Nickelmagapril16 rus fb

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЕН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ

МОСТОСТРОЕНИЕ

Никельсодержащая арматура продлевает эксплуатационную жизнь

Апрель 2016 г., т. 31, № 1

Никельсодержащая арматура для долговечных мостов Возводя прочные сооружения Никель освещает отдалённые уголки

Основная часть моста

Остров Лантау

Гонконг

Макао

r Основная часть моста. r Мост Гонконг – Чжухай – Макао в стадии строительства

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 06 МОСТ ГОНКОНГ – ЧЖУХАЙ – МАКАО Дельта реки Жемчужной (Чжуцзян) (ДРЖ) в провинции Гуандун — один из ключевых центров экономического роста Китая. Промышленные города, расположенные на этой территории, называют «фабрикой мира», причём на долю экономической зоны ДРЖ (ЭЗ ДРЖ) приходится около одной трети всего объёма торговли Китая. Дельта реки Жемчужной — это к тому же один из самых урбанизированных регионов мира с совокупной численностью населения его девяти самых крупных городов, среди которых Гонконг, Чжухай и Макао, около 57 млн. человек. ЭЗ ДРЖ разделена устьем реки Жемчужной. В настоящее время чтобы попасть автомобильным транспортом с восточного на западный берег устья или обратно, необходимо сделать крюк и проехать по 200-километровому мосту Хумэнь, расположенному на севере провинции. Чтобы спрямить дорогу пассажирам и грузопотокам, власти Гонконга, Макао и провинции Гуандон строят сейчас мост непосредственно через устье, что уменьшит скопление транспорта в пограничных пропускных пунктах Гонконг – Шэньчжэнь и снизит экономические потери, возникающие из-за ежедневных пробок на этих пограничных переездах. Мост Гонконг-Чжухай-Макао свяжет Гонконг с Макао и городом Чжухай провинции Гуандун. Основная часть моста протянется на 29,6 км от Макао над западной частью устья реки Жемчужной. Другой его конец ляжет на искусственный остров, связанный ещё с одним искусственным островом подводным туннелем длиной 6,7 км. Далее мост протянется на территорию Гонконга, образовав таким образом комбинированное сооружение, сочетающее в себе и мост, и туннель. Двойная трехполосная трасса моста снизит время в пути между Гонконгом, Макао и городом Чжухай с четырёх часов до всего лишь 30 минут.

2 НИКЕЛЬ. ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ

r Искусственный остров и подводка к туннельной части. r Основная часть моста протянется на 29,6 км над устьем реки Жемчужной.

САМЫЙ ДЛИННЫЙ В МИРЕ МОРСКОЙ МОСТ Мост Гонконг – Чжухай – Макао — один из самых важных инфраструктурных проектов в мире. Это будет самый длинный на Земле морской мост общей протяжённостью 50 км. Для достижения проектного срока службы в 120 лет в технических условиях было оговорено использование около 10 тыс. тонн арматурного профиля, прутка и проволоки из никельсодержащей дуплексной нержавеющей стали сплава 2304 (UNS S32304). Комплектующие детали из сплава 2304, поставленные компанией Taiyuan Iron & Steel Company (TISCO), будут использованы в опорной платформе моста, пилонах и стволах мостовых быков. Дуплексная нержавеющая сталь используется при строительстве моста в КНР впервые. Общая стоимость проекта оценивается в 10,6 млрд. долларов США (70 млрд. юаней). Это самые крупные инвестиции в истории мостостроения Китая. Возведение моста началось 15 декабря 2009 г., и по последним оценкам, должно завершиться в 2018 г.

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

© HPDI/COWI/ТУННЕЛИ ШАНХАЯ /КОМПАНИЯ FIRST HARBOUR ENGINEERING/ARUP JV

ВИКИМЕДИЯ КОММОНС

Чжухай

Устье реки Жемчужной Мост Гонконг – Чжухай – Макао

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

Журнал посвящен никелю и его применению.

Дэвид Батлер (David Butler), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор Авторы статей: Нэнси Бадду (Nancy Baddoo), Венлей Чен (Wenlei Chen), Парул Чхабра (Parul Chhabra), Джо Клес (Jo Claes), Гари Коутс (Gary Coates), Бернар Геритьер (Bernard Heritier), Джим Дженкинс (Jim Jenkins), Стивен Джонс (Stephen Jones), Гир Мо (Geir Moe), Кэрол Пауэл (Carol Powell), Фрэнк Смит (Frank Smith), Найджел Йорд (Nigel Ward), Аннабель Уилсон (Annabelle Wilson) Художественное оформление: компания Constructive Communications С Институтом никеля можно связаться: Rue Belliard 12 Brussels 1040, Belgium Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией.

