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轴承行业:转移零部件产业欣欣向荣,国产替代,下游有望逐个击破

来源:轴聘网 时间:2022-09-27 作者:轴聘网 浏览量:

轴承,机械的关节

基本原理:轴承是大工业制造的关节

轴承指支持旋转轴或其他运动体的机械基础件,用于承受轴与其他轴内零部件运作过程中产生的载荷以及降低机械旋转体的摩擦系数的零部件,可对机械设备的运行性能与质量等方面产生较大影响。

基本结构通常由内圈、外圈、滚动体、保持架、密封件和油脂组成。

套圈是轴承中价值量最高的配件。

内圈和外圈统称为轴承套圈,是具有滚道的环形零件。其中内圈通常固定在轴颈上,内圈与轴一起旋转。内圈外表面上有供钢球或滚子滚动的沟槽,称为内沟或内滚道。

外圈通常固定在轴承座或机器的壳体上,起支撑滚动体的作用;外圈内表面上也有供钢球或滚子滚动的沟槽,称为内沟或内滚道。

轴承套圈占成品轴承成本的 35%。对于滚动体,每套轴承都配有一组或几组滚动体,装在内圈和外圈之间;滚动体是承受负荷的零件,其形状、大小和数量决定了轴承承受载荷的能力和高速运转的性能。

保持架将轴承中的滚动体均匀地相互隔开,使每个滚动体在内圈和外圈之间正常滚动。

滚动体占成品轴承成本的 10%。

油脂用于减少机械摩擦,起润滑和密封作用,同时也作用于金属表面,起到填充空隙和防锈的作用。防尘盖通常由薄金属冲压而成,固定在轴承的一个套圈或垫圈上,遮住轴承内部空间。

根据摩擦性质的不同,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承。

其中,滚动轴承是轴承工业的主要产品。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体、保持架、密封件和油脂组成:内圈装在轴径上,与轴一起转动;外圈装在机座的轴承孔内,一般不转动;内外圈上设置有滚道,当内外圈之间相对旋转时,滚动体沿着滚道滚动;保持架使滚动体均匀分布在滚道上,减少滚动体之间的碰撞和磨损。

滑动轴承通常由轴承体、轴瓦及轴承衬、润滑及密封装置等部分组成。滑动轴承工作平稳,基本没有噪音,回转精度和承载能力均较高。滑动轴承适用于高速、高精度、重载的场合(如汽轮发电机、水轮发电机、机床),极大型的、极微型的、极简单的场合(如自动化办公设备),结构上要求剖分的场合(如曲轴轴承),受冲击与振动载荷的场合(如轧钢机)等。

产业分布:临需而建,美/日/欧/中为目前主要制造基地轴承产业全球范围内已形成由瑞典、德国、日本、美国四个国家的八家大型轴承企业垄断竞争的态势。

八大家在全球范围内均设有制造基地,就近服务当地及区域内的制造业生产。

据头豹研究院,2020年亚洲占全球轴承消费量的 50%。相应的,亚洲具备八大家较多的制 造基地,其中,日本和中国均拥有全部八大家的主要制造基地。另外,东南亚及印度也拥有一个或多个巨头轴承制造基地。

国内经过多年的发展,主要形成了辽宁瓦房店、河南洛阳、江苏、浙江东部和山东聊城五个轴承产业集群。

依托各个地域不同的产业禀赋,北方以重工业为主,南方以汽车生产和轻工业为主,每个轴承产业集群存在不同的优势产品。

北方以生产大型轴承为主,南方以生产中小型轴承为主,而山东依托其优越的地理位置,是我国最大的轴承贸易基地。

我国具备较为完善的轴承产业链资源。

轴承制造产业的上游主要是轴承钢、改性塑料、工业陶瓷等原材料,及轴承的主要零部件。

下游应用主要涉及汽车、风电、重型机械、家电、电机、工程机械等行业,涉及制造业的各个方面。

我国在轴承产业链的各个环节都有较为完善的布局。强大而丰富的下游支撑起轴承行业的稳定需求。

下游应用:分布较为分散,汽车占比最高

轴承产业下游应用领域广泛,以汽车领域占比最高。以国内市场情况来看,轴承下游广泛应用于工业自动化、高端装备、机器人、汽车制造等领域。

2020年轴承应用领域占比最高的前三个领域分别为汽车、家用电器以及电机,分别占比为37.4%、12.4%、10.6%。

不同行业对轴承精度的要求存在差异。

轴承的精度包括尺寸精度和旋转精度,轴承的公差等级主要根据轴对支撑的旋转精度要求来确定的。

0 级表示在旋转精度大于 10μm 的一般轴承系中,应用十分广泛,如普通机床的变速机构、进给机构、汽车、拖拉机的变速机构,普通电机、水泵及农业机械等一般通用机械的旋转机构中。

