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筑长寿命的桥梁 筑成坚固的结构 镍照亮边远社区

专 注 于 镍 及 其 应 用 的 杂 志

桥梁 用含镍钢筋 建造 延长使用期

2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

用不锈钢钢筋建

Zhuhai

Main Bridge

r 主桥桥段 r 建设中的香港－珠海－澳门大桥

案例研究 06

港-珠-澳大桥 广东省的珠江三角洲地区（PRD）是中国的经济增长中心之一。珠三角的工 业城市群被称为“世界工厂”，而珠三角经济区(PRDE)约占中国贸易额的三分 之一。珠三角还被称为世界上城市密集度最高的地区，这里包括香港、珠海和 澳门在内的9座最大城市的总人口约为5700万。 珠三角地区被珠江口分隔开，目前东西两端的陆路运输要经过北部的虎门大 桥，有200公里远。目前，香港、澳门和广东省政府在建设一座跨越河口的大桥， 为乘客和货物运输提供直接的连接，减轻香港与深圳边检区严重的交通拥堵 现象，并降低因每天过境延误而产生的经济损失。 港-珠-澳大桥将香港、澳门和广东省的珠海市连接起来，主桥长29.6公里，

Lantau Island

Hong Kong

Macao

r 人工岛和隧道段通道 主桥长 29.6 公里跨 越珠江口

世界最长跨海大桥 港-珠-澳大桥 是世界上最大 型的基 础设施之一，将成为世界最长的跨海大 桥,总长达50公里。近10000吨合金2304 （UNS S32304）含镍双相不锈钢钢筋、 棒、线被选定用于这座大桥的建设，以 达 到120年的设 计寿 命。太原钢铁公司 （TISCO）提 供了合金2304构件，用于 大桥的承台、塔架 基础和墩身。这是中 国大陆地区首次使用双相不锈钢建造桥 梁。

自澳门跨珠江口西部，接于一座人工岛上。这座人工岛与另一座人工岛之间通

项目预计总支出为106亿美元（700 亿

过6.7公里长的海底隧道相连。然后，大桥与香港陆路相连，形成了一个桥隧联

人民币），这是中国桥梁建 造史上最大

合结构。大桥为双向公路桥，每向三车道，将香港、澳门和珠海间的旅行时间从

的一笔投资。桥梁建设于2009年12月15

4个小时缩短到30分钟。

日开始，目前预定竣工日期为2018年。

2 用镍案例研究

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

© HPDI/COWI/SHANGHAI TUNNEL/FIRST HARBOUR ENGINEERING/ARUP JV

WIKIMEDIA COMMONS

Pearl River Estuary Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

关于镍及其应用的专业杂志

《镍》杂志由国际镍协会出版 总裁：David Butler 编辑：Clare Richardson, 投稿人: Nancy Baddoo, Wenlei Chen, Parul Chhabra, Jo Claes, Gary Coates, Bernard Heritier, Jim Jenkins, Stephen Jones, Geir Moe, Carol Powell, Frank Smith Nigel Ward, Annabelle Wilson 设计：Constructive Communications 国际镍协会的联系方式： 比利时布鲁塞尔（1210）艺术大街13-14号8楼 电话：+32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org 本杂志所含资料供读者一般参考之用，未取得专 业意见之前不应针对特定应用采用或作为依据。 虽然本杂志所含资料据信在技术上是正确的，但 国际镍协会及其会员、工作人员和顾问并不声明 或保证其适合任何一般或特殊用途，也概不承担 与这些资料有关的任何责任。

建设未来 当奥巴马总统说， “处理 21 世纪的事务要使用 21 世纪的基础设施”时，说出了世界 各国政府的关切。这些政府正忙于更新很多建于上个世纪、日渐破碎的道路和桥梁。 数字所说明的问题显而易见：美国 65% 的主要道路处于“欠佳状态”。而 25% 的桥梁 需要进行“重大维护或无法承担目前的交通流量。”在德国，据报道，全部高速公路中 的一半以上需要进行紧急维修。在英国，土木工程承包商协会 2013 年说，自 2000 年至 2010 年的 10 年基础设支出已下降至低于典型“发达经济体标准”的水平，为每年 780 亿 英镑。

ISSN 0829-8351 Hayes印刷集团在加拿大用再生纸印刷 封面设计：Constructive Communications公司 封面照片提供：Woodrow Wilson Bridge, Wikimedia Commons © William F. Yurask Rebar, iStockPhoto.com © ansonsaw

目录 案例研究 香港-珠海-澳门大桥 . . . . . . . . . . . . . . . 2 聚焦 社论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 专题报道 如何应对日渐破碎的基础设施 . . . . 4-5 桥梁更长寿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7 不锈钢用于承担荷载 . . . . . . . . . . . . . 8-9 镍的应用 学生用不锈钢课程 . . . . . . . . . . . . . . . . 10 获取技术帮助. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 支撑砖拱腹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 太阳能照明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-13 圣家大教堂 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 简述 新出版物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 UNS 详细资料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 燃料电池技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 电池更安全 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 网站链接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

