Issuu

強い建造物を建てるニッケル、遠隔地域を照らすニッケルとその用途の情報誌

橋梁を建設する

ニッケル含有鉄筋が寿命を延ばす

2016年第 31号第1巻（2016年4月号）

長持ちする橋のためのステンレス鉄筋

珠江河口港珠澳大橋

主橋部

r 橋の本体区間 r 建設中の港珠澳大橋

ランタウ島

香港

マカオ

r 人工島とトンネル入口

ケーススタディ06

香港港珠澳大橋

r 主橋部は珠江河口上29.6kmの区間です。

世界最長の海上橋港珠澳大橋は世界で有数の大型インフラプロジェクトです。これは全長50k m

広東省の珠江デルタ(PRD)は中国の経済成長にとって主要拠点の一つです。珠江デルタ

という世界最長の海上橋です。そして

の工業都市は「世界の工場」と呼ばれており、珠江デルタ経済圏(PRDEZ)は中国の貿易

12 0 年という設計寿命を実現するた

額のおよそ1/3を占めます。しかも珠江デルタは世界でも都市が最も密集した地域の一

め、ニッケル含有二相系ステンレス鋼の

つであり、香港、珠海、マカオなど域内主要9都市を合わせ人口およそ5,700万人です。

合金2304(UNS S32304)の鉄筋、棒、

珠江デルタ経済圏は珠江の河口によって分離しています。東側と西側を結ぶ道路交通は、現在のところ、北側にある虎門大橋を経由する200kmの旅程です。香港、マカオ、広東省の政府は現在、乗客と貨物が直接行き来できる橋を河口に建設中であり、これによっては香港・深圳間の国境検問所で生じる深刻な交通渋滞を緩和し、検問所で毎日生じる交通渋滞による経済損失を削減することができます。

線材を10,000トン近く使用します。合金 2304の部材は太原鋼鉄(TISCO)が供給し、橋を支えるプラットフォーム、塔の基礎、桟橋のシャフトに用います。中国本土の橋建設で二相系ステンレス鋼を用いるのはこれが初めてのことです。

この港珠澳大橋は香港とマカオおよび広東省珠海をつなぎます。主橋部はマカオから

プロジェクトの総費用は推定106億米

珠江河口西側まで29.6kmの区間です。この橋は人工島上に設置し、この人工島が長さ

ドル(700億元)で、中国における橋建設

6.7kmの地下トンネルでもう一つの人工島につながります。さらに橋は香港本土につな

として歴史上最大の投資額です。橋

がり、橋とトンネルの複合構造体を形成します。橋は双方向3車線の高速道であり、香

の建設は2009年12月15日に始まり、現

港、マカオ、珠海間の移動時間を現在の4時間からわずか30分に短縮します。

時点での完成予定は2018年です。

2 ケーススタディ

2016年第 31号第1巻

WIKIMEDIA COMMONS

広東省珠海市

2016年第 31号第1巻

ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

ニッケルとその用途の情報誌発行：ニッケル協会 www.nickelinstitute.org プレジデント：David Butler 編集発行人：Clare Richardson crichardson@nickelinstitute.org 投稿者：Nancy Baddoo, Wenlei Chen, Parul Chhabra, Jo Claes, Gary Coates, Bernard Heritier, Jim Jenkins, Nigel Ward, Annabelle Wilson デザイン：Constructive Communications 住所： Rue Belliard 12 Brussels 1040, Belgium Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org 本誌は読者への一般情報提供を目的としており、しかるべき助言を確保せずして、いかなる特定の目的あるいは用途のために使用もしくは依拠されるべきではない。本誌は専門的に見て正確であると信じられるものではあるが、ニッケル協会とその会員、スタッフ及びコンサルタントはあらゆる一般的な、もしくは特定の目的のための適合性について、何ら表明もしくは保証するものではなく、また本書に示されている情報に関して、いかなる種類の義務もしくは責任を負うものではない。 ISSN 0829-8351

未来を建設する

オバマ大統領が「21世紀のビジネスには21世紀のインフラが必要である」1と述べたのは、前世紀に建設し今や崩れかかっている数多くの道路と橋を作り直さなければならない各国政府の懸念を表明したものです。数字は厳然としています。米国の主要道路の65%は「良好とはいえない状態」にあり、橋の25%は「大規模な補修が必要であるか、今日の交通に対応できない」状態です。2ドイツでは、アウトバーンに架かる橋の半分以上が緊急に補修の必要があると報告されています。イギリスでは土木業者協会が2013年に、一般的な「先進国の基準」に達していないインフラのために費やした費用が、2000～2010年で毎年780億ポンドに達したと述べています。

印刷：カナダ再生紙使用表紙：Constructive Communications 表紙写真: Woodrow Wilson Bridge, Wikimedia Commons © William F. Yurasko Rebar, iStockPhoto.com © ansonsaw

$0.7

ケーススタディ香港港珠澳大橋 . . . . . . . . . . . . . . . . 2 焦点編集者記 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 特集崩れかかるインフラに対する確実な解決策 . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5 橋梁をより長い耐用年数に . . . . 6-7 過重用途用ステンレス鋼 . . . . . . . .8-9 注目される用途学生向けステンレス鋼コース . . . . . 10 専門的な相談受付 . . . . . . . . . . . . . 10 レンガの固定を簡単に. . . . . . . . . . 11 ソーラーパワーの照明 . . . . . . . .12-13 サグラダ・ファミリア . . . . . . . . . . . . 16 簡略に新刊行物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . UNS details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 燃料電池技術 . . . . . . . . . . . . . . . . . より安全な電池. . . . . . . . . . . . . . . . Web links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