ISSN 0829-8351 Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group. Обложка: компания Constructive Communications Фотографии на обложке: мост Вудро Вилсон Бридж, Викимедия Коммонс © компания William F. Yurasko Арматура, iStockPhoto.com © ansonsaw

ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org

ВОЗВОДЯ БУДУЩЕЕ Когда президент Обама сказал: «Бизнесу XXI века нужна инфраструктура XXI века» 1, он озвучил озабоченность властей многих стран мира, чьей задачей является замена большого количества дорог и мостов, построенных в прошлом веке и теперь обветшавших. Цифры беспощадны: 65% главных дорог Америки находятся «не в очень хорошем состоянии» и 25% мостов требуют «существенного ремонта, иначе не могут справиться с современным транспортным потоком» 2. Есть данные, что в Германии больше половины всех мостов на автотрассах нуждаются в срочном ремонте. А согласно опубликованным в 2013 г. данным британской Ассоциации подрядчиков в области гражданского строительства (UK Civil Engineering Contractors Association), экономические издержки того, что инфраструктура Великобритании перестала соответствовать «стандартам развитой экономики», составляли в период с 2000 по 2010 г.г. 78 млрд. фунтов стерлингов ежегодно. Глобальные инвестиции (млрд. долларов США) для нужд глобальной инфраструктуры3, 2013-2030 годы

СОДЕРЖАНИЕ

$0,7

Практическое исследование Мост Гонконг – Чжухай – Макао . . . . . . . . . . 2 В фокусе Колонка редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Специальная тема выпуска Крошащаяся инфраструктура — «твёрдое» решение проблемы. . . . . . . . . . 4-5 Продлить жизнь мостов . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7 Несущие элементы из нержавеющей стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-9 Никель и его применение Нержавеющая сталь в учебной программе для студентов . . . . . . . . . . . . . . . 10 Служба технической поддержки . . . . . . . . 10 Поддержка для кирпичных откосов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Осветительные приборы на солнечной энергии . . . . . . . . . . . . . . . . 12-13 Собор Святого Семейства . . . . . . . . . . . . . . . 16 Коротко о разном Новые публикации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Технология топливных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Аккумуляторы станут безопаснее . . . . . . . 15 Ссылки на веб-страницы. . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Порты

$4,5

Аэропорты Железные дороги

Телеком.

$11,7

$12,2

Водный Энергетика транспорт

$16,6

Дороги

Итого

Большинство из нас принимает окружающую нас инфраструктуру как данность, а замечать её мы начинаем только тогда, когда наше ежедневное передвижение по городу страдает из-за выбоин в дорогах, разрушающихся мостов и приходящих в упадок скоростных тоннелей. Разумеется, хотелось бы, чтобы проектный срок службы объектов инфраструктуры был долгим, чтобы свести к минимуму сбои в работе транспорта и связанные с этим затраты. Здесь могут пригодиться хорошо зарекомендовавшие себя никельсодержащие конструкции. Пирс Прогресо в Мексике — это лишь один из примеров преимуществ использования никельсодержащей нержавеющей арматуры, позволяющей этому капитальному сооружению противостоять испытаниям времени в агрессивной среде — в данном случае уже свыше 70 лет, и это ещё не предел. Сейчас в стадии реализации находится новое поколение крупных проектов, в том числе и мост Гонконг – Чжухай – Макао (см. статью на соседней странице), и новый мост Шамплéн, который должен быть построен через реку Св. Лаврентия в Канаде (стр. 4). В обоих мостах будут использоваться антикоррозионные свойства никельсодержащей арматуры. В этом выпуске журнала «Никель» показан вклад никельсодержащей арматуры и других материалов в мосты и в качественное строительство. Сам никель незаметен, но его роль в предотвращении коррозии объектов инфраструктуры существенна. Это должны понимать власти и граждане, если хотят иметь долговечные, соответствующие своему назначению мосты, дороги и здания.

Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель» 1 2 3

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

$2,0

$9,5

$57,3

Обращение «О положении страны», январь 2015 г. Отчёт Национального экономического совета США и Совета экономических советников президента, 2014 г. Иллюстрация из книги «Продуктивность инфраструктуры: Как экономить 1 млрд. долларов в год», январь 2013 г., Всемирный институт Маккинзи (McKinsey Global Institute), www.mckinsey.com. Охраняется авторским правом © 2013 McKinsey & Company. Авторские права охраняются. Перепечатано с разрешения.

В ФОКУСЕ НИКЕЛЬ 3

ФОТОГРАФИИ ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

Крошащаяся инфраструктура — «твёрдое» решение проблемы Антикоррозионная арматура из нержавеющей стали

О

ФОТОГРАФИИ ISTOCKPHOTO.COM © TORTOON

бъекты инфраструктуры стареют, и одной из самых распространённых и затратных проблем является разрушение бетона. Почему это происходит? Согласно д-ру Карен Скривенер (Karen Scrivener), начальнику лаборатории строительства в Швейцарском федеральном институте технологии, коррозионное воздействие на арматуру «является причиной более 90% проблем с недолговечностью бетонных конструкций». Особенно предрасположены к повышенному износу железобетонные конструкции, подверженные воздействию антиобледенительной соли, морской воды или прибрежной атмосферы.

Возникшие трещины способствуют ещё большему проникновению хлоридов, влаги и кислорода к углеродистой стали, тем самым ускоряя процесс коррозии. С течением времени трещины расширяются, и бетон крошится.

Вникая в суть проблемы С технической точки зрения, ионы хлоридов, воды и воздуха (кислорода) проникают через пористое бетонное покрытие и вызывают коррозию поверхности углеродистой арматуры. Возникшие в результате продукты коррозии (ржавчина) занимают большее объёмное пространство, чем породившая их углеродистая сталь. Этот рост объёма оказывает разрывное давление на охватывающий арматуру бетон и вызывает его растрескивание.