$0.7

$2.0

港口

机场

$4.5 轨道

$9.5

$11.7

$12.2

水

电力

电信

$16.6

道路

总计

大部分人对身边的基础设施都习以为常，只有当坑坑洼洼的道路、开裂的桥梁和破 损的隧道影响到我们的日常交通时，人们才会注意到。 显然，对于基础设施来说，长设计寿命是最理想的，这样可以尽可能地减少使用中 断和维护支出。含镍建筑拥有极好的记录。墨西哥的普罗格雷索码头是体现这一优点 的例证之一。含镍不锈钢钢筋使基础设施能够在严酷环境下经受住时间的考验。在这 个例子里，它已历经 70 余载且仍在继续使用。 目前，新一代的一批大型项目正在建设之中。包括港-珠-澳大桥（见对面页的专题报 道），以及加拿大跨越圣劳伦斯河口的尚伯伦大桥（见第 4 页）。这两座桥都利用了含镍 不锈钢的耐腐蚀性能。 本期《镍》杂志关注了含镍钢筋和其他材料如何为桥梁和高品质建筑做出贡献。政 府和市民希望道路和建筑能持久耐用、物有所值。而镍，尽管深藏不露，却在这些基础 设施中发挥着腐蚀防护的关键作用。 Clare Richardson, 《镍》杂志，编辑 1 2 3

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

$57.3

2013–2030 全球基础设施投资（万亿美元）3

《国情咨文》2015 年 1 月 《美国国家经济委员会及总统经济顾问委员会的报告》, 2014 数据来自《基础设施生产力：如何每年节省 1 万亿美元》，2013 年 1 月麦肯锡全球经济研究所, www.mckinsey.com. 版权所有者 (c) 2013 McKinsey & Company.,翻印需获得许可

《镍杂志》聚焦 3

ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

让基础设施 坚固耐用

ISTOCKPHOTO.COM © TORTOON

耐蚀不锈钢钢筋

随着基础设施的老化，混凝土的劣化已经成为开销最多且普遍存在的问题之一。原 因何在？根据瑞士联邦工学院结构实验室主任Karen Scrivener 博士的观点，对钢筋的腐 蚀是“超过90%的导致混凝土耐久性问题的原因”。＊ 而暴露于除冰盐、海水或海洋性气氛

这些缝隙又使氯化物、湿气或氧得以

中的混凝土结构特别易于发生加速劣化。

进一步到达深处的碳钢，从而加快了腐蚀

问题探究

进程。经过一段时间后，裂缝会扩大，而混

从技术角度来看，氯离子、潮湿或空气 （氧）从多孔的混凝土表面渗入，引起埋

凝土则发生剥落。 建造更坚固、长寿的建筑的杰出范例

入的碳钢钢筋表面发生腐蚀。随之而来的

对于这一日渐增多的难题，很多实验

腐蚀产物（锈）所占据的空间比钢材成型

室的测试结果和寿命周期成本分析都强调

时的要大，从而增加了作用于其周围的混

了使用不锈钢来达到75-100年服务期且不

凝土的压力，并导致了开裂。

需要进行大规模修复的优点。

WIKIMEDIA COMMONS

s 生命周期评估显示，墨西哥普拉格雷索栈桥码头 70 年前选用含镍不锈钢是一项好 投资。

主要桥梁项目 地点

年度

不锈钢合金/类型

吨数(大约)

美国密歇根州靠近底特律 的I-696公路

1984

304

33

美国新泽西州的 Garden State 公园大道

1998

2205

165

爱尔兰的 Broadmeadows 桥

2003

316

90

美国俄勒冈州的 Haynes Inlet桥

2003

2205

400

美国纽约市布鲁克林的 Belt Parkway 桥

2005

2205

200

美国新泽西州 Driscoll 桥

2005

2205, 316LN

1300

美国佛吉尼亚-马里兰 州的伍德罗.威尔逊 桥

2007

2205, 316LN

1100

香港,深圳西部通道大桥

2007

2205, 316

1300

香港, 昂船洲大桥

2009

304

3000

美国罗得艾兰州的 Sakonnet 河桥

2010

2205

800

美国明尼苏达州 的哈斯汀桥

2010

2304

367

美国明尼苏达州的拉法叶特桥

2011

2304

1963

墨西哥尤卡坦半岛上的普罗格雷索栈 桥码头就证明了不锈钢的这些优势。它于 1941年完工，长 2公里，是强化混凝 土结 构，一直延伸进墨西哥湾中，暴露于严酷的 海洋环境中。 在最近完成的混凝土取芯和详细检查 发现，建造时使用含镍304不锈钢（UNS S30400）来加强的这座码头，在历经75年的 使用后，仍处于极佳的状态。而这期间并未 进行任何重大修复工作。 答案中的镍 在过去的二十多年时间里，合金生产 厂家已经取得了重大进展，开发并投入商 用了一系列耐蚀不锈钢钢筋（及不锈钢绑 丝和钢筋连接件）。事实上，过去二十年里 最常被指定使用的不锈钢钢筋材质为含 镍的 316LN (UNS S31653)和两种双相钢 2205 (UNS S31803)及2304 (UNS S32304)， 以及少量的304不锈钢。 不锈钢钢筋生产厂商通过调整合金成 分，可以获得耐蚀、温度和成型性能的最 优化组合。合金2304就以具有竞争力的价 格呈现出吸引人的性能组合。这种性能组 合使其在最近几年里被指定用于几座大 型桥梁。 新型合金投入使用 横跨加拿大蒙特利尔市圣劳伦斯河的 新尚普兰大桥选用了合金2304。这座桥的 拟议跨度约为3.4公里（不包括引桥部分 ， 预计将需要15000吨2304钢筋。这些性能对 于需要抵御冬季严寒及在这个季节要使用 大量腐蚀性除冰盐的公路桥梁来说十分 重要。 所有这些含镍不锈钢钢筋都保持了良 好的抗拉强度和低于零度时的抗冲击性 能。 其他应用 由316LN 和304不锈钢制成的钢筋在低 温环境下也能保持良好的力学性能，这使