$57.3

2013～2030年、世界のインフラ需要に対する世界の世界の投資額(単位:1兆米ドル)3

14 14 15 15 15

港

$2.0 空港

$4.5 鉄道

$9.5 通信

$11.7

$12.2

水道

電力

$16.6

道路

合計

私たちのほとんどは、身の回りにあるインフラを当然のものとして受け止めており、高速道路に空いた大きな穴や崩れかかった橋、崩落しかかった輸送トンネルなどのために毎日の通勤通学に影響が出ない限り、そうしたインフラに注意を向けることはありません。当然ながらインフラには、崩壊と費用を最小限に抑えるため長い設計寿命が望ましく、ニッケル含有の建築物は素晴らしい実績を誇っています。メキシコのプログレッソ桟橋は、ニッケル含有ステンレス鋼の鉄筋が持つ利点を示した実例であり、この桟橋の場合は70年以上にわたって苛酷な環境でインフラが時の試練に耐えることを可能にしました。そして今、新しい世代の超大型プロジェクトが始まっています。たとえば隣のページで紹介した香港港珠澳大橋や、カナダのセントローレンス川にかかる新しいシャンプラン橋(P.4)です。どちらの橋もニッケル含有鉄筋の防食特性を利用します。今号のNickel誌は、ニッケル含有の鉄筋その他の材料が橋や高品質な建築物にどのように役立っているかをお伝えします。ニッケルは表舞台には出ませんが、政府や市民が橋、道路、建物などで目的に適った長期の耐久性を実現し、資金に見合った価値を得ようとする時、ニッケルがインフラの防食に果たす役割はきわめて重要です。 Clare Richardson Nickel誌編集長一般教書演説、2015年1月米国国家経済会議および大統領経済諮問委員会による報告、2014年「インフラの生産性：毎年1兆ドルをいかに節約するか」での展示、2013 年1月、マッキンゼー・グローバル・インスティテュート

1 2 3

2016年第 31号第1巻

焦点 3

ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

崩れかかるインフラに対する確実な解決策

ISTOCKPHOTO.COM © TORTOON

防食性を持つステンレス鋼鉄筋

インフラの経年によるコンクリートの劣化は、最も一般的であり最も費用のかかる問題です。それはなぜでしょう。スイス連邦工科大学の建築研究所所長のKaren Scrivener 博士によれば、「コンクリートの耐久性問題の90%以上」が鉄鋼の腐食です。凍結防止用の塩、海水、海洋大気などにさらされるコンクリート構造物は、特に劣化が加速しやすいものです。

食プロセスが加速します。時が経てば亀裂は広がり、場合によってはコンクリートが砕けます。

問題の中身を知る専門的にいうと、塩化物イオン、水分、空気(酸素)が多孔性のコンクリート表面に入り込み、内部に埋め込んだ炭素鋼の鉄筋表面を腐食させます。それによって生まれた腐食生成物(錆)によって、鉄筋の体積が鉄筋そのものより大きくなります。こうした体積増加が周囲のコンクリートに圧力を加え、亀裂を生じさせます。

強度と耐久性に優れた建築物 ― 注目すべき実例深刻さを増すこの問題に対し、無数の実験やライフサイクル費用分析を行った結果、ステンレス鋼鉄筋を使用すれば大規模な修理や補修なしで75～100年の耐用期間を実現できるという利点が明らかになりました。

亀裂が生じると塩化物、水分、酸素はそれまで以上に炭素鋼に到達しやすくなり、腐

この利点を実証するのがメキシコ・ユカタン半島のプログレッソ桟橋です。1941年に完成した長さ2kmのこの鉄筋コンクリー

WIKIMEDIA COMMONS

s ライフサイクル評価によって、メキシコのプログレッソ桟橋で70年以上前にニッケル含有の鉄筋を選択したことは優れた投資であったことが証明されました

大型橋梁プロジェクト場所

ステンレス鋼合金のタイプ

年

トン数 (およそ)

米国ミシガン州、I-696に架かる橋、デトロイト付近

1984

304

米国ニュージャージー州、ガーデンステート公園道路

1998

2205

165

米国ニューヨーク州、ベルトパークウェイ橋、ブルックリン

2003

316

米国ニュージャージー州、ドリスコル橋

2003

2205

400

米国バージニア州～メリーランド州、ウッドローウィルソン橋

2005

2205

200

香港、深圳西回廊橋

2005

2205, 316LN

1300

香港、ストーンカッターズ橋

2007

2205, 316LN

1100

米国ロードアイランド州、サコネット川橋

2007

2205, 316

1300

米国ミネソタ州、ヘイスティングズ橋

2009

304

3000

米国ミネソタ州、ラファイエット橋

2010

2205

800

米国ニューヨーク州、ベルトパークウェイ橋、ブルックリン

2010

2304

367

米国ニュージャージー州、ドリスコル橋

2011

2304

1963

ト製桟橋は、メキシコ湾に突き出して、苛酷な熱帯の海洋環境につねにさらされています。最近実施したコンクリートのコアリング調査および詳細点検では、ニッケル含有タイプ304(UNS S30400)の鉄筋で建設したこの桟橋は、大規模な補修工事なしで75年の耐用年数を経たのちも素晴らしい状態にあることが確認されました。答えに含まれるニッケルの役割合金生産者はこの20年の間に、一連の防食ステンレス鋼鉄筋(ならびにステンレス鋼のタイワイヤーおよび鉄筋用カプラー) を開発し、製品化するという偉業を達成しました。実際、直近20年ほどの期間にステンレス鋼鉄筋としての指定を最も多く受けたのは、ニッケル含有合金であるタイプ316LN(UNS S31653)と、二相系である合金2205(UNS S31803)および合金 2304(UNS S32304)であり、そのほか量はそれより少ないながらタイプ304です。ステンレス鋼鉄筋の生産者は合金の組成を調整することで、防食性、強度、成形性の最適な組み合わせを実現することに成功しました。合金2304はこうした重要な特性を最適に組み合わせ、しかも競争力のある価格で実現した魅力ある製品です。こうした特性の組み合わせにより、この合金は近年いくつかの大型の橋で採用されました。活躍する新合金合金2304は、最近ではカナダ・モントリオールのセントローレンス川に建設する新しいシャンプラン橋で採用されました。この橋で計画しているスパンは(アプローチ部分を除いて)約3.4kmであり、鉄筋として合金2304を約15,000トン必要とします。ニッケル含有ステンレス鋼鉄筋であればどれも、零度以下の温度でも優れた引張強度と耐衝撃性を保持します。厳しい冬季と腐食性を持つ大量の道路用塩の散布に耐えなければならない高速道路の橋にとって、こうした特性は重要です。その他の用途タイプ316LNやタイプ304 で製造した鉄筋は極低温であっても優れた力学的性質を保持するため、LNG貯蔵施設で用いられています。タイプ316LNは非磁性体でもあるため、病院や診療所のMRI施設の建設や特殊な研究所、データ保管施設などで、この合金の鉄筋が何百トンも用いられています。長い耐用期間、防食性、強度を理由として、ニッケル含有ステンレス鋼の鉄筋を多く使用することが、費用対効果に優れ先見の明のある選択肢です。そのほかの用途タイプ316LNやタイプ304で製造した鉄筋は極低温であっても優れた力学的性質

*Chemistry World, Vol 5, No3 March 2008

4 特集

2016年第 31号第1巻

WWW.CMCMMI.COM

INFRASTRUCTURE CANADA

r 米国ミネソタ州のヘイスティングズ橋プロジェクトに用いる合金2304ステンレス鋼鉄筋は、Contractors Materials Companyが提供します

r ステンレス鋼鉄筋の見本：1巻きのタイワイヤー(左下)、ねじ山付きの鉄筋カプラー(中央と右上)、はっきりしたU字型が成形可能性を示しています..