Замечательный пример прочного и долговечного строительства Для решения этой всё более актуальной проблемы были проведены многочисленные лабораторные тесты и расчёты стоимости эксплуатационного обслуживания, которые продемонстрировали преимущества использования арматуры из нержавеющей стали, позволяющей без капитального ремонта или реконструкции достичь штатного срока службы в 75 – 100 лет.

ВИКИМЕДИЯ КОММОНС

s Расчёт стоимости эксплуатационного обслуживания показывает, что сделанный более 70 лет назад выбор арматуры из нержавеющей стали оказался для пирса Прогресо в Мексике выгодным влежением средств.

ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ МОСТОСТРОЕНИЯ МЕСТОНАХОЖДЕНИЕ

ГОД

СПЛАВ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ/МАРКА

Мичиган, США — мост на автотрассе I-696, недалеко от Детройта

1984

304

33

Нью-Джерси, США — мост Гарден Стейт Парквей

1998

2205

165

Ирландия, мост Бродмедоус Бридж

2003

316

90

Орегон, США — мост Хейнес Инлет Бридж

2003

2205

400

ТОННАЖ (прибл.)

Нью-Йорк, США — мост Белт Парквей Бридж, Бруклин

2005

2205

200

Нью-Джерси, США — мост Дрисколл Бридж

2005

2205, 316LN

1300

Виргиния – Мэриленд, США — мост Вудро Вильсон Бридж

2007

2205, 316LN

1100

Гонконг, мост Шеньчжень Вест Корридор Бридж

2007

2205, 316

1300

Гонконг, мост Стоункаттерс Бридж

2009

304

3000

Род-Айленд, США — мост Саконнет Бридж

2010

2205

800

Миннесота, США — мост Гастингс Бридж

2010

2304

367

Миннесота, США — мост Лафайетт Бридж

2011

2304

1963

Пирс Прогресо на полуострове Юкатан, Мексика, эти преимущества подтверждает. Этот двухкилометровый пирс, сданный в 1941 г., выполнен из железобетона. Он вдаётся в Мексиканский залив, постоянно подвергаясь воздействию агрессивной тропической морской среды. Недавние пробы и детальная проверка бетона обнаружили, что пирс, построенный с применением армирования из никельсодержащей стали марки 304 (UNS S30400), находится в великолепном состоянии после 75 лет службы, при этом никаких значительных ремонтных работ на нём не проводилось. Роль никеля в решении данного вопроса За последние два десятилетия производители сплавов сделали значительные успехи в разработке и серийном производстве целого ассортимента арматуры из нержавеющей стали (а также соединительных деталей и проволоки для вязки арматуры). Фактически за последние двадцать лет чаще всего использовавшейся нержавеющей арматурой была арматура из никельсодержащих сплавов марки 316LN (UNS S31653), двух дуплексных марок — сплавов 2205 (UNS S32205) и 2304 (UNS S32304), а также несколько меньше применяемой марки 304. Производители арматуры из нержавеющей стали смогли найти оптимальную комбинацию сопротивляемости коррозии, прочности и пластичности путём подбора составов сплавов. Сплав 2304 представляет собой привлекательное сочетание всех этих важных свойств при конкурентной цене. Такое сочетание привело к тому, что за последние годы в спецификациях нескольких крупных мостов было оговорено использование именно этого сплава. Новые сплавы в действии Сплав 2304 был недавно выбран для нового моста Шамплéн Бридж, который должен быть построен через реку Св. Лаврентия в Монреале, Канада. По оценкам, при предлагаемом пролёте около 3,4 км (за исключением подъездов), этому мосту потребуется около 15 тыс. тонн арматуры из сплава 2304. Вся никельсодержащая арматура из нержавеющей стали сохраняет хорошие показатели сопротивления разрыву и ударопрочности при минусовых температурах. Эти свойства важны для автодорожных мостов, которые должны выдерживать и суровые зимы, и большое количество агрессивной антиобледенительной соли, которой посыпаются дороги. Дополнительное применение Арматура, выполненная из стали марок 316LN и 304, сохраняет хорошие механические свойства при сверхнизких криогенных температурах, что привело к использованию этих марок в резервуарах-хранилищах сжиженного природного газа. Марка 316LN к тому же не обладает

* «Мир химии» (Chemistry World), т.5, No 3, март 2008

4 НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

магнитными свойствами, поэтому несколько сотен тонн арматуры из этого сплава нашло применение в строительстве отделений магнитно-резонансной томографии при госпиталях и клиниках, а также специальных лабораторий и устройств для хранения данных. Долговечность, сопротивляемость коррозии и прочность способствуют многоцелевому использованию арматуры из нержавеющей стали, что является экономически выгодным и дальновидным решением.

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

©WWW.TESOLUTION.COM

r Образцы арматуры из нержавеющей стали: катушка проволоки для вязки арматуры (внизу слева), муфты с резьбой (в центре) и (вверху справа) жёсткое U-образное колено демонстрируют пластичность сплава.

WWW.CMCMMI.COM

ROYAL CANADIAN MINT

r Нержавеющая арматура из сплава 2304 для моста Гастингс Бридж, Миннесота, США, поставлена компанией Contractors Materials Company.

ФРАНК СМИТ

ИНФРАСТРУКТУРА — КАНАДА

r В новом мосту Шамплен Бридж через реку Св. Лаврентия в Канаде будет использовано 15 тыс. тонн арматуры из сплава 2304.

r Модель моста Тембуронг Бридж испытана в аэродинамической трубе компанией TESolution.