*《化学世界》 , 第5卷,第 3期 2008年3月号

4 专题报道

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

WWW.CMCMMI.COM

INFRASTRUCTURE CANADA

r 美国明尼苏达州的哈斯汀大桥中使用的合金2304钢筋 由承包商材料公司提供

©WWW.TESOLUTION.COM

FRANK SMITH

r 加拿大横跨圣劳伦斯河的新尚伯伦大桥 将用15,000 吨合金 2304 钢筋。

r 不锈钢钢筋样品: 一卷绑丝 (左下), 螺 纹钢筋偶合接头(中) 和一件紧 U型弯 样品展示了成型性能 （右上）。 r TESolution对淡布隆大桥的模型进行风洞实验。. 其可用于建设液化天然气(LNG)存储设 施。316LN也是一种无磁材料，已有几百吨 这种合金材料被用于建造医院及诊所的 核磁共振设施，以及专业实验室和数据存 储设施。 含镍不锈钢钢筋具有长寿命，耐腐蚀和高

文莱淡布隆大桥 由太原钢铁公司供货的约 3500 吨含镍 304（UNS S30400）不锈钢钢筋被用于 投资16亿美元的文莱湾跨海大桥。这座“巨型”桥梁将连接起淡布隆和文莱－

强度的优势，这促进了它作为一种具有成

穆阿拉港。这两个地区被马来西亚领土分隔开，陆上交通往来要耗时1.5个小时，

本效益和长远眼光的解决方案在很多领

乘船需 45 分钟。这座大桥长 30 公里，为双向四车道，预计可将交通时间缩短至

域的应用。

约 20 分钟。大桥于 2014 年动工，预计于 2019 年完工。

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

专题报道 5

建设中的新 Allt Chonoglais 桥 r

r Schaffenhauser 桥的设计寿命期为 80 年 EUGENIO MERZAGORA (WWW.STRUCTURAE.DE)

原 Allt Chonoglaqis 桥在被拆除前已显现钢筋腐蚀 

让干线桥梁更长寿

增加少许不锈钢初始成本，换来更低的寿命周期成本 在世界范围内，含镍不锈钢在桥梁上的应用正在增长，尽 管增速或许不如那些因道路、桥梁被挖开一、两条车道进行 维护而排队排得不耐烦的汽车司机所期望得那么快。碳钢或 环氧树脂涂层钢筋腐蚀得相对较快,致使混凝土开裂，进而 要进行大修，导致在清除混凝土重新铺设钢筋时要封闭道路

不锈钢的使用将节省25年后需 要的大笔开支，而在更久的将 来节省的费用将更为巨大

交通。现在，运输当局在选定建材时，正将因交通延误产生 的社会间接成本（浪费的燃油、时间）以及环境成本（空气污 染、垃圾填埋）因数化。这种通盘考量使得选用不锈钢的理 由更为明晰。

筋能够接触到的氯离子数量的因素很多，包括水泥类型、覆 面层深度以及水灰比等。这就意味着并非建筑结构中的所有 钢筋都必须是不锈钢。深入到结构内部，或者说未暴露于较

即使不去考虑那些不那么实在的因素，仅就桥梁的全寿命 成本来看，在很多例子中，不锈钢仍然是最佳选择。当 20 世 纪 90 年代中，对瑞士境内横跨莱茵河的沙夫豪森桥进行规划 时，设计要求其为 80 年寿命、维护要求最低且不会失去结构 完整性。无论是涂层处理钢筋还是未经涂层处理的碳钢，使

高水平的氯离子中的钢筋可以使用成本较低的非合金化的钢 种。在桥板的上层使用不锈钢而下层使用碳钢的组合使用方 案是一种常见的实际做法。检验显示，电偶腐蚀在这里不是 个问题。