を保持するため、LNG貯蔵施設で用いられています。タイプ316LNは非磁性体でもあるため、病院や診療所のMRI施設の建設や特殊な研究所、データ保管施設などで、この合金の鉄筋が何百トンも用いられています。長い耐用期間、防食性、強度を理由として、ニッケル含有ステンレス鋼の鉄筋を多く使用することが、費用対効果に優れ先見の明のある選択肢です。

2016年第 31号第1巻

©WWW.TESOLUTION.COM

FRANK SMITH

r カナダのセントローレンス川に架かる新しいシャンプラン橋には、合金2304鉄筋を15,000トン使用します.

r テンブロン橋のモデルを使ってTESolutionが風洞実験を行っているところ

ブルネイのテンブロン橋

ブ

ルネイ湾を横断する16億米ドルの橋のために、TISCOはニッケル含有のタイプ304（UNS S30400）ステンレス鋼鉄筋をおよそ3,500トン供給します。この「巨大な」橋はテンブロン地区とブルネイ・ムアラ地区を結びます。この二つの地区はマレーシア領土によって隔てられており、両地区を行き来するには、マレーシア経由の陸上横断で1.5時間を移動するか、船で45分かけて行くしかありません。片側2車線の自動車道路を持つ長さ30kmのこの橋が完成すれば、移動時間は約20分に短縮される見通しです。建設は2014年に始まり、2019年の完成を予定しています。特集 5

EUGENIO MERZAGORA (WWW.STRUCTURAE.DE)

r 耐用期間80年として設計したシャフハウゼン橋

建設中の新しいAllt Chonoglais橋 r 解体する前の従来のAllt Chonoglais橋。鉄筋腐食の兆候が出ている 

大型の橋をより長い耐用期間にステンレス鋼を使用すると初期費用が若干高くなりますが、ライフサイクル費用は大幅に低減できますニッケル含有ステンレス鋼鉄筋を橋に使用する事例が全世界で増え続けています。もっとも、1～2車線の橋や高架自動車道を修理のために掘り返している間、イライラしながら待っている自動車のドライバーが望むほど早いペースではないかもしれませんが。炭素やエポキシを塗装した鉄筋は比較的早く腐食してコンクリートに亀裂が生じ、大規模な保守工事が必要となりその結果、コンクリートをはがして鉄筋を交換する間、交通路が閉鎖されることになります。今日、運輸当局は建設資材を決定する際、交通渋滞が社会に課す間接費用(無駄な燃料、無駄な時間) と環境費用(大気汚染、埋立費用)をますます考慮するようになりました。こうした全体論的な考え方をすれば、ステンレス鋼を選択することはこれまで以上にはっきり正当化できます。たとえこうした目に見えない要因を考慮しなくとも、橋の耐用期間中に要する費用を考えれば、多くの場合、ステンレス鋼は最善の選択です。スイスのライン川に架かるシャフハウゼン橋は1990年代半ばに計画されました。この橋に求められた設計は、最小限の保守で、構造体の完全性を失わず80年の耐用期間を実現することでした。被覆鋼であれ普通炭素鋼であれ、従来の補強材料を使用することは、およそ25年ごとに大規模な修理を行うことを意味していました。その一方、タイプ304(UNS S30400)ステンレス鋼鉄筋を使用すれば80年の基準を達成できました。ステンレス鋼を選択的に使用することで、橋の総費用の増加はわずか0.5%で済みました。ステンレス鋼を使用すれば、わずか25年後に多大な節約を実現することができ、さらに構造物のライフサイクルを通して見ればそれをはるかに上回る節約を実現します。もしもこの橋が、もっと道路用の塩の使用量が多い橋であったら、または海に近い橋であったら、もっと高合金の鉄筋材料、たとえば合金2304(S32304)やタイプ316L(S31603)、場合によっては合金2205(S32205)さえ必要になったかもしれませんが、それでもプロジェクト費用の増加分 6 特集

ステンレス鋼を使用すれば、わずか25年後に多大な節約を実現することができ、その後はそれをはるかに上回るはわずかに過ぎなかったはずです。鉄筋まで到達する塩化物の量に関しては、セメントの種類、コンクリート表面の厚さ、水/セメントの比率など多くのファクターが影響を及ぼします。つまり構造物内のすべての鉄筋をステンレス鋼にする必要があるわけではありません。構造物の奥深くに配置する鉄筋、または高レベルの塩化物が到達しない鉄筋については、低コストの非合金鋼を使用してかまいません。橋のデッキで上層部にステンレス鋼、下層部に炭素鋼という組み合わせを採用するのは一般的な慣行です。実験によって、この方法でも電解腐食は問題にならないと証明されています。今日、設計者は大型の橋には125年といった非常に長い耐用期間を指定するようになっています。選択的にステンレス鋼を使用する方法では、橋によって初期費用が数%増加することもありますが、どのケースでもライフサイクル費用は大幅に減少します。スコットランドのオーキー近くにあるAllt Chonoglais橋はステンレス鋼鉄筋を使用した直近の例です。老朽化したこの橋は、今後この橋にかかる荷重に対し強度が不足していることが明らかになり、しかも経済的な補修は不可能でした。長年使用した凍結防止用の塩によって炭素鋼鉄筋が腐食し、コンクリートがひび割れ、構造物の完全性が失われていました。高強度で新築する橋は設計寿命120年という要件で建設しました。高速道路