МОСТ ТЕМБУРОНГ БРИДЖ В СУЛТАНАТЕ БРУНЕЙ Около 3500 тонн арматуры из никельсодержащей нержавеющей стали марки 304 (UNS S30400) будет поставлено компанией TISCO для моста через Брунейский залив стоимостью 1,6 млрд. долларов США. Мегамост соединит Тембуронг и Бруней-Муара. Эти два округа Султаната Бруней разделены малазийской территорией, и поездки из одного округа в другой требуют либо полуторачасового переезда по суше с пересечением территории Малайзии, либо 45-минутной поездки по морю. Ожидается, что тридцатикилометровый мост, который будет представлять собой двойную двухполосную автостраду, снизит время поездки приблизительно до 20 минут. Строительство началось в 2014 г. и должно завершиться в 2019 г.

НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА 5

ЕУДЖЕНИО МЕРЗАГОРА (EUGENIO MERZAGORA) (WWW.STRUCTURAE.DE)

Строительство нового моста Альт Шоноглэ Бридж (Allt Chonoglais) r r Расчётный срок службы моста Шаффенхаузер Бридж (Schaffenhauser Bridge) — 80 лет. Старый мост Альт Шоноглэ Бридж перед сносом с видимыми следами коррозии арматуры 

Крупные мосты прослужат дольше НЕЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ПОВЫШЕНИЕ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ЗАТРАТ НА НЕРЖАВЕЮЩУЮ СТАЛЬ ПРИВОДИТ К ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ ЭКОНОМИИ НА ПРОТЯЖЕНИИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ОБЪЕКТА

В

о всём мире растёт использование арматуры из никельсодержащей нержавеющей стали — возможно, не такими быстрыми темпами, как того хотелось бы водителям во время нетерпеливого ожидания в пробке, образовавшейся из-за закрытия одной или двух полос движения для ремонта участка моста или автотранспортной эстакады. Относительно быстрая коррозия арматуры из углеродистой стали или арматуры с эпоксидным покрытием приводит к растрескиванию бетона и, следовательно, к необходимости проведения капитального ремонта с сопутствующими этому уличными транспортными пробками на время замены конструкций из бетона и арматуры. Сегодня при составлении спецификаций на строительные материалы транспортные управления всё больше принимают во внимание косвенные затраты общества на простои транспорта на дорогах (зря потраченные топливо и время), а также на охрану окружающей среды (расходы на борьбу с загрязнением воздуха, утилизацию демонтированных железобетонных конструкций). С холистической позиции (философский принцип, который рассматривает весь мир как единое целое и отдельные явления как часть общности) выбор нержавеющей стали еще более правомерен. Даже не принимая во внимание эти менее значимые факторы, нержавеющая сталь во многих случаях всё равно остаётся лучшим выбором, если учитывать затраты всего срока службы моста. Когда в середине девяностых годов прошлого века планировался мост Шаффенхаузер Бридж (Schaffenhauser Bridge), протянувшийся в Швейцарии через Рейн, в проект было заложено условие 80-летнего срока его службы без ущерба для целостности конструкции и с минимальным ремонтом и обслуживанием. Использование обычных армирующих материалов — углеродистой стали с эпоксидным покрытием либо без него — означало бы необходимость проведения капитального ремонта каждые 25 лет, тогда как использование арматуры из нержавеющей стали марки 304 (UNS S30400) обеспечило бы соответствие заложенному критерию в 80 лет службы. Выборочное применение нержавеющей стали увеличило общую стоимость моста всего лишь на 0,5%. При использовании нержавеющей стали значимую экономию можно реализовать только через 25 лет, но ещё бóльшая экономия будет достигнута за весь срок службы конструкции. Если бы на этом мосту применялось бóльшее количество антиобледенительной соли, или если бы он находился в прибрежном районе, могли бы потребоваться армирующие материалы из сплавов с ещё бóльшим содержанием

6 НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА

С использованием нержавеющей стали значительная экономия должна появиться только через 25 лет, но сумма сэкономленных средств будет расти ещё долгие годы. легирующих элементов, такие как марки 2304 (S32304), 316L (S31603) или даже 2205 (S32205), но и это увеличило бы стоимость проекта лишь в ничтожно малой степени. Многие факторы могут повлиять на количество попавших на арматуру хлоридов, в том числе марка цемента, глубина покрытия, соотношение вода/цемент. Это означает, что не все армирующие материалы сооружения должны выполняться из нержавеющей стали. Арматуру, находящуюся в конструкции на большей глубине или каким-либо другим способом не подверженную повышенным уровням хлоридов, можно поставлять из более дешёвой нелегированной стали. Частой практикой является использование комбинации нержавеющей стали в верхнем слое настила моста и углеродистой стали в нижнем слое. Тесты показали, что в данном случае гальванической коррозии не происходит. В настоящее время проектировщики закладывают в проекты более длительные сроки службы крупных мостов — до 125 лет. При выборочном использовании нержавеющей стали первоначальная стоимость некоторых мостов может быть на несколько процентов выше, но в любом случае стоимость затрат эксплуатации в течение полного срока службы оказывается значительно ниже. Мост Альт Шоноглэ Бридж близ Орчи в Шотландии — свежий пример использования арматуры из нержавеющей стали. Расчёты показали, что старый мост не выдержит будущих нагрузок, а ремонтировать его с экономической точки зрения невыгодно. Антиобледенительная соль со временем вызвала коррозию арматуры из углеродистой стали, что привело к растрескиванию бетона и снижению конструктивной целостности и прочности. Был спроектирован новый более прочный