6、5 级表示旋转精度在 5-10μm 或转速较高的精密轴承系中,如普通车床所用轴承(前支撑用 5 级,后支撑用 6 级)较精密的仪器、仪表以及精密仪器、仪表,和精密的旋转机构。

4、2 级表示在旋转精度小于 5μm 或转速很高的超精密仪器中,例如精密坐标镗床,精密磨床的齿轮系统,精密仪器、仪表以及高速摄像机的等精密系统。

汽车行业是轴承下游较大的应用之一。

汽车中使用到轴承的部位主要是轮毂、变速箱、差速器、发动机等等。

发动机内轴承主要包括发动机球轴承、冷凝风扇、汽车水泵轴连轴承、发动机摇臂用滚针轴承、汽车发电机轴承、车用风冷风扇轴承等。

轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导,变速箱轴承主要作用是提供支撑和承担径向载荷。

一台汽车内一般包括 4 套轮毂轴承、4 套差速器轴承,变速箱轴承和发动机轴承视不同动力的车型而定,燃油车里轴承的数量相比纯电动车要多。

随着风电行业的蓬勃发展及风机的大型化,风电轴承尺寸要求逐步增大,需求逐步提升。

风机上的轴承根据应用场景主要分为四部分:(1)主轴轴承;(2)偏航变桨轴承,偏航轴 承位于塔筒的顶端,帮助控制调整机舱面对主风面的位置,变桨轴承位于每个叶片的根部, 帮助根据风速调整桨叶角度,一台风机需要一套偏航三套变桨,轴承对实现可靠旋转至关重要;(3)发电机轴承;(4)齿轮箱轴承(双馈式风机)。

随着风机大型化,轴承尺寸也随之需要更大型化,对制造能力提出更高的要求。

全球市场集中度较高,国内轴承产业大而不强

市场规模:轴承市场全球千亿美金规模,市场容量大轴承行业市场容量大,产品种类多样,渗透于各行各业。

据 Grand View Research,2020年全球轴承市场规模达1187亿美元,并有望保持8.5%的复合增速至2028年。

2020年,我国轴承行业营业收入达到1,930亿元,占全球规模的 25%。全世界已生产轴承品种 5 万种以上,规格多达15万种以上。

最小的轴承内径小到 0.15-1.0 毫米,重量为0.003克,最大的轴承外径达40米,重340吨。

2017-2020年中国轴承进出口均价差异在逐步缩小。

由于中国国内加工技术的不断升级和完善,国内轴承制造正由中低端向中高端逐步爬升,2017 年-2020 年间,以较为常见的深沟球滚珠轴承和滚针轴承为例,其进出口单价差距在逐步缩小。

2021 年出现差距拉大的情况或主要系海运费大幅提升导致进口成本提升,因此进口均价显著提升。出口部分以 FOB 出关价计算,因此未有大幅变化。

2017-2020 年国内轴承产销量大体保持平稳。

轴承行业需求主要跟随整体制造业需求波动,长期趋势稳步向上。2017-2020 年国内轴承销量稳步增长,考虑到 2020 年受疫情影响,国内轴承销量略有下滑。

竞争格局:集中度高,全球八大家占主导地位

全球轴承市场集中度较高,由八大家垄断,竞争格局较为稳定。在全球范围内,轴承行业经过多年产业竞争后,形成由瑞典、德国、日本、美国四个国家的八家大型轴承企业垄断竞争的态势。世界八大轴承企业包括斯凯孚(SKF)、舍弗勒(Schaeffler)、恩斯克(NSK)、捷太格特(JTEKT)、恩梯恩(NTN)、铁姆肯(TIMKEN)、日本美蓓亚(NMB: 6479 JP)、不二越(NACHI: 6474 JP),据头豹研究院,2020 年这八家轴承企业在国际轴承市场的市场占有率合计达到 70%,成垄断态势。

汽车轴承仍主要由海外巨头垄断,风电轴承国产替代进行中。分行业应用来看,在中高端轴承上海外巨头的垄断更为明显。汽车轴承目前主要被全球八大家所垄断,国内如苏州轴承厂、瓦轴等国产厂商有承接部分品牌 1-2 个车款的部分部位的轴承制造需求。风电 3MW 以上机型的主轴轴承大部分仍依赖进口,主要是罗特艾德(未上市)、SKF、FAG 等知名品 牌。但 3MW 以下机型以基本实现了国产化。偏航变桨轴承也基本实现了国产化,而齿轮箱 轴承还未实现国产化。