2016年第 31号第1巻

OUTUKUMPU

ポイント・ロマの海軍桟橋海洋を航行する鋼鉄船はすべて、世界の海を航行するうちに磁気を帯びます。軍艦にとってこうした磁気は有害になることがあります。というのも磁気を敵の磁気機雷などの磁気感知装置によって利用され、識別、破壊される可能性があるからです。そのため軍艦の多くは消磁作業(減磁ともいう)を行い、永久磁性を除去して敵からの感知を防ぎます。こうした作業を行う桟橋もまた磁気応答があってはならず、したがってニッケル含有のオーステナイト系ステンレス鋼を必要とします。米国海軍がカリフォルニア州サンディエゴにあるポイント・ロマの桟橋にコンクリート補強材(鉄筋)と撚り線を選んだ際、タイプ(UNS

S24000)とタイプ304(S30400)の両方の

ステンレス鋼を採用しました。桟橋に選択する合金は、温暖な気温に加え、コンクリート内に拡散する太平洋の海水が及ぼす作用に耐えられるものでなければなりません。タイプXM-29の透磁率は、厳しい冷間加工の後であっても非常に低いものであったため、スクウェア・パイリング、パイル・キャップ、デッキに使用するプレストレス・ストランドもこの合金製にしました。ステンレス鋼のストランドにごくわずかしか応力がかからない部位にはタイプ304を使用しました。2008年、運用開始から20年を経て構造全体の検査を実施しました。わずかな腐食が見つかったのは、コンクリート表面の厚さが不十分(12mm未満)であったタイプ304ステンレス鋼だけでし

は、Outokumpuのシェフィールドステンレス鉄筋工場ですべて切断および屈曲を行いました。

局とスコットランド運輸省は設計寿命中に予想される塩化物のレベルを考慮して、橋のデッキ部、橋台、袖壁、柱礎など選択した部位に合金2304(S32304)ステンレス鋼を指定しました。総建設費用は180万ポンド(およそ250万米ドル)であり、新しい橋の開通は2013年8月でした。今から25年ほど経てば、グラスゴーとインバネスを結ぶA82を運転するドライバーは、スコットラ

た。25mm以上のカバーがある場所では、タイプ304とすべてのタイプXM-29は素晴らしい状態でした。同様な桟橋はジョージア州キングス・ベイとハワイ州パールハーバーにもあります。

s ポイント・ロマ 123RF STOCK © F8GRAPHER

r 新しいAllt Chonoglais橋で使用するステンレス鋼の鉄筋

ンド技術者が先見の明をもって、120年という橋の設計寿命に見合った耐久性のニッケル含有ステンレス鉄筋を使用したことに感謝していることでしょう。

2016年第 31号第1巻

特集 7

KILLION O'SULLIVAN

8 特集

2016年第 31号第1巻

ステンレス鋼が重荷を担う荷重用途で活躍するニッケル含有ステンレス鋼ステンレス鋼は非常に用途の広い材料であり、荷重がかかる用途で役立つ有用な特性を持っています。ステンレス鋼と炭素鋼の主要な特性の違いは防食性であり、これは酸素が存在すれば表面上に即座に形成される酸化クロムが緊密に付着した保護層によるものです。つまりステンレス鋼部品は保護被覆の必要なしで幅広い環境に適応できるということであり、これは金属仕上げの露出が必要なプロジェクトにとって理想的です。ステンレス鋼の構造部材が火災にあった場合の挙動は、化学組成の違いから炭素鋼部材とは異なります。ステンレス鋼は温度が500℃を超えると緩やかなペースで強度を失いますが、どのよ

s 鋼・コンクリート・鋼の実験試料。コンクリートで固める前の状態(炭素鋼プレートが左、ステンレス鋼プレートが右)

s A rkutun Dagiプラットフォームに設置したステンレス鋼製の防火防爆壁

JOHN STURROCK

VTT

MTE LTD

vs イギリス・ロンドンのキングズクロスに近い Gasholder公園のステンレス鋼キャノピー

うな温度であっても剛性は維持します。ステンレス鋼は優れた延性と顕著な歪み硬化挙動によって、破壊することなく大きな衝撃を吸収できます。そのためきわめて大きな荷重に耐えることが求められる構造物や設備に用いられます。たとえば石油ガス施設の耐火壁や防爆壁、セキュリティ・ウォール、障壁、ドア、ゲートなどです。またステンレス鋼の防食性は、近づいて検査、保守、交換を行うことが困難または不可能な厳しい環境下で使用する部品にとって理想的です。そのため原子力産業などでは、荷重のかかる部品にはステンレス鋼を選択するのが一般的です。以下では最近の構造部品におけるステンレス鋼の多様な用途を見ていきます。

Gasholder公園 Gasholder No.8は1850年代に建設されました。イギリス・ロンドンで最大のガス工場の一部であったこの場所は、2000 年に役目を終えるまで有名なランドマークでした。高さ25mのガイド・フレームは、2013年の再設置を目指して2011年に撤去および改装されました。このガスタンクのフレームに印象的なコントラストを与えるため、建築家Bell Phillips氏はフレーム外周の内側に研磨ステンレス鋼で作った直径30mの円形キャノピーを設計しました。このキャノピーを支える150 本の支柱は、厚さ25mmの鏡面研磨した 316L(UNS S31603)ステンレス鋼であり、ニッケルを約10%含んでいます。支柱の間隔は運河に近い場所では広く、人々が公園に入りやすくすると共に、視野を遮られずに運河が見えるようにしています。運河から遠い場所では支柱間隔は狭くなり、囲われた感覚が強まります。キャノピーの屋根は厚さ15mmの316Lステンレス鋼プレートで、水ジェット切断で作り上げた幾何学的な穴開き模様になっています。開いた穴の密度は運河に近づくほど高くなって開放感を作り上げると共に、太陽光線が当たると光がまだらになる効果が生まれます。