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

OUTUKUMPU

Военно-морской пирс в Пойнт-Лома

В

мост, в технические условия на который заложен проектный срок службы в 120 лет. Учитывая ожидаемые уровни хлоридов на протяжении всего срока его службы, шотландское транспортное агентство Highways Agency and Transport Scotland выбрало сплав нержавеющей стали 2304 (S32304) для использования в некоторых частях моста, таких как настил, быки, открылки и несущие балки. Общая стоимость конструкции составила 1,8 млн. фунтов стерлингов (около 2,5 млн. долларов США). Мост открылся для движения в августе 2013 г.

s Пойнт-Лома 123RF STOCK © F8GRAPHER

r Арматура из нержавеющей стали для моста Альт Шоноглэ Бридж полностью нарезана и выгнута на предприятии по производству нержавеющей арматуры Sheffield Stainless Bar компании Outokumpu.

се морские суда со стальным корпусом, путешествуя вокруг света, набирают магнитную сигнатуру. Для военных кораблей этот магнетизм может оказаться губительным, так как он притягивает магнитные мины и может использоваться другим чувствительным к магнитным волнам оборудованием для обнаружения и уничтожения судна. Поэтому многие военные корабли подвергаются операции безобмоточного размагничивания (также называемой дегауссизацией), которая убирает эту постоянную намагниченность и помогает их камуфлировать. Пирс, где проводится эта операция, также не должен обладать магнитным полем, в связи с чем и возникает потребность в никельсодержащих аустенитных нержавеющих сталях. При выборе бетонной арматуры и тросов для пирса в Пойнт-Лома, СанДиего, Калифорния, ВМС США решили использовать марки XM-29 (UNS S24000) и 304 (S30400) нержавеющей стали. Выбранные для пирса сплавы должны были противостоять воздействию проникающей в бетон солёной воды Тихого океана, усугублённому тёплыми температурами. Магнитная проницаемость марки XM-29 остаётся очень низкой даже после жёсткой холодной обработки металла, поэтому арматурный трос с предварительным напряжением, используемый в квадратных сваях, свайных ростверках и настиле, был тоже сделан из этого сплава. Там, где трос из нержавеющей стали находился лишь под небольшим напряжением, была использована марка 304. В 2008 г. после 20 лет службы была проведена инспекция всей конструкции. Единственным местом обнаружения незначительной коррозии оказались участки нержавеющей стали марки 304, где толщина бетонного покрытия была недостаточной (менее 12 мм). Там, где она составляла 25 мм и выше, сталь обеих марок — как 304, так и XM-29 — оказалась в превосходном состоянии. Подобные пирсы были построены в Кингс-Бей, штат Джорджия, и Перл-Харбор на Гавайях.

Через 25 лет водители, проезжающие по автостраде А82 между Глазго и Инвернесс, смогут оценить предусмотрительность шотландских инженеров, решивших использовать арматуру из никельсодержащей нержавеющей стали, которая прослужит все 120 лет в соответствии с проектным сроком службы моста.

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА 7

КИЛЛИОН О’ СУЛЛИВАН

8 НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

Нержавеющая сталь берёт всё на себя

Роль никельсодержащей нержавеющей стали в несущих элементах конструкций

Н

ержавещая сталь — весьма универсальный материал, обладающий уникальным набором полезных качеств, которые могут использоваться в несущих элементах конструкций. Главным свойством, отличающим нержавеющую сталь от углеродистой, является присущая ей коррозионная стойкость, обусловленная крепким защитным слоем окиси хрома, образующимся непосредственно на её поверхности в присутствии кислорода. Это означает, что детали из нержавеющей стали могут подвергаться воздействию разнообразных сред, не нуждаясь в защитном покрытии. Они идеально подходят для таких проектов, где требуется незащищённая металлическая финишная отделка. Реакция элемента конструкции из нержавеющей стали на воздействие огня отличается от поведения элемента конструкции из углеродистой стали из-за различий в их химических составах: нержавеющая сталь медленнее теряет прочность при температурах, превышающих 500 °C, и

sКонтрольный испытательный образец сталь-бетон-сталь до покрытия бетоном (слева лист из углеродистой стали, справа лист из нержавеющей стали)

sОгнезащитные и взрывозащитные стены из нержавеющей стали были установлены на платформе Аркутун-Даги

ДЖОН СТАРРОК

КОМПАНИЯ VTT

КОМПАНИЯ MTE LTD

vs Навес из нержавеющей стали в парке Газгольдер-парк (Gasholder Park) недалеко от Кингс-Кросс, Лондон, Великобритания.

лучше сохраняет жёсткость при всех температурах. Благодаря своей великолепной пластичности в сочетании с высокими показателями деформационного упрочнения, нержавеющая сталь может без образования трещин амортизировать удар значительной силы. Это привело к тому, что она стала применяться в конструкциях и оборудовании, которые должны выдерживать значительные нагрузки — в таких, например, как огнезащитные и взрывозащитные стены, используемые в нефтегазовой промышленности, а также в стенах, дверях и воротах систем охраны и защиты объектов. Способность нержавеющей стали сопротивляться коррозии делает её идеальным материалом для узлов и агрегатов, функционирующих в агрессивных средах, доступ к которым невозможен или затруднён для инспекции, ремонта или замены. По этой причине нержавеющая сталь часто используется в несущих элементах конструкций в ядерной энергетике. Ниже приведены различные примеры недавнего использования нержавеющей стали в элементах конструкций.