受益于国内的工程师红利/较低的人力成本及成熟的产业链配套,国内主要轴承公司毛利率 水平大体高于全球巨头。

2018-2020 年全球八大家轴承公司的毛利率水平基本处于 10%-30% 之间,而同时期国内轴承上市公司的毛利率水平普遍处于 30%-50%之间(ST 天马由于 2018-2020年轴承业务营收体量大幅波动导致利润率水平有波动),显著高于全球巨头公司。

得益于国内较为成熟的产业链配套,相对欧美较低的人力成本和工程师红利,逐步提升的机加工和机械制造能力,国内为整个轴承产业链的发展提供了优渥的土壤。

承接转移零部件产业欣欣向荣,国产替代下游有望逐个击破

趋势一:轴承行业专业化分工及产业链转移是大势所趋

轴承行业专业化分工的格局催生了轴承产业链零部件企业的发展。生产轴承的企业主要来自欧美以及东亚的中日韩。轴承行业专业化分工最初从上世纪六七十年代日本发展起来,代表企业如日三宅株式会社。

据前瞻产业研究院,以日本为例,截止2021年底轴承企业三十多家,其中包括占据世界前八大轴承公司中的五家公司,其最重要的原因就是大小企业分工合作,优势互补。

据金沃股份招股说明书,2020年日本大型轴承企业通过采购外部工序间产品和商品零部件的专业化配套率达到80%以上甚至是全部。

对轴承厂而言,更为彻底的专业化分工能使其专注于轴承设计端的核心壁垒,提升其灵活响应客户需求的能力,同时降低重资产投入的风险。

由于轴承巨头近年净利率及净利润增速水平较为波动,轴承巨头更有动力去开放原本较为封闭的轴承供应链,选择更有成本优势的零部件供应商,并把成熟的核心工序外包出去。

通过向轻资产转型,从生产调整为组织生产有望提升公司对客户需求的响应能力,同时把资本开支投入交由供应商承担。

轴承行业的专业化分工有望使零部件企业承接更多的加工工序,提升产品附加值及盈利水 平。

由于轴承巨头近年净利率及净利润增速水平较为波动,轴承巨头存在更强的降本增效诉求,同时随着行业制造工艺的成熟完善,零部件企业的加工制造能力不断成熟,轴承行业有望逐步把后道核心工序(热处理、磨加工等)外包给零部件供应商。

据我们调研,斯凯孚、捷太格特等轴承巨头已经在逐步将部分热处理和磨加工工序外包。

对零部件供应商而言,承接更为核心的制造工序有望提升公司的技术壁垒、产品附加值和盈利水平,有望承接更大规模的业务体量。

中国制造业工人的人均薪酬相比欧美有较大优势,考虑人工效率和工业配套,相比东南亚和南美洲也存在优势。据 Trading Economics 统计,中国制造业工人人均薪酬约为欧美的 1/4-1/6,而相比墨西哥、越南约为其 2-4 倍,但考虑到工人受教育程度和工作效率,同时考虑制造业配套及物流成本因素,中国在全球范围内有望凸显出制造业成本优势。

受益于国内工艺水平及劳动力素质的提升,轴承产业链转移至我国是大势所趋。

随着全球经济一体化的逐步推进,世界八大轴承公司逐步进行产业结构调整,从过去轴承套圈毛坯成型、套圈车加工、热处理、套圈磨加工、装备等环节“纵向一体化”全部自制,逐步过渡到产业链专业化分工模式,把涉及轴承套圈毛坯成型、套圈车加工、热处理等制造工序 的磨前产品转向工艺稳定、劳动力素质较高的中国采购,并且在中国大陆不断增设成品轴承工厂,形成了国际轴承套圈的庞大市场。

据头豹研究院,无论是从销售额还是产量上来看,我国都已经是世界第三大轴承生产大国。

例如舍弗勒、斯凯孚等国际巨头近 25 年间均逐步在中国新增制造基地,与此同时,他们也在关停欧美的工厂。

国内轴承产业链零部件供应商,有望受益于整体轴承产业链向国内转移的趋势,快速提升营收规模。以金沃股份(轴承套圈供应商)为例,2018-2020 年其在四大轴承厂获得的营收增速显著快于四大轴承厂自身营收增速,表明金沃在其四大客户中的市占率快速提升。

趋势二:本土企业有望突破中高端轴承,风电轴承替代正当时

风机价格大幅回落,平价元年竞争力凸显。2021年之前国内风电行业对补贴的依赖程度相 对较高,降本速度相对较慢。

据国际可再生能源署(IRENA),2010-2020 年间中国陆上及海上风电的平均度电成本分别从 0.071/0.178 美元下降至 0.033/0.084 美元,降幅为 54%/53%,相比同时期光伏度电成本 86%的降幅,有较大的差距,主要系风电补贴退坡节奏相对更为温和。