2016年第 31号第1巻

原子力産業で荷重を支える新しい原子力発電所では荷重を支えるために鋼・コンクリート・鋼というモジュール式の構造ユニットを採用するのが一般的であり、これによって建設期間を短縮し、設備支持点の取付を簡素化し、費用を削減することができます。ユニットの片側は腐食性環境にさらされるため、モジュールの片側に炭素鋼プレート、反対側にステンレス鋼プレートを取り付けるのが経済的なやり方で、この方式を中国や米国のWestinghouse AP1000加圧水型原子炉(Sanmen 1および2号機、Haiyang 1および2号機、Vogtle 3および4号機)が採用しています。原子力発電所における鋼・コンクリート・鋼のモジュール構造について、日本、韓国、米国には設計規約がありますが、欧州にはそうした規約はありません。この問題に取り組んでいるのが、EUが資金提供し、イギリスの鉄鋼建設協会が主導する大型プロジェクトです。2017年に完了予定であるこのSCIENCEプロジェクトでは、片側のプレートが炭素鋼、反対側がニッケルを約10％含有する10mm厚のタイプ 304L(UNS S30403)のステンレス鋼である長さ9mの梁を実験します。

爆破耐性 Arkutun Dagiの開発では防火防爆壁、熱シールド、風壁、爆発放散パネルなど 13,400m2の製造に、二相系ステンレス鋼(ニッケル4％含有)の合金2304(UNS S 3 2 3 0 4 ) を 3 0 0トン近く使用しました。Arkutun Dagiはサハリン1プロジェクトで開発した3基の沖合油田の一つであり、プロジェクト全体の埋蔵資源は石油 23億バレル、天然ガス17.1兆立方フィートです。サハリンはロシア東岸沖の寒冷なオホーツク海にある人口の少ない離島です。防火防爆壁は成形ステンレス鋼で製造した軽量、高信頼性、完全溶接の気密システムであり、H120および120分のジェット火災までという所定の火災等級を実現する断熱性能を持ち、最大1.5バールの爆発圧力に耐えることができます。この防火防爆壁はイギリス・ダーリントンのMTE Ltdが設計、加工、製造し、それを韓国に輸送してそこで最終的に組み立てたものです。Arkutun Dagi油田では、ExxonMobilが2015年1月に生産を開始しました。以上は、ステンレス鋼の多様な性質が様々な構造物の課題に応えた実例をほんのいくつかお見せしたものです。特集 9

PHOTOS MDN MEDIA ‒ AG WAGNER

生徒に刺激を与える

r ポーランドの建築科学生が、ポーランドステンレス鋼開発協会 (Stowarzyszenie Stal Nierdzewna[SSN])主催のステンレス鋼ワークショップに参加しているところ

ステンレス鋼産業の専門家が、学生のために「取捨選択が可能

細かく分野が分かれています。さらにここ数年は、大学の講師委員

な」新しい大学履修課程を作り上げました。この課程の目的は、建

会が細部にも手直しを加え、同委員会によるフィードバックを課

築建設部門でステンレス鋼が持つ多くの可能性や利点を建築科

程全体に反映しました。

や工学科の学生に伝え、刺激を与えることです。「他の建築資材に代わる魅力的で持続可能な選択肢であるステンレス鋼の能力を、建築や土木工学を学ぶ学生が履修期間内に学ぶことは通常ありません」と国際ステンレス鋼フォーラム(ISSF) のBernard Heritier氏は言います。「その結果、建築家や土木技師はステンレス鋼に固有の利点、用途、設計などに気づきません。むしろステンレス鋼の費用は炭素鋼より高いという単純化された考え方を持ちがちです」 Heritier氏によれば、ステンレス鋼が大学のカリキュラムから除外されている主な理由は、課程の準備に要する時間と利用できる授業時間が欠如していることです。この問題に対処するため、ISSFは学界および産業界の専門家委員会と共に、ステンレス鋼の利用について大学の講師が学生や若い土木技師に教えることを容易

取り上げるテーマは、芸術から、ファサード、グリーンウォール、アーバンファーニチャー、配水管でのステンレス鋼まで多様です。ステンレス鋼構造物、ステンレス鋼の表面、仕上げ、結合、製造の防食性と力学的特性や持続可能性のすべてを取り上げています。この課程は様々な形で利用されています。個別指導の教材として用いられる場合もあれば、内部研修のために利用されることや、各章の末尾にある出典リストが役立つことから参照ガイドとして用いられることもあります。南アフリカ・ステンレス鋼開発協会の John

Tarboton氏はこの課程に夢中です。「この課程の簡約版を

全国の第4学年の建築科学生全員に履修させると同時に、専門的なワークショップ、たとえば構造用途のステンレス鋼に関するワークショップなどで資料としても利用しています」

にする総合的で簡潔な課程を作り上げました。講師はこの課程を

この課程「建築および土木工学の講師と学生のためのステンレス

丸ごと利用することもできれば、カリキュラムに適合する部分だけ

鋼」はwww.nickelinstitute.orgまたはwww.worldstainless.org/

を選んで利用することもできます。

training/から無料でダウンロード可能です。

この課程には11のカテゴリーがあり、カテゴリーによってはさらに

現在、仏語版と英語版があり、それ以外の言語版も計画中です。

ニッケル協会の専門的な相談受付私たち専門家委員会にお尋ねください

ISTOCK PHOTO © &#169 IGOR TEREKHOV

ニッケルやステンレス鋼を含むニッケル含有材料に関して個別の質問がある方は、ニッケル協会の無料専門相談サービスをご利用ください。世界に広がる有能な専門家ネットワークが専門知識を提供し、最適な性能と安全な取扱いおよび使用を実現するためにニッケルに関する専門的知識、特性、用途をご案内します。さらにこのサービスでは、利用者がニッケル含有材料の利点を理解し、適切な用途において費用対効果の優れた方式で利用して好結果を得るための用法を知ることができます。 2015年にはおよそ500件の相談があり、回答を提供しました。相談があった最終利用部門は様々で、工学(36％)、建築・建造・建設(14％)、化学および石油化学(9％)などでした。このサービスを利用するにはwww.nickelinstitute.orgにアクセスし、相談受付 (Technical Help)をクリックしてください。 10 注目される用途