用这些传统材料都意味着大约每25年要进行重大维修。而使

现在,设计者们正在为干线桥梁制定设计寿命达125年的

用 304（UNS S30400）不锈钢钢筋则可以满足 80 年的标准。

规范。选择性使用不锈钢的方案，可能会使某些桥梁的初始

通过选择性地使用不锈钢，桥梁的总成本仅增加了

成本增加些许个百分点，但在所有的案例中，都会使寿命周期

0.5% 。

使用不锈钢，25 年后将节省大笔的开支，而在整个建筑结构

成本更低。

寿命周期里，累计节省的开支将更为巨大。如果桥梁会使用

苏格兰奥希市附近的 Allt Chonoglais 桥是一个比较新的

更多的除冰盐，或者紧邻海水，就需要采用一种合金化程度

使用不锈钢钢筋的例子。原来的旧桥被发现已经低于承载要

更高的材料，如合金2304(S32304)、316L (S31603) 甚至 合金

求强度，而维修起来并不经济。长期使用除冰盐引起碳钢钢

2205 (S32205)，而这仅会使项目成本增加一个零头。影响钢

筋腐蚀，导致混凝土开裂和结构整体性的下降。

6 专题报道

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

OUTUKUMPU

位于洛马角的海军码头 所有铁壳航海船舶在全球航行时都会带有一种磁场 特征。对于海军舰船而言，这种磁场特征可能是毁灭性 的。因为它们可能会被敌人的磁性水雷或磁性感知设备 识别并摧毁。许多海军舰船因此要进行绕组消磁操作，以 去除永磁性，帮助船舶隐蔽。从事这种操作的码头本身也 应表现为无磁反应，因此也就需要用到含镍奥氏体不锈 钢。当美国海军为其在加利福尼亚州圣地亚哥的洛马角 码 头 选 择 混 凝 土 强 化 用 钢 筋 和 索 缆 时 ，选 用 了 UNS S24000和304（S30400）奥氏体不锈钢。码头所使用 的合金必须能在暖热的温度下承受住渗入到混凝土中的 来自太平洋的盐分影响。合金XM-29即使在经过大量的 冷加工后仍能保持极低的磁导性，因此，方桩、桩帽和甲 板中使用的预应力索也使用这种合金。应力较小的钢索 为304不锈钢。在使用20年后的2008年 对整体结构进行了 检查。只在304不锈钢上发现了轻微的腐蚀，腐蚀发生处 存在混凝土保护层厚度不足的问题（少于12毫米）。在厚 r 不锈钢钢筋已经在奥托昆普的谢菲尔德不锈钢棒材厂内完成切 割、折弯，将用于新 Allt Chonoglais 桥

度大于等于25毫米的地方，304和XM-29都处于极佳的状 态。在乔治亚州的国王湾和夏威夷的珍珠港都建造了类 似的码头。

考虑了全寿命期内的预计氯离子水平后，苏格兰公路及运输 局选择了合金2304（S32304）用于特定的位置，如桥梁板、桥 墩、翼墙和承载底座等。新桥的总建筑成本为180万英镑（约 250万美元），于2013年8月通行。在约25年后，当驾驶者们在格

s 洛马角 123RF STOCK © F8GRAPHER

新桥的设计结构强度更高，要求的设计寿命为120年。在

拉斯哥和因费内斯之间的A82号公路上行驶时，将会感谢苏 格兰工程师们的远见卓识——使用能在这座桥梁120年设计 寿命内持续发挥功用的含镍不锈钢钢筋。

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

专题报道 7

KILLION O'SULLIVAN

8 专题报道

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

不锈钢承载负荷 含镍不锈钢在荷载领域里的应用 不锈钢是用途非常多的材料，具有独特、有益的性能，可以用

所有温度下的刚度都保持得更好。由于同时具有优异的延展性和

于负荷的承载。不锈钢区别于碳钢的主要性能是其内在的耐腐蚀

明显的加工硬化行为，不锈钢能吸收大量的冲击能而不会发生断

性。这是由于在含氧环境中，在其表面自发形成了一层致密的保

裂。这使它可以被用于需要承受极限负荷的结构和设备中，例如

护性氧化铬层。这就意味着不锈钢部件可以在不需要保护性涂

油气工业所需的防火、防爆墙，以及安保防护墙壁、屏障和门。

层的情况下暴露于广泛多样的环境中，更是需要暴露出金属表面 的一些项目的理想材料。

无法或难以进入去进行检查、维护或更换。因此，不锈钢是核工

因化学成分不同，不锈钢构件在火况中的表现与碳钢构件有 所不同。不锈钢在500°C以上时失去强度的速度要更慢，并且在

业中的负荷承载部件用材的普遍选择。下面，我们来看一看不锈 钢在结构件方面的一些最新的不同用途。

s 混 凝土浇注前的钢－混－钢结构试样 (左侧为碳钢钢板，右侧为不锈钢钢板)

s 安装在 Arkutun Dagi平台上的 不锈钢防 火、防爆墙

JOHN STURROCK

VTT

MTE LTD

vs 靠近英国伦敦国王十字地区的储气站 公园不锈钢雨棚。

不锈钢具有耐蚀性，是腐蚀环境部件的理想用材。这些环境

储气站公园

承担核电工业的负荷

防爆

8 号储气站建于 19 世纪 50 年代，是英

新建的核电站普遍选择承载双钢板混

Arkutun Dagi 开发项目使用了近300吨

国伦敦最大的煤气工程的一个部分。直到

凝土模组结构单元。这样可以加快工程建

合金 2304 (UNS S32304) 双相不锈钢 (含镍

2000 年停用，它成为了当时的一个著名地

设，简化附加设备支点，并降低成本。当单

标。2011 年，25 高的导引框架被拆除，2013

元的一侧暴露于腐蚀性的环境中时，一面

年重建前又进行了修饰。建筑师贝尔.菲利

是碳钢而另一面是不锈钢的模组设计是

普斯在框架区域内设计了一座直径 30 米

一种经济的解决方案。西屋公司的 AP1000

的圆形抛光不锈钢制雨棚。雨棚由150根

压水反应堆在中国和美国的项目 (三门 1

近、冰冷的鄂霍次克海中的一个遥远、人

立柱支撑，柱子由 25 米 毫米厚的 316L 镜

号、2 号机组, 海阳1号、 2 号机组, Vogtle 3

烟稀少的岛屿。防火、防爆墙是一种重量

面抛光不锈钢制成，这种不锈钢含 10% 左

号、4 号机组)就已经采用了这种方案。

轻、整体性强、全焊接成的气密系统。它由

4%)，用于制造 13,400 m2 的防火防爆墙、 隔热屏、防风墙和爆炸减压板。该项目是 萨哈林－1项目所开发的三个区块之一， 合并储量为 23 亿桶石油和17.1万亿立方英 尺天然气。萨哈林是位于俄罗斯东海岸附

