC供应商才能进入钻头厂商的供应链体系。出于钻井工作的高成本、高风险以及更换供应商成本等考虑，下游钻头厂商一旦确定PDC供应商，一般不会轻易更换，具有较高的黏性。（5）我国PDC产品具有较高的性价比优势复合超硬材料由于技术含量高、生产工艺复杂，价格相对较为昂贵，国内企业通过提升工艺技术、降低成本，在性价比上具有较强的竞争实力。国产PDC价格约为进口PDC的1/4。另一方面，原油等大宗商品价格的阶段性下降将给油气开采行业带来较大的成本压力，油气钻头用PDC作为钻井设备的重要组成部分，其生产企业必将面对下游钻头生产商带来
24、的价格压力，而国内油气钻头用PDC生产企业的产品性价比优势将会得到突显。（6）PDC产业在全球正逐步实现产业转移目前，中国的PDC生产厂商在全球的市场份额仍然较低，而欧美等国的先进厂商则占领了全球聚晶金刚石复合片及制品的绝大部分市场份额，特别是高端油气钻头用PDC生产技术一直以来都掌握在欧美厂商手中，然而随着我国复合超硬材料企业对PDC的制造技术持续不断的改进，使PDC的性能有了长足的进步，少数优秀企业经过经验积累和技术开发已经完全自主掌握了高端PDC的产品配方和生产工艺，其油气钻头用PDC产品性能和品质得到了全球大型石油设备生产厂商的认可，并越来越多的作为钻头的主切削齿部件成功打入国际市场，
25、与国外领先企业形成了直接的技术竞争。在此背景下，我国优秀PDC生产商开始越来越多的与国外企业共同参与国际市场竞争，并使PDC产业呈现出向中国转移的态势。4、行业竞争格局在复合超硬材料制品领域，目前国内具有一定实力的企业主要包括郑州新亚、海明润、四方达等，其中郑州新亚、海明润主营油气钻头用聚晶金刚石复合片，四方达复合超硬材料主要产品包括油气钻头用复合片、矿山用复合片、刀具用复合片、PCD拉丝模坯。从全球市场来看，主要欧美发达国家的先进复合超硬材料厂商在技术研发能力、工艺加工水平、产品性能指标上均具有一定的领先优势，占据了全球较大的市场份额。我国少数优秀复合超硬材料制造企业经过几十年的技术研发积累
26、和生产工艺研究，其产品已经具备了一定的国际市场竞争力。在油气用PDC市场领域，全球大部分市场份额主要被美国合成、元素六这两家企业所占据，2011年美国合成与元素六合计占全球68%的市场份额，国内企业仅占约3%。但随着近几年来国内企业的产品性能不断提升，其在全球的市场份额也在逐步扩大。公司自成立以来就以研发生产油气钻头用PDC为主营业务，在该行业具有较强的技术积累和一定的市场规模，已经能够在油气用PDC产品领域与国外企业形成竞争，在国内处于行业领先地位。三、行业进入壁垒1、技术壁垒复合超硬材料具有较高的技术含量，特别是油气钻头用PDC，其主要用于油气勘探和开采，其使用的地质条件在所有钻采作业中最
27、为恶劣，因此对于PDC的各项性能指标和质量要求也较高，准入条件较为苛刻。为了满足和达到油气钻头用PDC的质量指标要求，生产厂商往往需要在材料学、金属学及热处理、物理学、高分子材料学等学科上具有较强的技术基础，并通过多年的研发及生产经验积累，一方面在基础技术上进行课题攻关和技术创新，另一方面在生产工艺和设备选型上进行大量的生产试验和经验总结，才能在材料运用、配方合成、精密加工等方面满足生产高品质PDC的要求，同时由于下游应用领域的快速发展，下游客户的产品也在不断更新换代，进而对与之配套的复合超硬材料不断提出新的要求，生产厂商需要具备较强的技术跟进能力，包括与客户联合研制新产品、新工艺等，从而满足