Парк Газгольдер-парк Газгольдер № 8 был возведён в пятидесятых годах XIX века. Являясь частью самого большого газоперерабатывающего завода в Лондоне, Великобритания, он стал известной достопримечательностью и просуществовал в первоначальном виде до 2000 г., когда был выведен из эксплуатации. Его направляющая рама высотой в 25 м была в 2011 г. демонтирована и отремонтирована перед повторным монтажом в 2013 г. Для придания интересного контраста раме газгольдера архитектор Белл Филлипс (Bell Phillips) спроектировала круглый навес из полированной нержавеющей стали диаметром в 30 метров, вписывающийся в периметр рамы. Навес поддерживается 150 колоннами, сделанными из отполированного до зеркального блеска 25-миллиметрового листа нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603), содержащей около 10% никеля. На стороне навеса, смотрящей на водоотводный канал, колонны расположены на бóльшем расстоянии друг от друга, приглашая тем самым посетителей зайти в парк и обеспечивая беспрепятственный обзор канала. Чем дальше от канала, тем ближе колонны расположены друг к другу, создавая впечатление замкнутости пространства. Крыша навеса сделана из 15-миллиметрового листа нержавеющей стали марки 316L. На неё при помощи гидроструйной резки нанесена перфорация в виде геометрического узора. Плотность перфорации увеличивается по направлению к каналу, что создаёт впечатление открытого пространства, этому способствуют проникающие через неё солнечные лучи, падающие пятнами на землю.

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

Несущие элементы в ядерной энергетике На новых ядерных энергоустановках стали часто использоваться модульные структурные несущие элементы типа сталь-бетон-сталь, что ускоряет процесс строительства, упрощает стыковку опорных площадок под оборудование и снижает затраты. Если только одна сторона элемента подвергается воздействию агрессивной среды, то экономичным решением будут модули, сделанные из листа углеродистой стали с одной стороны и листа нержавеющей стали с другой. Такие модули использованы в водо-водяных энергетических реакторах AP1000 производства корпорации Вестингауз (Westinghouse), смонтированных в Китае и США (Санмен (Sanmen) 1 и 2, Хайянг (Haiyang) 1 и 2, Вогтл (Vogtle) 3 и 4). Хотя стандарты проектирования для модульных структурных конструкций типа сталь-бетон-сталь на ядерных энергоустановках существуют в Японии, Южной Корее и США, в Европе их нет. Этим вопросом занялся крупный проект, финансируемый ЕС и возглавляемый Институтом стальных конструкций из Великобритании. В проект SCIENCE (в переводе с английского этот акроним означает «наука»), который должен завершиться в 2017 г., входит тестирование балок перекрытия длиной 9 м, где одна пластина сделана из углеродистой стали, а другая — из 10-миллиметровой нержавеющей стали марки 304L (UNS S30403), содержащей около 10% никеля

Взрывостойкость Около 300 тонн сплава 2304 (UNS S32304) дуплексной нержавеющей стали (содержащей 4% никеля) использовалось при производстве 13400 кв. м огнезащитных и взрывозащитных стен, теплозащитных экранов, ветрозащитных стен и легкосбрасываемых взрыворазгрузочных панелей на Аркутун-Дагинском месторождении. Это одно из трёх шельфовых месторождений, разрабатываемых проектом Сахалин-1 с суммарным запасом в 2,3 млрд. баррелей нефти и 17,1 триллиона куб. футов газа. Сахалин — это отдалённый малонаселённый остров в ледяном Охотском море у восточного побережья России. Огнезащитные и взрывозащитные стены представляют собой лёгкие высоконадёжные цельносварные газонепроницаемые системы, произведённые из сортовой нержавеющей стали, изолированной для достижения определённой степени огнестойкости (до H120 и 120 минут факельного горения), способные противостоять давлению взрывной волны до 1,5 бара. Стены были спроектированы, смоделированы и произведены компанией MTE Ltd из Дарлингтона, Великобритания, а затем отправлены на окончательную сборку в Южную Корею. Разработка Аркутун-Дагинского месторождения начата компанией ExxonMobil в январе 2015 г. Это только ряд примеров того, как универсальность нержавеющей стали помогает найти решения широкому спектру структурных проблем.