而 2021 年作为陆上风电的平价元年,风机招投标价格大幅下降,从 2020 年初的 4000 元/kW 下探至 2021 年 9 月的 2326 元/kW。

投资成本的大幅降低将进一步降低风电度电成本,提升终端电站投资的吸引力。

政策助推,“十四五”年均新增装机量有望超 50GW,行业有望进入“降本-增需”的良性循环。风机大型化作为风电平价的重要举措之一,有望在原材料上涨背景下:

1)分担整机厂的部分成本压力;2)大型化风机的输出功率和迎风面积更高,进一步降低单位功率风电投资成本。

我们认为,风电行业有望进入“降本-增需”的良性循环。

分散式风电与老旧风场改造有望带来增量空间。

2021 年 9 月国家能源局领导在第四届风能开发企业领导人座谈会上提出“在风能资源优质地区有序实施老旧风电场升级改造,提升风能资源的利用效率”,我们认为未来老旧风场的改造需求将逐渐显现,潜在的新增装机空间或可达到百兆瓦级别。据 CEWA,2018 年全国累计风电装机中 2MW 以下(不含)的占比达 48.1%,以此推算全国 2MW 以下的存量机组超过 100GW,其中大部分为 1.5MW 机组。

2021 年 10 月 17 日,118 个城市与 600 多家风电企业共同发起了“风电伙伴行动·零碳城市富美乡村”计划。

计划提出,力争 2021 年年底前启动首批 10 个县市总规划容量 500 万千瓦示范项目。“十四五”期间,在全国 100 个县优选 5000 个村安装 1 万台风机,总装机规模达到 50GW。

风电装机量提升加速风机轴承空间扩容。

“十三五”期间风电年均装机量仅约 27.23GW/年,而据《风能北京宣言》提出,为达到与碳中和目标实现起步衔接的目的,在“十四五”规划中,须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间:保证年均新增装机 50GW 以上,2025 年后,中国风电年均新增装机容量应不低于 60GW,“十四五”期间年均装机量或远超“十三五”水平,显著推动风机轴承空间扩容。

风机大型化有望提升轴承单品价值量。

据三一重能(未上市)招股说明书,2018-2020 年间其 2.XMW 风机的营收占比逐年缩小,体现出风机大型化的趋势,在这一过程中,技术壁垒更高的齿轮箱、回转支承、变流器和减速器成本占比持续提升;回转支承、齿轮箱、减速器、机舱罩等零部件的采购价格大体成上涨趋势。

一套风机轴承包含 1)偏航轴承 1 套;2)变桨轴承 3 套;4)主轴轴承 1 套;5)发电机轴承 1 套;6)齿轮箱轴承 1 套(双馈式机型),其中风机大型化 1)或显著提升偏航变桨及主轴轴承价值量,2)有望提升齿轮箱轴承使用数量。风机大型化,风电主轴单价或随之提升。

十四五期间单年风电轴承市场规模有望超 100 亿元。

据我们调研,以 3MW 直驱式风机为 例,整机上主轴轴承约 35 万元/套,偏航变桨轴承约 40 万元/套,共计 75 万元,以 3MW 双馈式风机为例,整机上主轴轴承约 15 万/套,齿轮箱轴承 35 万/套,偏航变桨约 40 万元/套,共计 90 万元,两种机型单价均价 82.5 万元/套。

如以“十四五”年均装机 50GW 测算,单年风电轴承市场规模约为 137.5 亿元。

偏航变桨轴承国产化率已较高,主轴轴承有望成为下一个国产替代阵地。偏航变桨轴承目前已实现各型号的国产化,国内主要参与的厂家有瓦轴、洛轴、天马、新强联、京冶等。

齿轮箱轴承方面,由于加工难度及应用场景高要求高故障率所限,主要由进口厂商垄断,国产化进程任重道远。主轴轴承我国已实现 3MW 小机型的国产化,在 3MW 以上的机型上大部分仍依赖进口品牌,主要为罗特艾德(Rothe Erde)、斯凯孚(SKF)、FAG(舍弗勒旗下品牌)等,国产品牌中新强联已有小批量大兆瓦(大于 5MW)机型在明阳智能(601615 CH)、东方电气(600875 CH)等样机试用,其他轴承商还在研发阶段。

产业链相关公司梳理

建议从两个角度梳理轴承产业链相关公司:

1)轴承产业链国产化及专业化分工成熟度提升:国内轴承零部件制造商有本土套圈龙头、五洲新春、力星股份等;

2)风电行业扩容及风电轴承国产化:国产轴承龙头公司有新强联、瓦轴、天马股份。

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