2016年第 31号第1巻

ニッケル含有ステンレス鋼が

HAWORTH TOMPKINS ARCHITECTS AND KEITH HUNTER

レンガの固定を簡単にします

美しいファサードの裏側では固定具や締め具が大きく役立っています。ニッケル含有ステンレス鋼の固定具製品で起きたイノベーションが建築速度を加速し、建設費用の低減を容易にしました。レンガ下端と抱き(reveal)(たとえば埋め込み式の窓から外側に向かって伸びる被覆材部分)は、レンガ・ファサードの追加装飾として、建築物でますます一般的になった設計特徴です。現在、ステンレス鋼のプレハブユニットのおかげで、複雑で時間のかかる

r イギリス・ロンドンのケンジントン・アンド・チェルシー地区にあるSilchester Estateの再開発では、この新しいNexusシステムが抱きの部分に多用されています

レンガ下端を現場で建造する必要なくなり、望ましい外観を新しい建築物に敏速で固定具は建築物や構造物内できわめて

単な方法を生み出しました。「先進的な

重要な接続部分であり、永久に荷重がか

この軽量モジュール設計によって、レンガ

かり続けます。いったん設置したあと固

下端を手早く作り上げ、本体のレンガ・フ

定具は外から見ることはできませんし、

ァサードと完全なアライメントを実現す

検査、保守、交換は、立入が困難である

ることができます」とAnconの地区責

ため、または多額の費用と不便をともな

任者であるLisa Kelly氏は言います。

うために実際的でないため、不可能なこ

このNexus®システムは、ステンレス鋼を

とがしばしばです。そのためこうした構造物用途では、ニッケル含有ステンレス鋼の方が炭素鋼や亜鉛めっき鋼よりも長期

PHOTO © SIEMENS AG

耐久性に優れた選択となります。

裏打ちしたレンガ表面の建築モジュールに、タイプ304(UNS

S30400)ステンレ

ス鋼レンガ支持アングルを組み合わせます。レンガ表面ユニットの裏側に軽量ス

イギリス・シェフィールドに本社を置く

テンレス鋼を用いる方法は、コンクリー

Ancon Building Products は、レンガや

トを打つ従来の方法に比べ大きなメリッ

コンクリートの建造物用に幅広いステン

トがあります。新しいNexus下端システム

レス鋼固定具製品を設計、販売していま

は重量がコンクリートのおよそ半分であ

す。同社はスライス・レンガの専門企業で

り、ほとんどの場合、専門業者のための

あるIbstock Kevingtonと組んで技術革

昇降装置なしで設置できます。これは設

新を進め、レンガ建築物のファサードに

置時間の大幅な短縮につながり、現代の

完璧なレンガ下端を作り上げる手早く簡

短期建設方式には特に適しています。

2016年第 31号第1巻

ANCON BUILDING PRODUCTS

簡単に作り上げられるようになりました。

r 新しいNexusシステムは、タイプ304(UNS S30400)ステンレス鋼を裏打ちしたレンガ表面の建築モジュールに、ステンレス鋼のレンガ支持アングルを組み合わせます。個々のユニットはプレハブ式で、現場以外の場所で製造し測定します。取り付けは、あらかじめ固定しドリルで穴を開けた支持アングルに手で配置し、所定位置にボルト止めするだけです。こうした簡単な二分割設計により、ユニットの設置と調整が容易で、完全なアライメントを実現することができ、いったん所定位置に取り付ければ、レンガがずれても間にコンクリートを詰めるだけで本体のレンガ・ファサードに合わせることができます.

注目される用途 11

道を照らす

FLORIAN COAT

ニッケル水素電池が極端な気候の地域社会に照明と安全な環境をもたらす

世界の中で送電網が整備されていない地域において、街路と野外に信頼できる常時の照明を実現することはかなりの難問であり、それが極端な気候条件下であればなおさらです。しかしそれが市民の安全とセキュリティにもたらすメリットは莫大です。この問題に対しソーラー照明の設計と製造を行うフランス企業 Sunna Designは、設置と継続的保守が困難な遠隔地、乾燥地域、砂漠などに適合した様々な照明方式で対応しようとしています。Sunnaは、上端部にニッケル水素(NiMH)電池付きのソーラーパネルを取り付けるスマートエネルギー管理システム付きの照明灯を開発しました。この照明灯は遠隔地の公共照明に利用することができ、基本的に保守は不要で、破壊されにくく、短時間で簡単に設置することができます。独立型のソーラー照明システムにとって、高い位置に取り付ける必要上、軽量の電池は大きな利点です。小型のニッケル水素電池は、照明灯の最上部の内部、支柱の最上部に配置します。そのため設置作業が著しく簡素化され、電池を地中に埋設する必要もなければ、キャビネットや外部の電気接続装置も必要ありません。耐久性のある電池の化学電池の長寿命を保証するには充放電の管理が最も重要な要素です。過充電と過放電を防ぐには充電完了と放電完了の感知方式を利用し、それを電池管理システムにプログラミングします。フランス国立太陽エネルギー研究所の研究機関CEA-INESが 2年間の研究を行って得た結論は、ニッケル利用の電池を選択することでした。研究者は極端な気候条件で利用できる電池技術を比較しました。「降雨、太陽光の照射、強烈な熱、最高 100km/hの砂嵐や砂漠風といったすべての条件を考慮する必要がありました」とSunnaの研究開発部長であるRaphael Baillot 氏は説明します。気温は電池にとって最も感受性が高い環境因子であり、目指したのは砂漠環境への耐性が最も高い電池化学を見つけ出し、苛酷な環境下における電池の性能と寿命を改善することでした。

12 注目される用途

「ニッケル電池のおかげで、弊社の製品は他の追従を許さない長寿命を実現できました」他の追従を許さない長寿命促進老化試験の結果、NiMH技術の効率が裏づけられ、アフリカや中東の砂漠という作動条件下でその環境に適合し、10年の寿命を実現できることがわかりました。こうした砂漠地帯では気温に日中の約58℃から夜の10℃までの幅があり、地域によっては年の特定時期、凍結に近い水準まで気温が下がることもあります。したがって電池はこうした幅広い温度域で信頼性をもって機能しなければなりません。「ニッケル利用の電池のおかげで、弊社の製品は他の追随を許さない長寿命を実現できました」と Baillot氏は言います。「ニッケルという金属が持つ高温耐性によって、地球上で最も苛酷な環境下であっても最適な性能を実現することが可能になりました」とSunnaの技術者、Nicolas