НИКЕЛЬ. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА ВЫПУСКА 9

ФОТОГРАФИИ: КОМПАНИЯ MDN MEDIA – AG WAGNER

Вдохновляя студентов Э

ксперты промышленности нержавеющей стали разработали новый междисциплинарный университетский курс. Цель курса — вселить в студентов отделений архитектуры и разных отраслей промышленности интерес к многообразным возможностям и преимуществам, которые даёт применение нержавеющей стали в секторе архитектуры и строительства. «Студентов в области архитектуры и гражданского строительства в рамках стандартной университетской программы обычно не учат тому, что нержавеющая сталь может служить привлекательной и экоустойчивой альтернативой другим строительным материалам, — говорит Бернард Херитьер (Bernard Heritier), член организации Международный форум производителей нержавеющей стали (International Stainless Steel Forum (ISSF)). — А в результате архитекторам и инженерам-строителям неизвестны ни преимущества, ни области применения, ни конструктивные решения, характерные исключительно для нержавеющей стали. Наоборот, они скорее всего будут придерживаться упрощённого представления о том, что нержавеющая сталь дороже углеродистой»! Согласно Херитьеру, главной причиной отсутствия нержавеющей стали в университетских программах является недостаток времени для разработки учебного курса и отсутствие времени на обучение. Для решения этой проблемы Международный форум ISSF совместно с группой экспертов из университетских и промышленных кругов составил полный интенсивный курс, целью которого является помощь лекторам университетов в просвещении студентов и молодых инженеров-строителей в области применения нержавеющей стали. Лекторы могут использовать курс целиком или выбрать те его части, которые подходят для программы преподаваемого предмета.

r Студенты архитектурного отделения в Польше участвуют в семинаре, посвящённом нержавеющей стали, проводимом Польской ассоциацией развития производства нержавеющей стали (Stowarzyszenie Stal Nierdzewna (SSN)). Курс охватывает 11 категорий, разделённых по мере возможности на более детальные разделы. Он дорабатывался в течение нескольких последних лет группой университетских профессоров, чьи отзывы включены в полный курс. Темы самые разнообразные — от применения нержавеющей стали в искусстве до использования её в фасадах зданий, в фитостенах, городской мебели и водораспределительных системах. Коррозионные и механические свойства структурных элементов, поверхностей и финишной отделки из нержавеющей стали, её монтаж, производство и экоустойчивость — всему этому уделено внимание. Курс используется разными способами. Некоторые обращаются к материалам на практических занятиях, другие применяют его для прикладного обучения специалистов кафедр, а также как справочное пособие, так как в конце каждой главы приведён список полезной литературы. Энтузиастом проекта является Джон Тарботон (John Tarboton) из Южноафриканской ассоциации развития производства нержавеющей стали (SASSDA): «Мы представляем сокращённый вариант курса всем студентам-четверокурсникам отделения архитектуры по всей стране и используем материал на специализированных семинарах — например, на семинаре, посвящённом применению нержавеющей стали в структурных элементах». Курс «Нержавеющая сталь для преподавателей и студентов отделений архитектуры и гражданского строительства» можно бесплатно загрузить с сайтов: www.nickelinstitute.org или www.worldstainless.org/training/. Он опубликован на французском и английском языках, планируется перевод и на другие языки.

СЛУЖБА ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ СПРОСИТЕ У НАШИХ ЭКСПЕРТОВ

Л

ФОТОГРАФИИ ISTOCK © &#169 ИГОРЬ ТЕРЕХОВ

юбой, у кого возникли конкретные вопросы о никеле и никельсодержащих материалах, в том числе о нержавеющей стали, может связаться с бесплатной службой технической поддержки Института никеля. Информационно-консультационные услуги предоставляются всемирной сетью высококвалифицированных специалистов, которые делятся своими техническими знаниями о никеле, его свойствах и применении с целью достижения оптимальных рабочих характеристик, безопасном обращении и использовании. В дополнение эта служба позволяет пользователям понять преимущества никельсодержащих материалов и экономически эффективно и успешно пользоваться ими в каждом конкретном случае. В 2015 г. было получено около 500 запросов, на каждый из которых был дан ответ. Пришли запросы по целому ряду секторов конечного пользования, в том числе по технике (36%), архитектуре, строительству зданий и сооружений (14%), химии и нефтехимии (9%).

Связаться со службой технической поддержки можно с сайта www.nickelinstitute.org, пройдя по ссылке «Техническая поддержка» (Technical Help).

10 НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

АРХИТЕКТУРНАЯ КОМПАНИЯ HAWORTH TOMPKINS ARCHITECTS И КЕЙТ ХАНТЕР (KEITH HUNTER)

Никельсодержащая нержавеющая сталь облегчает установку кирпичных откосов

За прекрасным фасадом — значительный вклад крепёжных и соединительных деталей в конструкцию здания. Инновационные разработки в области крепёжных элементов, сделанных из никельсодержащей нержавеющей стали, помогают ускорить строительство и снизить его стоимость

PHOTO © SIEMENS AG

астёт популярность таких конструктивных элементов дизайна зданий, как выполненные из кирпича нижние поверхности балок и рельефные откосы оконных и дверных проёмов (это та кирпичная кладка, которая, например, выступает за плоскость окон, расположенных в нише). Эти элементы добавляют объёмности и рельефа кирпичному фасаду. Теперь готовые изделия из нержавеющей стали устраняют необходимость в сложной, отнимающей много времени кирпичной выкладке этих деталей на строительной площадке и быстро и легко создают желаемый внешний облик нового здания. Крепёжные детали обеспечивают ключевые соединения внутри зданий или сооружений и постоянно находятся под нагрузкой. После установки они незаметны. Их инспекция, текущий ремонт или замена часто невозможны из-за недоступности или нецелесообразны из-за значительных затрат и связанных с этим неудобств. Поэтому никельсодержащая нержавеющая сталь по сравнению с углеродистой или гальванизированной (оцинкованной) — это инженерное решение, направленное на долгосрочность подобных строительных конструкций. Компания Ancon Building Product, головной офис которой расположен в Шеффилде, Великобритания, проектирует и производит