压型不锈钢和绝热层构成，以达到规范要

右的镍。靠近运河附近的柱子间距更宽，

虽然核电用双钢板混凝土堆设计规范

目的是鼓励人们进到公园里，同时让朝向

在日本、韩国和美国都已经有了。但欧洲尚

运河的景观不被遮挡住。远离运河的柱子

无此规范。由英国钢结构学会牵头，主要

则靠得更近，以创造出一种更加围合的感

由欧盟资助的项目正着手解决这一问题。

后送到韩国进行最后组装。埃克森美孚公

觉。蓬顶为 15 毫米厚的 316L 不锈钢板，

项目英文缩写为SCIENCE，应于2017年完

司于 2015 年1月在Arkutun Dagi 区块开始

并用水刀切割出几何图形的孔。朝向运河

成。其中包括在长9米的梁上进行的一些

生产作业。

方向的开孔更加密集，以创造出开阔的感

试验。梁的一面为碳钢钢板，另一面为 10

这些例子说明了性能多样的不锈钢如

觉。随着阳光透射进来，会产生出斑驳的

毫米厚的 304L (UNS S30403) 不锈钢板，含

何为应对众多的结构应用挑战提供出解决

效果。

镍量约为 10%。

方案。

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

求的 H120 防火等级，能耐受 120 分钟的 射流火焰和 1.5 巴的爆炸压力。墙体由位 于英国达灵顿的MTE公司设计、制造，然

专题报道 9

PHOTOS MDN MEDIA – AG WAGNER

激发学生的创意 来自不锈钢工业的专家们为学生们开发了一种新型“选择 加搭配”式的大学课程。这种课程的目的在于激发建筑与工程 专业大学生们的创意，从而发挥出不锈钢在建筑结构领域应 用的多种可能性和优点。 “不锈钢是有吸引力和可持续性的材料，能替代其它建 材，但这种能力通常并未在建筑和土木工程专业学生学习课 程中被传授 给他们。”国际 不锈 钢 论 坛(I S SF)的B e r n a rd Heritier说道， “结果是建筑师和土木工程师并不清楚不锈钢 的好处、用途或设计中需要考虑的问题。取而代之的则可能是 持有一种简单化的看法——不锈钢要比碳钢花费更高。” 根据Heritier的看法，不锈钢被排除在大学课程之外的主 要原因是缺乏课程的准备和教学时间。为了应对这一问题，国 际不锈钢论坛与学界和工业界的专家组一起编写了一套全 面、简明的课程。目的是帮助大学老师教给学生和年轻的土木 工程师关于不锈钢使用方面的知识。老师们可以使用全部课 程内容或挑选适合其教学计划的部分。

r 波 兰建 筑专业的学生 参加 一场由 波 兰 不锈 钢 发 展协 会 (Stowarzyszenie Stal Nierdzewna (SSN) 举办的报告会。

整个课程包括11个类目，并适当地分成了更多的详细章 节。课件在过去几年时间里由一个大学学者组成的小组进行 了精调，将他们的反馈意见包含进去。 课题涉及范围从艺术用不锈钢到诸如外立面、绿植墙、城 市家具以及供水系统。腐蚀、结构用不锈钢的力学性能、不锈 钢的表面和光亮度、连接与加工制作，以及可持续性等都被涵 盖进去。 课程可以不同的方式使用。有些人把它用作个别指导课教 材。其余的人则用作内部培训和参考指南，因为在每章的结尾 处都带有一个有用的来源目录。来自南非不锈钢发展协会的 John Tarboton是一名热衷此事的人。他说“我们给全国所有建 筑专业的四年级学生都提供了一种精华版本，还在诸如关于 不锈钢在结构应用方面的专业报告会上使用这些材料。” 这门名为《建筑及土木工程专业教师与学生用不锈钢》的 课程内容可以从以下网站免费下载：

w w w.nickelinstitute.org 或 w w w.worldstainless.org/ training/ 该教材以英文及法文出版，其它语种的版本正在筹 划中。

国际镍协会提供技术帮助 向我们的专家组提问

任何人如果有关于镍及包括不锈钢在内的含镍材料的问题，都可以联系国际镍 ISTOCK PHOTO © &#169 IGOR TEREKHOV

协会获取免费的技术帮助。由高水平专家组成的全球网络进行的专业的指导，能提 供关于镍及其性能与用途的技术知识，以确保性能优化、安全处置和使用。此外，这 一服务还能让用户了解含镍材料的优点，并以具有成本效益的方式恰当地使用，取 得成功的结果。 2015 年国际镍协会收到约 500 个问题，并对这些问题进行了解答。问题来自许 多不同的行业用户，包括工程 (36%)、建筑 (14%) 和化学与石化 (9%)。 获取帮助请登录 www.nickelinstitute.org，点击技术帮助栏（Technical Help） 10 镍的应用

