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電磁鋼–別の一時的なサプライチェーンの不足またはOEMの電化計画への脅威？
主要な鉄鋼生産者は電磁鋼の生産能力を増強するために数百万ドルを投資していますが、ハイブリッドおよび電気自動車セグメントの急速な成長により、2025年以降の材料需要が供給を上回る可能性があります。
自動車業界がこれまでに9.3万台の生産を妨げてきた半導体不足と戦う中、EVの売上高の急速な拡大により、設定された電化目標を達成するために電気モーターを生産するために必要な十分な電磁鋼の将来の入手可能性について疑問が生じます。世界中の規制当局とOEMによって。
いくつかの主要な鉄鋼生産者は、今後XNUMX〜XNUMX年間で新しいxEV鉄鋼生産能力への投資を発表しましたが、これはxEV市場の特定のグレードおよび地域の要件を満たすのに十分でしょうか？
電気鋼とは何ですか？ なぜそれが自動車にとって重要なのですか？
電磁鋼、またはケイ素鋼は、他の種類の鋼合金よりも優れた磁気特性を備えた鉄-ケイ素合金であり、電力および配電用変圧器から電気モーターに至るまで、さまざまな電気機械に最適化されています。
IHS Markitによると、電磁鋼は1年の世界の鉄鋼市場2億トンのわずか2020％を占めると推定されていますが、その供給は、OEMの電化計画やさまざまなエネルギー転換イニシアチブへのますます重要なインプットと見なされています。 自動車における電磁鋼の重要な自動車用途は、電気モーターです。 これらのシステムは、固定子の銅巻線にエネルギーを与えることによって電気エネルギーを機械的エネルギーに変換します。これにより、磁場が発生し、回転子が回転します。
商用電磁鋼市場は、XNUMXつの主要なカテゴリに分けられます。方向性電磁鋼（GOES）市場と非方向性電磁鋼（NOES）市場です。
この区別は、自動車業界がどのタイプの電磁鋼にさらされているか、およびどのような緩和戦略が必要になるかを理解するための基本です。 GOESは、一方向の磁化を必要とする変圧器などの静的機械で使用され、NOESは、多方向の磁化を必要とするモーターや発電機などの回転機械で使用されます。
NOESのアプリケーションは広範囲にわたり、家電製品（洗濯機、食器洗い機など）、暖房、換気、および空調（HVAC）（家庭用冷凍を含む）、自動車アプリケーション、小型、中型、大型の産業用モーター、発電機、ポンプなど。回転機械の需要が大幅に増加したため、2019年の世界のNOES生産量は、その年に生産されたGOESの量を大幅に上回りました。
自動車メーカーはNOESに直接さらされていますが、間接的にGOESにもさらされています。
- NOESは、ハイブリッド車と電気自動車の両方の電気モーター製造で使用される直接材料入力であり、電気パワーステアリング、オイル、燃料ポンプで使用されるような高デューティサイクルモーターからショートまで、多くの低電力モーターアプリケーションで使用されます。電気シート調整やサンルーフのような快適さと便利さのために使用されるようなタイムデューティーモーター。 35台あたり平均45〜20台の低出力モーターが搭載されており、Bセグメントに約80台、Eセグメントに100台あります（XNUMX台以上のモーターを搭載したメルセデスSクラスのような極端なものもあります）。
- 異なるモータータイプの重要な違いは、使用されているNOESグレードにあります。 参考までに、マイルドハイブリッドモーターは10米ドル未満の高品位NOESを使用しますが、バッテリー式電気自動車は、xEVグレードと呼ばれる高品位NOESの拡張のモーターあたり60〜150米ドルを使用します。たとえば、リビアンR300Tのように、前車軸と後車軸に個別のトラクションモーターを搭載して、1つの車輪に独立して動力を供給する場合、XNUMX台あたりXNUMX米ドルを超えるNOESコンテンツを表すことさえあります。 このxEVグレードは、容量の制約に関する懸念が浮上している場所です。
この記事ではxEVグレードのNOESに関する特定の懸念事項に焦点を当てますが、GOESは、非常に必要とされているEV充電インフラストラクチャの展開をサポートするために重要であることに注意してください。 したがって、OEMはこの電磁鋼サブセグメントにも間接的にさらされています。つまり、自動車業界は、両方のカテゴリの鋼合金へのさらしを理解して管理することが重要です。 多くの製鉄所は、GOESとNOESに共通の生産設備も採用しています。 これは、生産者の能力配分戦略を理解することがますます困難になるため、リスクをさらに悪化させます。
自動車セクター向けのxEVNOESの差し迫った不足はありますか？ なんで？
NOESの容量は、近年、さまざまな産業セクターのニーズを満たすのに十分ですが、自動車セクターからの需要の増加、特にOEMの電化ドライブの加速により、鉄鋼メーカーは両方にサービスを提供するように大きな圧力をかける可能性があります。自動車セクターおよび2023年以降この鋼合金を使用する他のセクター。
