一、齿轮钢行业概况
齿轮是机械装备的核心部件，对材料的性能、使用寿命、运行平稳性、安全性等方面都有非常高的要求。《战略新兴产业分类（2018）》中明确将高性能齿轮用钢列为国家重点发展的新材料。
齿轮钢是对可用于加工制造齿轮用合金材料的统称，是新能源风电、轨道交通、机械装备、汽车制造、船舶制造等领域用特种合金材料中要求较高的关键材料之一，以新能源风电为例，80%以上的故障发生于齿轮箱和发电机，而齿轮箱是传动系统的关键部件，是完成风能转换的核心部件，其故障的发生容易引起设备的停机，因此对于齿轮钢材料性能要求极为严苛。
齿轮钢的分类及用途
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二、中国齿轮钢市场现状分析
凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，海上风电技术将成为风电未来增长驱动因素之一，据统计，2018年全球海上风电累计装机容量为23.30GW，较2011年复合增长率高达41.4%。预计到2030年全球海上风电累计装机容量将达到120GW，为2018年的5倍有余，发展增长空间巨大，从而将带动高品质特种合金材料需求增长。
2011-2030年全球海上风电累计装机容量及预测
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与全球风电行业发展趋势保持一致，在中国风电行业整体快速发展的情况下，海上风电发展速度快于风电行业整体发展速度。2018年中国海上风电累计装机容量444万千瓦，2019年上半年中国海上风电累计装机容量484万千瓦。
2013-2019年H1中国海上风电累计装机容量统计
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根据国家发展改革委、交通运输部、中国铁路总公司2016年发布的《中长期铁路规划》，预计到2025年中国铁路总营业里程将达到17.5万公里，其中高速铁路3.8万公里；到2030年铁路总营业里程将达到20万公里，其中高速铁路4.5万公里。据统计，截止至2018年底，中国铁路营业里程达13.1万公里，其中高速铁路2.9万公里。
2018-2030年中国铁路、高速铁路营运里程及预测
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从供给总量来看，国内齿轮钢产量于2017年见顶，据统计，2018年中国齿轮钢产量达347万吨，同比下降3.8%；2019年1-5月份齿轮钢产量达140万吨，同比下降4.5%。整体看，中国齿轮钢下游需求仍然羸弱，产量仍处于下降通道。
2013-2019年1-5月中国齿轮钢产量及增长
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相关报告：华经产业研究院发布的《2019-2025年中国齿轮钢行业发展潜力分析及投资方向研究报告》
三、中国齿轮钢行业竞争格局分析
从各企业齿轮钢产量来看，2018年中国齿轮钢产量排名前五的生产企业分别是中信泰富特钢集团、河钢石钢、莱钢集团、抚顺特钢和广大特材，其中中信泰富特钢集团产量为142万吨排第一。
2017-2018年中国各企业齿轮钢产量统计
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2018年中信泰富特钢集团产量为142万吨，市占率高达41%；河钢石钢、莱钢集团和抚顺特钢属于第二梯队，市占率均在10%以上；广大特材和承德建龙市占率分别为5%和4%。因此国内齿轮钢整体呈现一超多强的竞争格局。
2018年中国齿轮钢市场份额占比（单位：%）
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广大特材是国内风电和轨道交通齿轮箱生产企业的主要前端供应商，细分领域市场地位较高。广大特材齿轮钢业务涉及的主要的是风电、轨道交通等市场容量较小的中高端产品市场。产销量方面，2018年广大特材齿轮钢产量为17.8万吨，销量为17.3万吨，产销量为97.21%。
2016-2018年广大特材齿轮钢产销量及产销率
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营收方面，截至到2018年广大特材齿轮钢营收达到10.73亿元，同比增长45.6%。
2016-2018年广大特材齿轮钢营收及增长
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四、中国齿轮钢行业发展趋势分析
齿轮在工作时，长期受到变载荷的冲击力、接触应力、脉动弯曲应力及摩擦力等多种应力的作用，还受到加工精度、装配精度、外来硬质点的研磨等多种因素的影响，是极易损坏的零件，因此要求齿轮钢具有较高的强韧性、疲劳强度和耐磨性。为了生产出优质齿轮钢，一方面要求钢厂为用户提供淬透性稳定且适应用户工艺要求的齿轮钢产品，另一方面齿轮厂也要优化现有工艺，引进新工艺来提高齿轮的质量。
与日本、德国、美国生产的齿轮钢相比，中国齿轮钢存在的差距主要是：钢的牌号未形成系列化，产品标准落后；钢的淬透性带较宽，国外钢的淬透性带已经达到4HRC，而中国在6-8HRC左右，并且不够稳定；钢的纯净度较低，从日本、德国、奥地利等国进口的齿轮钢，其氧含量波动在（7-18）×10-6，中国在（15-25）×10-6左右，并且非金属夹杂物弥散程度不够，分布不均，大颗粒夹杂物较多；晶粒度要求不同，中国齿轮钢晶粒度级别一般要求5-8级，而日本特别强调渗碳齿轮钢的晶粒度应不粗于6级；日本开发了低硅抗晶界氧化渗碳钢系列，可使晶界氧化层降低到≤5μm，而SCM420H等Cr-Mo钢为15-20μm；平均使用寿命短，单位产品能耗大，劳动生产率低。此外，在轧制过程中如何保证疏松等低倍缺陷在很小且芯部范围内，也是中国未曾研究的领域，因为低倍组织缺陷会对零件后续加工以及热处理变形带来很多不利影响。
目前，中国汽车用齿轮钢的主体钢种仍是20CrMnTi，该钢种通常采用气体渗碳工艺，由于渗碳气氛中氧化性气体的存在，导致渗层中对氧亲和力较大的元素Si、Mn、Cr在晶界处发生氧化，形成晶界氧化层。晶界氧化层的发生会导致渗层Si、Mn、Cr等合金元素固溶量下降，降低渗层的淬透性，从而降低渗层的硬度并导致非马氏体组织的产生，进而显著降低齿轮的疲劳性能。
为解决这一问题可以采用两种手段：1）采用特殊的热处理工艺。真空渗碳可降低渗碳气氛中的氧势，从而可以较为有效地减小渗碳层晶界氧化的发生程度；稀土渗碳工艺也可以降低晶界氧化程度，由于稀土优先在工件表面富集并择优沿钢的晶界扩散，而且与氧的亲合力远比Si、Mn、Cr高得多，它将优先与氧结合,阻碍氧原子继续向内扩散，从而有助于减轻非马氏体组织的产生。2）通过合金设计，开发抗晶界氧化的齿轮钢。Ni、Mo具有很强的抗氧化能，Cr元素次之，Mn抗氧化能力弱，而Si的抗氧化能力最弱（Si氧化倾向是Cr、Mn的10倍）。因此为减小晶界氧化并保证淬透性，在齿轮钢成分设计时，应适当降低易氧化元素的含量，特别是Si的含量，相应地提高难氧化元素Ni、Mo的含量。将Si、Mn、Cr分别控制在0.05%、0.35%、0.01%可以完全抑制表面组织异常，而且即使在1000℃也很少有晶界氧化的发生。为满足汽车行业高性能以及轻量化的发展要求，未来应重点开发：淬透性带窄的齿轮钢、超低氧渗碳钢、低晶界氧化层渗碳钢、超细晶粒渗碳钢、提高高温硬度和高温抗软化渗碳钢、易切削齿轮钢、冷锻齿轮用钢等。