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HAWORTH TOMPKINS ARCHITECTS AND KEITH HUNTER

含镍不锈钢造就轻巧砖拱腹

在建筑物漂亮的临街立面背后，固定件发挥着重要的作用。含镍不锈钢 紧固产品的创新，正为加快建设速度和降低建筑成本提供帮助。 砖拱腹和门窗侧（从例如内凹的窗户向外延伸出的包覆面层）正成为一种越来 越受欢迎的设计特色，它扩展了砖石建筑外立面的空间范围。现在，不锈钢预制

r新 型Nexus系统在英国切尔西的锡尔切斯 特房地产开发项目中获得广泛应用。

单元省去了现场制作复杂、费时的砖石拱腹的需要，轻松、快捷地让新建筑呈现

固 定件 作为建 筑 结 构中的关 键 部

的轻量型的模块化设计能更快地建造

分，要永久受力。它们一旦安装完后就

砖拱腹，并使之与砖外立面主体完美统

见不到了，所以检查、维修或更换工作

一地结合到一起。Ancon公司的部门经

常常因触及不到而不可能完成；或者，

理 Lisa Kelly说。

因成本过高且造成不便，而变得不切实 际。因此，含镍不锈钢在这些结构应用 领域相较碳钢或镀锌钢而言，提供出了 一种长期、持久地解决方案。 总部位于英国谢菲尔德的Ancon 建 筑制品公司为砖及混凝土结构设计、生

ANCON BUILDING PRODUCTS

出所设想的外观。

N e x u s ® 系 统 是 一 种 通 过 304 (UNS S30400) 不锈钢角钢将不锈钢 背撑和面砖结合到一起而成的建筑模

rN exus系统是一种通过由304 (UNS S30400)

块。轻型不锈钢支撑面砖单元比更为传

不锈 钢 背 撑 和面砖 结 合而成的建 筑 模

统的混凝土浇筑法有更多的好处。这种

块。每个单元都是在非现场预制、定作出 的。安装时，用手工直接放置于预先固定

新的Nexus拱腹系统的重量只有水泥的

好，并已钻好孔的支撑角钢上，然后用螺

们与切制砖专家 Ibstock Kevington合

一半，在多数情况下，不需要专门的起

栓拧紧即可。这种简单的两段式设计使

作，创造性地研发出了一种简单、快捷

重设备就可以进行单元的安装，大大节

的解决方案，为建筑物砖石临街外立面

省了安装时间，特别适合当今快节奏的

制造出了无缺陷的砖拱腹。 “这种先进

建设速度。

产了系列广泛的不锈钢固定件产品。他

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

安装和调整工作可以轻松地完成。形成 完美地整齐划一效果。就位完成后，简单 地用砖泥釉勾缝即可，以与砖外立面主 体相匹配。.

镍的应用 11

照亮路程

FLORIAN COAT

镍氢电池在极端天气里 为社区带来光明和更安 全的环境

在地球没有电网的地方，为街道和开放空间提供持续可靠 的照明是一项相当大的挑战，这在极端天气状况下尤其如 此。但对民众来说，安全问题重于泰山。 Sunna Design是一家从事太阳能照明设施设计和制造的法

“镍基的电池让我们的产品达 到无与伦比的寿命期 ”

国公司。目前，正在开发一系列适用于农村、荒凉或沙漠地区 的照明方案，以解决这一难题。在这些地方进行设施安装和去 维护都有困难。

的环境因素。研究的目标是找到在沙漠环境中最为耐用的电 池类型，并改进其在苛刻条件下的性能和寿命。

这家公司已经开发出了配备顶置太阳能板、镍氢电池及智 慧能源管理系统的灯杆，在遥远地区提供公共照明。它们基本 不需要进行维护，并设计得可以限制恣意破坏公物行为，和能 快速、简单地进行安装。 对于独立的立式照明系统来说，可以安装在高端的轻型电 池有很大的优点。小型镍氢电池被集成于灯头内，置于灯杆 顶部。这就大大简化了安装工作，还避免了被迫在地面以下埋 设电池，设置机箱或外置电路连接的需要。

无与伦比的寿命期 加速老化试验证实了镍氢电池的效率，预计它具有可达10 年的寿命期，以及在非洲和中东沙漠地区条件下运行的适用 性。在这种地区，温度范围从日间的约58°C到夜间的10°C。在 某些地区一年中的某些时间里，可降至冰点左右。因此电池需 要能在一个宽泛的温度区间内工作。 “镍基电池可以让我们的 产品达到无与伦比的寿命期。”Baillot 说。 “这种耐高温的金属使我们的产品即使在地球上最为严苛

耐用的电池 充放电管理是保证电池长寿命的关键因素。通过对充放电 完成情况进行检测的方法，防止过充和过度放电，并被作为 程序写入电池管理系统中。

的 环 境 中 也 能 表 现 出最 佳 性 能，”S u n n a 公司的工 程 师 Nicolas Mercadal

说， “这是太阳能照明用途中最好的电池技

术。”

选择镍氢电池是基于与法国 CEA-INES 实验室进行的一

“由于电池在白天存储太阳能而在夜间使用，因此系统的

个为期两年的研究成果而作出的决定。这家研究实验室是国

能源存储效率十分关键。在非洲国家，铅酸电池在类似系统

立太阳能研究院的一部分。研究人员对比了可用于极端情况

中的寿命最长为2年，并且可能在不到1年的时间就到期。”