2022年に、ある程度の懸念があり、他の上流および下流の混乱がないと想定している間、OEMの注文は履行されると予想されます。 自動車セクターの要件を満たすための構造的能力の不足が予想されます。これには、今後数年間で多額の設備投資が必要になります。
11年に生産された2020万トンを超えるNOESのうち、xEVグレードのNOESは合計456,000トンを占めましたが、自動車セクターに関しては、これがはるかに重要です。
xEVグレードのNOESの容量不足が発生する理由はさまざまです。
- 新規参入の余地は限られています：現在、グローバルOEM要件を満たすxEVグレードのNOESを製造できるのは14社のみです。 将来、より多くのメーカーがこのセクターへの参入を決定する可能性がありますが、冷間圧延、焼きなまし、コーティング装置、製造ノウハウ、OEMとサプライヤーの関係、および特許保護に関連する資本的支出によって、参入障壁が大きくなります。 OEMは、大量の電磁鋼サプライヤーの数が増えている（まだ限られているが）から高品質のNOESを購入できるようになりました。
- 集中的な製造フットプリント：製造の約88％は中国、日本、韓国に集中しており、通常はスチールコイルの形で他の地域に輸出されています。 北米では供給が非常に限られています。 製品の全範囲を有意義にカバーする幅広い製品を提供している工場は世界でXNUMXつしかなく、そのうちのXNUMXつだけがアジア以外にあります。
- 材料または鉄鋼サプライヤーを変更する範囲は限られています：モーターの効率とEVの動作範囲の相関関係により、競合するNOES製品サプライヤー間のコア損失（磁化中に熱として浪費される入力電気エネルギーの重要な測定値）の違いは、OEMの購入決定に大きな影響を与える可能性があります。特に電磁鋼のラミネーションを大量に購入するOEM向けです。
OEMおよびTier1トラクションモーターメーカーは、承認された調達リストに複数の製鉄所を持っている場合がありますが、ほとんどのプログラムには、PPAP承認された製鉄所がXNUMXつしかありません。 材料特性もサプライヤー間の訴訟の問題です。
たとえば、新日鐵は2021年XNUMX月、世界最大の鉄鋼メーカーである国営の中国宝鋼集団の子会社である豊田と宝山鋼鉄（宝鋼）を訴えた。 新日本製鐵は、ハイブリッドモーターコアのために宝鋼からトヨタに供給された鋼が、組成、厚さ、結晶粒径、および磁気特性に関する特許に違反していると主張している。 - 下流のプロセスもボトルネックに直面しています：xEV NOESを生産できる鉄鋼メーカーの数が限られていることを除けば、下流のモーターサプライチェーン全体でボトルネックが発生する可能性があります。 OEMのニーズに応えることができるモーターコアラミネーションスタンパーは20社しかないだけでなく、これらの独自のスタンピングプレスを製造できる企業は10社のみであり、独自のスタンピングダイを製造する能力を備えた独立したツールショップはXNUMX社未満です。最先端のモーター設計をサポートします。
主要な生産設備の特定の部品のリードタイムは、過去XNUMX年間でXNUMX倍になりました。 さらに、これらの企業の多くは、資本の制約により規模の拡大が制限されている小規模な家族経営の企業であるだけでなく、これらの企業の大部分は、伝統的に自動車産業に大きく参加していません。
OEMは中期的にどのくらいのxEVグレードのNOESを必要としますか？ 不足はどのくらいですか？
ハイブリッド車や電動軽自動車のトラクションモーターの製造に必要なxEVグレードのNOESの世界的な総需要は、320,000年の2020万トンから、2.5年までに2027万トン強、4.0年までに2033万トンを超えると予想されています。
Metals Technology Consultingの容量データに基づくと、2023年の容量の制約に関して重大な懸念が生じています。2025年以降、大幅な追加投資なしに工場が市場の需要をサポートできる可能性はほとんどありません。 ただし、2025年に容量を追加するには、工場が差し迫った決定を下す必要があります。 ほとんどのxEVグレードのNOESミルは、長期間にわたって90％の稼働率しか維持できないことを考慮すると、状況はさらに悲惨に見えます。
今後数年間の電動車両の指数関数的成長により、2023年から2025年の間に電磁鋼の供給が需要を満たさなくなるリスクが残っています。予測される容量の増加にもかかわらず、61,000年には2026トンの構造的不足が発生する可能性があります。投資により、この不足は357,000年に2027トンに劇的に増加し、927,000年までに2030トンの不足に達する可能性があります。
どのOEMがより露出していますか？