28、客户新产品需求。目前，我国能够生产油气钻头用PDC特别是高端PDC产品的企业相对较少，对于新进入者来说，由于其缺少在材料运用和配方合成方面的基础技术以及工艺加工经验，因此短时间内很难生产出具有高性能指标的产品，且产品质量稳定性及良品率问题也将严重影响其产品的品质和成本，从而对其构成了较强的技术壁垒。2、客户壁垒油气钻探属于特殊作业领域，其具有风险高、投资高的特点，对于钻井主材的安全性和可靠性要求极高，使得石油钻头及设备厂商在钻井作业中往往承担着较高的责任与风险，因此其对PDC的质量及稳定性也要求极高，其在钻井过程中的非正常破损率被要求降到零，并且由于PDC的质量直接关系到钻头的性能和钻探的速度
29、及进程，因此PDC对于钻井作业的成本和效率以及投资开发成本和日后产出的效益也具有重要影响；另一方面，由于下游领域的不断变化发展，客户对于供应商的技术跟进能力和新产品研发能力也具有极高要求。为此，PDC钻头厂商在选择PDC供应商时需要对其产品品质进行严格的考核，并对其管理体系、技术水平、研发能力、生产能力进行全面考察，同时还要经过长期的小批量供货测试，最终才能将其评为合格供应商，将其纳入供应链体系，国外大型钻头厂商的供应商认证周期往往需要2-3年时间。出于钻井工作的高投资、高风险以及更换供应商成本等考虑因素，PDC钻头厂商一旦确定PDC供应商，就会形成长期稳定的合作，一般不会轻易更换。对于新进入
30、者来说，其具有较高的客户壁垒。3、规模壁垒本行业具有较高的规模壁垒，主要是由三方面因素决定：第一，油气钻头用PDC下游市场集中度较高，大部分市场份额为国际几大油气装备制造厂商所垄断，国际大客户往往要求PDC生产企业具有一定的生产规模来保证其供货能力；第二，国际大客户一般采用低库存策略，因此对交货及时性具有较高要求，进而也使PDC生产企业要具备一定规模的库存；第三，由于油气钻头用PDC的技术性能要求较高，因此PDC生产企业需要持续不断地提升产品性能和品质，来保持其在市场上的竞争力，进而使PDC生产企业必须长期持续地进行较大研发费用的投入并积极进行相关加工设备、检测设备的升级换代。对于新进入来说，
31、如果无法保证较大的生产能力和持续大量的研发投入，则其在客户开发以及持续保持市场竞争力方面将存在比较大的困难。四、行业市场发展概况1、我国超硬材料行业市场概况作为为国民经济各领域提供高效高精、节能环保材料与工具的新兴行业，超硬材料行业被规划为新材料产业六大领域之一，是国家重点发展的产业，其凭借具有其他材料无可比拟的优异力学、热学、光学、声学、电学和生物等性能，享有“材料之王”赞誉，不仅可加工世界上所有的已知材料，而且可制成性能极端的功能性器件，在诸多应用领域具有不可替代性。目前，超硬材料及制品已广泛应用于军工、航空航天、电子、机械、汽车、机床工具、精密制造、医疗、石材、建材、机场、清洁能源、高速
32、铁路、公路、石油与天然气钻井、地质勘探、煤炭及矿物采掘、救灾抢险、家庭装修等国计民生的各个领域。根据中国机床工具工业协会超硬材料分会发布的数据显示，2010年我国超硬材料行业总经济规模就已超过400亿元，其支撑着各工业领域，特别是高新技术领域的健康发展。2010年和2011年我国超硬材料行业销售收入增速分别达到2892%和2786%，2013年行业各项指标增长有所放缓，2014年增速逐步回升。2、复合超硬材料行业市场概况作为一种新型超硬材料，复合超硬材料比单晶超硬材料和硬质合金材料具有更加优良的特性，其在未来超硬材料的不断升级以及高端制造产业的兴起带动下拥有巨大的市场空间。在对硬质合金材料的市场替代空间方面，根据中国钨业协会测算，2015年硬质合金市场总规模大概在300亿元，并且将会保持20-25%的快速增长，按照20%的高端产