的各种电池技术。 “降雨、阳光照射、酷热以及时速高达

100

“镍氢电池所带来的可靠性避免了额外的维修成本，”Sunna

公里的沙漠风等所有这些都必须考虑进去，”该项目的研发负

公司市场部主任 Laura Pargade 说。 “智慧电子能源管理系统优

责人Raphael Baillot 解释说。对于电池来说，气温是最为敏感

化了在任何天气情况下的照明程序，提高了电池寿命。”镍氢

12 镍的应用

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

FLORIAN COAT BENOIT POITEVIN

r 耐久的镍氢电池能承受从 -20°C 至 +70°C的温度变化，为高 效LED灯提供能源。单元中的智能电子系统管理着能源，优化 照明程序并提高了电池的耐用性，使用寿命为10年

r Sunna制造的 iSSL Maxi 太阳能照明系统照亮塞内加尔的 济金绍尔港

延长交易时间 济金绍尔是塞内加尔卡萨芒斯地区的首府，拥有超过 23

电池具有不错的比能值，(55 至 70 Wh/kg)，适用温度区间在可 充电电池中是最为宽泛的之一，为 -20°C至+ 70°C。 有超过 20 个国家的社区正受益于这一系统。其中很多在非 洲，包括塞内加尔、尼日利亚和喀麦隆，以及约旦的难民营。 基于镍氢电池技术的太阳能照明系统有潜力以可靠和可持 续的方式将光明带给每个人，带到每个地方。让停电成为历史

万人口。她位于卡萨芒斯河河口处，有一个忙碌的港口。当地 捕捞的鱼类在港口中的渔业区内进行薰制和出售。在市政当 局安装 Sunna 设计公司“Maxi”系统太阳能街灯之前，渔民 们用胶带将手电筒绑在头上为夜间工作提供照明。以前，渔 船夜间抵港售鱼是被禁止的，但现在有了太阳能照明街灯的

s Sunna新开发的纳米电网系统将一个太阳能街灯与 8 户人家 连接起来，提供室内照明和手机充电用电。

s 在太阳能照明系统安装之前，渔民们依赖于简陋的头灯

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

FLORIAN COAT

帮助，始于凌晨4点的商业活动正开展起来。

FLORIAN COAT

已经成为可能。

镍的应用 13

新出版物 镍铝铜工程师指南

工程师们在拟定选材规范、设计或生 产镍铝铜部件用于海洋、航空航天及其它

铜铝合金被称为铝青铜。通过添加镍 和铁形成镍铝铜可以改善耐蚀性能和强 度。这种合金还具有优异的抗擦伤性。最 终用途从飞机起落架轴承到海水泵阀、螺

领域时,可以从一本新出版物中获得实用 的指导。 《指南》解释了腐蚀行为,并给出 了 如何能得到良好使用性能的信息；对制

旋桨和无火花工具等。合金有锻轧形式和

造、焊接和加工方法进行了描述

铸造形式。

了 有用的参考书目名录。附录中包含了合

最常用的合金含约 5% 的镍。它们的显

,并提供

金的牌号、规范 ,以及相关化学成分与力学

微结构复杂，能进行硬化处理，但要在生

性能要求的全部详情。PDF 版的国际铬 发

产和热处理过程中进行严格的控制，以获

展协会(CDA)出版物第 222 号可以从 www.

得适合特定用途的最佳性能。

nickelinstitute.org 下载。

镍与纳米技术 为电池过热提供解决方案 s 用一种聚乙烯薄膜来防止锂离子电池过

这种新技术能够避免一些失火事故的

为解决这样问题，崔屹、鲍和博士后

热，然后在冷却后重启。膜上有尖刺状

发生,而这些事故则会导致对一系列用途

研究人员Zheng Chen转向了纳米技术。

石墨稀涂层镍纳米颗粒。

广泛的电池驱动设备的召回和禁用指令。

束集到一起后，石墨烯涂层镍纳米颗

这些设备涵盖从躺椅、计算机到导航仪和

粒会导电。当电池 过 热 时，颗 粒 就分散

自平衡车等的各种产品。

开，电流停止流动。在冷却过程中，这些

“人们已在尝试不同的策略来解决锂 离子电池的意外 失 火问题，”斯 坦福大

ZHENG CHEN

学化学工程系的鲍 哲南教 授 说。 “我们

统一数字代号详解 统一数字代号.

颗粒 重新团聚在一起，电池就在 此开始 产生电流。 与之前的方法相比，我们的设计提供 了一种可靠、快速、可逆的策略；可以既

已经设计出第一款能够在反复加热和冷

得到高性能的电池，又改进了安全性。”

却循环中关闭和唤醒的电池，而性能又

崔说道， “这种策略具有很好的电池实用

不会打折扣。”

前景。

本期《镍》杂志涉及到的合金和不锈钢的化学成分 (以重量计百分数)

碳

钴

铬

铜

铁

锰

钼

氮

铌

镍

磷

硫

硅

钛

S24000 p. 7

0.08 最大.

-

17.019.0

-

差值

11.514.5

-

0.200.40

-

2.3 -3.7

0.060 最大.

0.030 最大.

1.00 最大.

-

S30400 p. 4, 5, 6, 7, 11

0.08 最大.

-

18.020.0

-

差值

2.00 最大.

-

-

-

8.010.5

0.045 最大.

0.030 最大.

1.00 最大.

-

S30403 p. 9

0.03 最大.