この不足は、将来の製品販売の一環としてハイブリッドモデルと電気モデルの高いシェアを目標としているOEMに特に影響を与えると予想されます。 バッテリー式電気自動車（BEV）のメーカー、特にテスラのような純粋なOEMはより多くの露出をしていますが、たとえばトヨタのように、混成の割合が高い電化の賭けをヘッジしたいOEMの露出もあります。 さらに、ジャガー、ミニ、ボルボ、メルセデスベンツ、アルファロメオなど、2025〜30年以降はプラグインまたはEVのみを販売する予定であり、ルノー日産三菱やフォルクスワーゲンなどの大手OEMも同様です。
ヨーロッパで自動車製造の大部分を占めるOEMも、特に輸入材料の関税に起因するコスト競争力の課題を考慮に入れると、その地域で需給の不均衡が最も顕著に見えるため、深刻な逆風に直面しています。
どの地域が最大のギャップを持っていますか？
OEMに対する地域固有の影響は、国内の鉄鋼サプライヤーの生産能力とその地域で実施されている輸入関税によって直接促進される可能性があります。 国内供給に比べて大幅な需要が見込まれる地域では、輸入関税がモーターコアを大量に購入するOEMの営業費用に大きな影響を与える可能性があります。 たとえば、米国では、セクション232は、EU以外の200か国から輸入されたNOESにXNUMX％に近い高い関税を適用し、EUから輸入されたNOESに割り当てベースの関税を適用します。
ヨーロッパは供給の不均衡が最も大きい地域ですが、今日まで、北米にはNOES電磁鋼生産の主要な盲点があります。 クリーブランドクリフ（旧AKスチール）は、NOESの唯一の地元の生産者です。 クリーブランドクリフのNOESとGOESの製造は、共通の生産設備を共有しています。 Cleveland Cliffsは、電気変圧器に対する地域の需要の高まりに対応するために、穀物指向の鉄鋼生産にかなり重点を置いているため、利用可能なxEVグレードのNOES容量が減少しています。
米国アーカンソー州オセオラにあるUSSteelが所有するBigRiverSteelプラントは、2023年の第180,000四半期にNOESの生産を開始します。これにより、オンラインで年間45,000メートルトンのNOES容量がもたらされ、そのうちXNUMXがxEVグレードに割り当てられる可能性があります。 NOES。
バイデン政権のインフラ法案によって設定された積極的な車両電化目標、Big RiverSteelがxEVNOESの生産を開始するのに必要な時間、および生産をフルキャパシティーに立ち上げるために必要なさらなる時間を考慮すると、この地域のOEMは今後も継続する可能性があります。限られた現地供給オプションに直面し、短期的にはモーターコストを押し上げ、国際競争力を傷つけます。
鉄鋼メーカーはその容量のギャップを埋めるために投資していますか？ 新しいプレーヤーは状況を解決できますか？
鉄鋼サプライヤーは、高品位およびxEV級のNOESの生産を促進するために数百万ドルの投資を発表しました。 ただし、これらを考慮しても投資ギャップはあります。 参考までに、650,000年までに2028万メートルトンが不足すると、自動車セクターからの需要の増加に対応するために、6〜12の新しい工場が必要になる可能性があります（サイズと場所によって異なります）。
新しいプラントの追加には、通常、既存のプレーヤーの場合は約XNUMX年かかり、エンジニアリングの場合は約XNUMX年、建設の場合は約XNUMX年かかります。 新規プレイヤーの場合、最初のXNUMX年に加えて、高品質のNOESまたはxEVグレードのNOESを作成し、施設を設計および構築するのにXNUMX〜XNUMX年かかる場合があります。
自動車の容量の制約に対処するために、鉄鋼メーカーは他に何ができるでしょうか？
自動車セクターは、鉄鋼メーカー、特に特殊鋼合金にとって戦略的な成長分野であり、一般的に主要な収入源です。 これは、半導体チップの不足で明らかなものとは異なる絵を描くことはできませんでした。 この潜在的な電磁鋼不足の中で、自動車部門はこれまでのチップ不足よりも運転席にいます。 自動車部門は、製鉄所が持つ組み込みの柔軟性から恩恵を受ける可能性があります。 電磁鋼を製造するほとんどのミルは、コールドミル設計を採用しています。 これにより、重要な機器を低グレードのNOES、高グレードのNOES、およびxEVグレードのNOES間で共有できます。 いくつかのケースでは、工場はxEVグレードのNOESとGOESの間で機器を共有しています。
ミルは、製品構成の変更におけるリスクを軽減するための費用効果の高い混合製品の製造を可能にするために、そのような方法で意図的に構築されました。 これにより、工場は製品ごとの市場需要、製品の収益性、および顧客との契約上の義務に基づいて容量を割り当てることができる構造になります。 ただし、製品構成を微調整するための切り替えにより、容量が最大20％削減される可能性があります。 自動車セクターが必要とするxEV-NOESグレードは、より高い利益率と関連しています。