Mercadal氏は言います。「ソ

ーラー照明用途にとってこれが最適の電池技術です」。「電池は夜間の使用に備えて日中に太陽エネルギーを蓄えるため、このシステムではエネルギー貯蔵効率がきわめて重要です。アフリカ諸国では、同様なシステムにおける鉛蓄電池の寿命は最長2年ほどであり、1年未満で寿命を迎えることもあります。ニッケル水素電池がもたらす信頼性は追加の保守費用を抑制します」とSunnaのマーケティング部長、Laura Pargade氏は言います。「電子式のスマートエネルギー管理システムが、どのような天候であっても照明プログラムを最適化し、電池寿命を伸ばしま

2016年第 31号第1巻

FLORIAN COAT BENOIT POITEVIN

r 長寿命のニッケル水素電池。-20℃～+70℃の気温に耐え、高効率の LEDライトに電力を供給します。この装置のインテリジェントな電子システムがエネルギーを管理し、照明プログラムを最適化し、電池の耐久性を高めて10年という寿命を実現します。

r SunnaのISSL Maxiソーラー照明システムがセネガル・ジガンショールの港を照らします。

す」。ニッケル水素電池は合理的な比エネルギー(55～70Wh/ kg)を供給し、-20℃から+70℃まで、充電式電池技術で実現可能な最大の温度域をカバーします。

ジガンショールはセネガル・カザマンス地方の中心都市で、

遠隔地の真っ暗闇はニッケル水素電池技術を採用したソーラー照明システムによって過去のものとなり、すべての人にすべての場所で信頼性と持続可能性のある光を提供できるようになるかもしれません。

FLORIAN COAT

s Sunnaが新たに開発したNanogridシステムはソーラー街灯を8軒の住宅と接続し、屋内照明と携帯電話の充電を可能にします

2016年第 31号第1巻

人口23万人強です。カザマンス川の河口付近に位置し、賑やかな港があり、周辺地域は漁業にたずさわり、地元で獲れた魚を燻製にして売っています。ジガンショールがSunna Designのソーラー街灯「Maxi」システムを設置する前は、漁師たちは懐中電灯を頭にテープで固定し、暗闇の中で仕事をしていました。漁船が港に戻って魚を売る時間も暗闇のために制限されていましたが、今はソーラー街灯のおかげで、朝の4時から商売が始まるようになりました。 s ソーラー照明システムの導入以前、漁師は間に合わせのヘッドランプに頼っていました

FLORIAN COAT

20を超える国の地域社会が今やこのシステムの恩恵に浴しています。その多くはアフリカであり、セネガル、ナイジェリア、カメルーン、さらにヨルダンの難民キャンプもそこに含まれます。

営業時間の延長

注目される用途 13

新刊行物

ニッケル・アルミニウム青銅に関する技術者向け手引き銅とアルミニウムの合金はアルミニウム青銅として知られており、その防食性と強度はニッケルを鉄と組み合わせて添加し、ニッケル・アルミニウム青銅を作ることで改善できます。この合金は磨耗特性も優れています。最終用途は航空機の着陸装置のベアリング、海水用のポンプおよびバルブ、プロペラ、防爆ツールなどです。この合金は鍛造で作ることも鋳造で作ることもあります。

新発行のこの刊行物は、海洋、航空宇

この合金で最も一般的に用いられる製品はニッケルをおよそ5％含みます。その微細構造は複雑であり、それによって硬化が可能ですが、特定用途に最適な特性を実現するには製造時や熱処理に厳格な管理を要します。

力学的特性に関する要件をきわめて詳細

宙、その他の部門でニッケル・アルミニウム青銅部品を指定、設計、生産したいと考える技術者に実際的な手引きを提供します。腐食挙動を説明し、良好なサービス性能を得るための情報を提供します。製造、溶接、組立の方法も説明し、参考文献および有用な刊行物のリストも提示します。付録には指定、仕様、関連する組成、に示しています。

CDA刊行物222のPDF版はw w w. nickelinstitute.orgからダウンロード可能です。

ニッケルとナノテクノロジー過熱する電池のためにソリューションを提供する s 薄いポリエチレン膜がリチウムイオン電池の過熱を防ぎ、冷却すればふたたび電池の機能を再開させる。この膜には、グラフェン被覆ニッケルのとげとげしたナノ粒子が埋め込まれている。

氏、博士課程修了の研究者であるZheng

この新技術により、リクライニングチェアやコンピュータからナビ、ホバーボードに至る電池駆動の幅広い製品で、リコールや製造中止につながる種類の火災を防ぐことができると考えられます。

グラフェンで被覆したニッケル・ナノ粒子

「リチウムイオン電池の突発的な発火という問題を解決するため、人々は様々な戦略を試してきました」とスタンフォード大学化学工学科の教授であるZhenan Bao氏は言います。「私たちは反復する加熱冷却サイクルの中で、作動を停止し再開できる初めての電池を、性能を犠牲にすることなく設計しました」

ZHENG CHEN

この問題に対処するため、Yi Cui氏、Bao

スタンフォード大学の研究者が、過熱する前に作動を停止し、温度が低下すればただちに作動を再開する初めてのリチウムイオン電池を開発しました。

Chen氏はナノテクノロジーに注目しました。を集積すると電気を伝えます。電池が過熱すると粒子が分離し、電流の流れが停止します。冷却すると粒子は再結合し、電池はふたたび電力を生産し始めます。「従来のアプローチに比べ、私たちの設計は信頼性があり、敏速で、可逆な戦略であり、優れた電池性能と高い安全性の両方を達成することができます」とCui氏は言います。「この戦略は電池の実際の用途にとって大いに有望です」

UNSの詳細本誌で示されているニッケル含有合金及びステンレス鋼の化学的組成（重量パーセント） UNS No.

S24000 p. 7

0.08 max.

17.019.0

bal.

11.514.5

0.200.40

2.3 -3.7

0.060 max.

0.030 max.

1.00 max.

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

0.08 max.

18.020.0

bal.

2.00 max.

8.010.5

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S30403 p. 9

0.03 max.

18.020.0

bal.

2.00 max.

8.012.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S31600 p. 4

0.08 max.

16.018.0

bal.

2.00 max.

2.003.00

10.014.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S31603 p. 6, 9

0.030 max.

16.018.0

bal.

2.00 max.

2.003.00

10.014.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S31653 p. 4

0.030 max.

16.018.0

bal.

2.00 max.

2.003.00

0.100.16

10.014.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S32205 p. 4, 6, 16

0.030 max.