-

18.020.0

-

差值

2.00 最大.

-

-

-

8.012.0

0.045 最 大.

0.030 最 大.

1.00 最大.

-

S31600 p. 4

0.08 最大.

-

16.018.0

-

差值

2.00 最大.

2.003.00

-

-

10.014.0

0.045 最 大.

0.030 最 大.

1.00 最大.

-

S31603 p. 6, 9

0.030 最 大.

-

16.018.0

-

差值

2.00 最大.

2.003.00

-

-

10.014.0

0.045 最 大.

0.030 最 大.

1.00 最大.

-

S31653 p. 4

0.030 最大.

-

16.018.0

-

差值

2.00 最大.

2.003.00

0.100.16

-

10.014.0

0.045 最大.

0.030 最大.

1.00 最大.

-

S32205 p. 4, 6, 16

0.030 最 大.

-

22.023.0

-

差值

2.00 最大.

3.003.50

0.140.20

-

4.56.5

0.030 最 大.

0.020 最 大.

1.00 最大.

-

0.030 最大.

-

21.524.5

0.050.60

差值

2.50 最大.

0.050.60

0.050.20

-

3.05.5

0.040 最大.

0.040 最大.

1.00 最大.

-

S32304 p. 2, 4, 6, 7, 9, 16

14 《镍》杂志简讯

《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

镍催化剂研究 挂上高速挡

北美的研究人员正在从事开发新型镍催化剂的工作，以 寻找更为廉价、清洁、可再生的能源，这可以让燃料电池变 得更能用得起。 小客车、卡车、巴士、轨道车辆、船舶和飞机等交通运输 主力。因此，环境友好型替代方案是寻 找的主要方向和重 点。 可充电电池和燃料电池是最具前景的两种小型汽车用候 选方案。燃料电池是将氢中的化学能转换为电能。充电电池 汽车的行驶里程短，充电时间长；而与之相对的燃料电池汽 车的充能时间少于 5 分钟，一次充能后，能行使超过 500 公 里（300英里）。 目前，可充电电池已经取得了商业上的巨大成功。美国特 拉华大学的严玉华博士和他的同事最近报告了取得的突破， 有望通过镍制成的催化剂来代替昂贵的铂金，从而大大降低 成本，使燃料电池能够用得起。 燃料电池的商用受制于铂金高昂的价格(约$50/克)。目前, 最高水平的燃料电池是质子交换膜电池(PEMFC),阴极和阳

ISTOCK PHOTO © HOCUS FOCUS STUDIO ISTOCK PHOTO © MONCHERIE , © PETAR CHERNAEV

极均为铂金。而将运行环境从酸性转换成碱性(即氢氧化物

r严玉山博士坐在一辆燃料电池车的方向盘边。他目前正在从事镍 在碱性电解液中作为催化剂使用的研究工作，期望可藉此降低氢 燃料电池的成本

UNIVERSITY OF DELAWARE

行业占到了美国年能源消耗的 20%，来自化石燃料的能源是

交换膜燃料电池 HEMFC), 就开启了用镍催化剂和其它不太 昂贵的组分的可能性。 HEMFC 的峰值功率密度要比 PEMFC 低，但严博士和他 的同事们合成出镍纳米颗粒，承载于掺氮的碳纳米管上，在 HEMFC 中显示出与铂金相似的活性。 “这种新型氢氧化物 交换膜燃料电池能以空前低的成本提供出高性能，”.严博士 说道。

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《镍》杂志 2016 年 4 月号，第 31 卷第 1 期

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《镍》杂志简讯 15

高迪的巴塞罗那杰作选用不锈钢

圣家大教堂 于 134 年前奠基,安托尼·高迪的鸿篇

进 展 缓 慢 是 因 为 作 品的 主 人 并不 着

成为欧洲最高的宗教建筑。尽管无法估

巨制,长方形的巴塞罗那圣家大教堂正接

急,”这是据他的“客户”上帝的意见。教

计出建设圣家大教堂已经花了少钱,但每

近建筑工程的最后阶段。含镍不锈钢在

堂计划的竣工日期为 2026 年,这刚好是

年的建筑和维护费用大约为 2500 万欧

这一建筑杰作中起到非常重要的作用。

这位 建筑师去世一个世纪的日子。完工

元,这些资金来自于每年 300 万的到访

后, 圣家大教堂的 1 8 座塔楼将从 9 4 米

游客和私人捐赠者

高迪自己作为一名虔诚的罗马天主教 徒,谈起这一待建成的鸿篇巨制所花费 的时间时十分轻松,“圣家大教堂的工作

升高至 172 米,含镍不锈钢是结构中的一 个重要部分。不锈钢具有强度高、耐蚀 性能优异和寿命周期成本缩减的优势。 由奥托昆普公司负责提供不锈钢钢筋、 机加工部件和等离子切割钢板。选择了 含镍双相不锈钢合金 2304 (UNS S32304) 和合金 2205 (S32205),因为它们在苛刻的 建筑结构要求中具有成本效益,是长期 持久性解决方案。

中最高的一个将使这座长方形的大教堂 r 含镍双相不锈钢是重要的结构部分。圣 家大教堂的 18 座塔楼的高度将从 94 米 提高至 172 米。

OUTOKUMPU — COURTESY OF SAGRADAFAMILIA

这座建筑之上还要增加六座新塔,其