したがって、鉄鋼メーカーは、既存の「スイング能力」の割り当てにおいて自動車セクターの需要を優先する可能性があります。 これは、低グレードのNOESよりもxEVグレードのNOESを優先することを意味します。 ただし、ブランケットが短すぎる可能性があるという潜在的なリスクがあります。つまり、xEVグレードのNOESを優先して高グレードのNOESをカットすると、その後、高グレードのNOESが不足する可能性があります。 これは、車両の補助システムやその他の産業部門に使用される多数の低出力モーターのコストに下流の影響を与える可能性があります。
一部の生産能力を他のグレードからxEVグレードの生産能力に変換することに加えて、鉄鋼メーカーは、わずかに厚いゲージシートの製造を優先することによって生産を増やすこともできます。 直感に反して、より薄い鋼板を使用しても生産能力を拡大することはできません。 厚さと同等の磁気特性を改善するために開発された技術は、生産における重要な制約である圧延能力を消費します。 参考までに、1メートルトンの二重冷間還元0.25 mm xEVグレードNOESは、2.5メートルトンの0.35mmxEVグレードNOESと同じ容量を使用します。 ただし、モーター効率の低下とその結果としての車両範囲への影響を考慮して、モーターコアの面倒な再設計が必要になるため、厚いシートの使用には大きな制限があります。
OEMまたは自動車サプライヤーはNOESなしでモーターを製造できませんか？
要するに、アキシャルフラックスモーターはNOESではなくGOESを使用する設計ですが、現在はニッチセグメント、特に高性能EVにのみ適用されています。たとえば、フェラーリラフェラーリはアキシャルフラックスモーターを搭載した最初の車両でした。 メルセデスAMGも2025年からこの技術を搭載する予定です。
OEMにとっての緩和戦略はどのように見えますか？
原則として、自動車産業のNOES不足リスクは、鉄鋼メーカーによるxEVグレードのNOES生産の全体的な増加によってのみ解決できます。 ただし、OEMは、多くの場合、主要な主電動機のTier 1サプライヤーと協力して、代替のモーター構成と材料の使用、モーターサプライチェーンでの垂直統合の強化など、いくつかの緩和戦略を追求する場合があります。
- 代替モーター構成：方向性のない電磁鋼の不足リスクは、主電動機の革新を活性化する可能性のある機会となる可能性があります。 たとえば、OEMおよびTier 1サプライヤは、ローターとステーターの平面形状を変更して、製造プロセスで計画された設計スクラップ材料を削減しようとする場合があります。これは通常30％から45％の間ですが、特定の設計では同じくらい高くなる可能性があります。 75％として。
- より優れた垂直統合：OEMは、モーターのサプライチェーンを垂直統合し、鉄鋼メーカーと直接提携して入力をより適切に制御しようとする場合があります。 OEMは、プラットフォームあたりのボリュームが大きい規模の経済の恩恵を受けたり、社内の重要なエンジニアリングスキルを維持したり、一部を変換したりできるなど、さまざまな理由から、電気モーターのTier1サプライヤーへの依存を減らすことに熱心です。内燃機関（ICE）の製造が段階的に廃止されている間、この新しいバリューチェーンへの労働力の削減。
たとえば、ゼネラルモーターズ（GM）は最近、GEとの提携を発表し、電磁鋼などの材料の地域サプライチェーンを構築しました。 鉄鋼メーカーと提携することにより、自動車メーカーは、ニーズに合わせて最適化されたNOESグレードで車両の動作範囲を継続的に拡大することができます。 - 思いやりのある材料工学と印刷仕様の開発：製鉄所と提携しないことを選択したOEMは、材料仕様の開発方法を再考する必要があるかもしれません。 今日、その焦点は、サプライチェーンのリスク軽減ではなく、主にモーター性能の最適化にあります。 その結果、OEMは、能力のある唯一のサプライヤーであるため、世界のXNUMXつの工場からしか鉄鋼を購入できない状況になります。
この潜在的な容量不足は、OEMの電化ドライブに影響を与える可能性がありますか？
この潜在的な不足は、容量の追加と新しい容量への投資によって対処されない場合、OEMの電化計画に深刻な影響を与える可能性があります。 「スイングキャパシティ」の割り当て（生産ラインの構成やプロセスに大きな介入をすることなく、より幅広い製品構成に対応できる製造キャパシティ）、材料使用量を削減するためのモーターコア設計の変更、異なる材料の採用、サプライチェーンの統合などの対策により、NOESを軽減できます。短期的にはOEMのサプライチェーンのリスクがあり、追加の生産能力を増やすことが、能力と電気鋼の主要な需要の増加との間の構造的な不均衡に対処する唯一の手段です。
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Prateek Biswas、シニアアナリスト、サプライチェーンおよびテクノロジー、IHS Markit
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