22.023.0

bal.

2.00 max.

3.003.50

0.140.20

4.56.5

0.030 max.

0.020 max.

1.00 max.

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

0.030 max.

21.524.5

0.050.60

bal.

2.50 max.

0.050.60

0.050.20

3.05.5

0.040 max.

1.00 max.

14 簡略に

2016年第 31号第1巻

ニッケル触媒の研究はより高次に進む北米の研究者はもっと安価でクリーンな再生可能エネルギーを求めて、燃料電池の価格をもっと下げられる新しいニッケル触媒の開発作業を進めています。

自動車にとって最も有望な二つの候補は充電電池と燃料電池であり、これは水素の化学エネルギーを電気に変換するものです。電池自動車は走行距離が短く、電池の充電時間が長くかかります。対照的に燃料電池自動車は5分未満で充電でき、1回の充電で500km/300マイル以上走行することができます。現在のところ充電電池が最大の商業的成功を収めていますが、デラウェア大学のYushan Yan博士と同僚は最近、高価なプラチナをニッケル製の触媒に交換することにより、燃料電池のコストを大幅に下げる可能性を持った技術革新を報告しました。燃料電池の商業化はプラチナが高価なことで妨げられています(～50ドル/グラム)。現在の最新燃料電池は、陰極と陽極の両方にプラチナを使用する陽イオン交換膜型燃料電池(PEMFC) です。しかし作動環境を酸性から塩基性に代えることで(すなわち水酸化物交換膜型燃料電池、HEMFC)、ニッケル触媒やその

UNIVERSITY OF DELAWARE

乗用車、トラック、バス、鉄道、船、航空機による輸送は、主に化石燃料として米国でのエネルギー使用の20％を占めており、環境に優しい代替動力を得るための研究が行われています。

r 燃料電池自動車のハンドルを握るYushan Yan氏は、アルカリ性電解質でニッケルを触媒として利用する研究を進めており、これによって水素燃料電池の費用を低減できる可能性が生まれました。

他の安価な部品を利用できる可能性が生まれます。 HEMFCのピーク出力密度はPEMFCに劣りますが、Yushan博士と同僚は、窒素ドープ処理した炭素ナノチューブに支持されるニッケル・ナノ粒子を合成することに成功し、これがHEMFC におけるプラチナと同様な活動を行います。「この新しい水酸化物交換膜型燃料電池は空前の低コストで高性能を提供します」とYan氏は言います。

「NickelMagazine」

（ニッケル誌英語版）のアプリ携帯のアンドロイドやアップルでダウンロード無料

オンライン版ニッケル誌

www.nickelinstitute.org ニッケル誌の無料購読とウェブサイト掲載のお知らせを希望する場合： www.nickel institute.org/NickelMagazine/Subscription ニッケル誌を7ヶ国語（英語、中国語、日本語、ロシア語、フランス語、ドイツ語、スペイン語）でウェブサイトに掲載 www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ MagazineHome ニッケル誌のバックナンバーの検索：2002年 7月号以降のニッケル誌を掲載（英語版のみ） www.nickelinstitute.org/en/Nickel Magazine/MagazineHome/AllArchives

iPhone�、 iPad�、 iPad mini®をお使いの方は、App Store SMから「ニッケル誌」を無料ダウンロードできます。「Nickel Magazine」を検索

AndoroidTMの携帯やタブレットをお使いの方は、Google Play™Storeにアクセスして「Nickel Magazine」で検索、ダウンロード。

ニッケル誌をいつでもどこでも読みたい時に

Apple, the Apple logo, and iPhone and iPad are trademarks of Apple Inc., registered in the U.S. and other countries. Android is a trademark of Google Inc. The Android robot is reproduced or modiﬁed from work created and shared by Google and used according to terms described in the Creative Commons 3.0 Attribution License. Google Play is a trademark of Google Inc.

2016年第 31号第1巻

携帯あなたの Apple® もしくはAndroid™ の携帯にNickel Magazineのアプリをダウンロードして下さい Twitterでフォローして下さい @NickelInstitute LinkedInでつながって下さい ‒ ニッケル協会のページをご覧下さい。ニッケル協会 YouTubeチャンネルでニッケル関連のビデオが見られます www.youtube.com/user/NickelInstitute

簡略に 15

バルセロナにあるガウディの最高傑作、

サグラダ・ファミリアに選ばれたステンレス鋼献身的なローマカトリック教徒であったガウディ自身は、巨大なこの建造物の建造に要する時間についてまったくあせっておらず、「サグラダ・ファミリアの工事はゆっくりと進むでしょう。なぜならこの作品の主人はいささかもあせっていないからです」と彼の「依頼主」である神にことよせて述べていました。

r ニッケル含有二相系ステンレス鋼は重要な構造部材です。サグラダ・ファミリアの18の塔の高さは94～172mに達します。

完成期日は2026年で、この建築家の没後100周年に合わせています。完成すればサグラダ・ファミリアの18の塔の高さは94～172mに達し、ニッケル含有ステンレス鋼が重要な構造部材となっています。優れた強度、他に類を見ない防食性、少ないライフサイクル費用という理由で選ばれたステンレス鋼の鉄筋、加工部品、プラズマ切断のプレート製品は、Outokumpuが供給しています。要求が厳しいこの建造物で費用効果に優れた長期耐久性を持つ資材として選ばれたのは、合金2304 (UNS S32304)と合金2205 (S32304)のニッケル含有二相系ステンレス鋼です。サグラダ・ファミリアにはなお、六つの新しい塔を追加する必要があり、そのうち最も高い塔によってこの教会はヨーロッパで最も高さのある宗教建築物とな

ります。サグラダ・ファミリアにその存続期間を通じてどれほどの建設費用が投じられたのかの推定は不可能ですが、年次の建設および保守費用は現状で年間約2,500万ユーロであり、この地を訪れる年間300万人の観光客と個人の寄付者がそれをまかなっています。

OUTOKUMPU — COURTESY OF SAGRADAFAMILIA

アントニ・ガウディの荘厳な教会、バルセロナのサグラダ・ファミリアは、最初の石が置かれてから134年を経た今、最終の建設段階に進みつつあります。この壮大な構造物でニッケル含有ステンレス鋼が重要な役割を果たしています。