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

широкий спектр крепёжных деталей из нержавеющей стали для кирпичных и бетонных конструкций. В сотрудничестве с компанией Ibstock Kevington, специализирующейся в области ленточного кирпича, она нашла инновационное решение для быстрого и простого производства безупречных кирпичных откосов для фасадов зданий. «Передовая лёгкая блочная конструкция помогает быстрее создавать кирпичные откосы и достигать совершенной подгонки под линию главного кирпичного фасада», — объясняет Лиза Келли (Lisa Kelly), начальник отдела компании Ancon Building Product. Система Nexus® сочетает строительный блок, состоящий из облицованной кирпичом затыловки из нержавеющей стали, с углом опорной стойки для кирпичей, сделанным из нержавеющей стали марки 304 (UNS S30400). Лёгкая подкладка из нержавеющей стали под облицованный кирпичом блок даёт значительные преимущества по сравнению с более традиционной альтернативой из литого бетона. Новая система откосов Nexus весит почти в два раза меньше бетонной, что в большинстве случаев позволяет устанавливать блоки без применения специального подъёмного оборудования. На этом значительно экономится время установки, что делает такой блок наиболее подходящим для скоростного строительства сегодняшнего дня.

r Новая система Nexus широко применялась в откосах дверных и оконных проёмов при реконструкции комплекса СичестерЭстейт в Кенсингтоне и Челси, Лондон, Великобритания.

КОМПАНИЯ ANCON BUILDING PRODUCT

Р

r Система Nexus® сочетает строительный блок, состоящий из облицованной кирпичом затыловки из нержавеющей стали, с углом опорной стойки для кирпичей, сделанным из нержавеющей стали марки 304 (UNS S30400). Отдельные блоки изготавливаются по индивидуальным меркам заводским способом. Они просто поднимаются вручную к предварительно установленному и просверленному углу опорной стойки, а потом болтами прикручиваются на место. Этот простой дизайн состоящих из двух частей блоков позволяет легко их устанавливать и подгонять, идеально выравнивая, и как только кирпичные облицовочные полосы установлены, они просто выравниваются и затираются, чтобы соответствовать основному кирпичному фасаду.

НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 11

ОСВЕЩАЯ ПУТЬ

ФЛОРИАН КОУТ (FLORIAN COAT)

Никель-металл-гидридные аккумуляторные батареи несут с собой свет и более безопасную среду обитания людям, живущим в экстремальных климатических условиях

П

остоянное и надёжное освещение уличных и открытых пространств в тех районах мира, где нет электросетей, — дело сложное; ситуация ещё более осложняется в экстремальных климатических условиях. Тем не менее, жителям это несёт колоссальные преимущества в части уголовной и технической безопасности.

Sunna Design, французская компания, проектирующая и производящая осветительные приборы, работающие на солнечной энергии, решает эту задачу при помощи серии светильников, приспособленных к сельским, безводным или пустынным районам, где затруднены их установка и постоянное техобслуживание. Эта компания разработала фонарные столбы, на вершине которых установлены солнечные панели, оснащённые никель-металл-гидридной аккумуляторной батареей (NiMH), соединённой с интеллектуальной системой управления энергией. Лампы обеспечивают освещение общественных мест в отдалённых районах, что сокращает случаи вандализма, в основном не требуют техобслуживания, а также быстро и легко устанавливаются. Наличие лёгкого аккумулятора может оказаться большим преимуществом для автономных систем, работающих на солнечной энергии, когда такой аккумулятор устанавливают на большой высоте. Маленькие NiMH батарейки интегрированы в головку лампы и помещены на вершину столба. Это значительно упрощает установку аккумулятора и избавляет от необходимости закапывать его в землю, использовать аккумуляторные шкафы и внешние электрические соединения. Долговечный химический состав электролитов аккумуляторных батарей Ключевым элементом долгосрочной работы аккумуляторных батарей является управление зарядом и разрядом. Методы определения конца зарядки и разрядки используются для предупреждения избыточной зарядки и чрезмерной разрядки аккумулятора и запрограммированы в системе управления аккумуляторной батареей. Выбор аккумулятора на основе никеля стал результатом двухлетнего исследования, осуществлённого совместно с французской научной лабораторией CEA-INES, являющейся частью Национального института солнечной энергии. Исследователи провели сравнительный анализ аккумуляторных технологий, которые можно использовать в экстремальных условиях. «В расчёт надо было принять всё — дождевые осадки, солнечную радиацию и сильную жару, а также песчаные бури и ветры пустынь, скорость которых достигает 100 км/час», —

12 НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

«Никельсодержащие батареи позволяют нашей продукции достичь непревзойдённого срока эксплуатации» объясняет Рафаэль Байло (Raphael Baillot), начальник отдела проектно-конструкторских работ компании Sunna. Температура воздуха – самый существенный фактор влияния окружающей среды на батарею. Цель состояла в том, чтобы найти самый стойкий в условиях пустыни состав электролитов аккумуляторных батарей, а также улучшить их технические характеристики и продолжительность работы в жёстких условиях. Непревзойдённый срок эксплуатации Ускоренные испытания на старение подтвердили эффективность технологии NiMH, прогнозируемый срок её долговечности в 10 лет, а также её пригодность для условий эксплуатации в пустынях Африки и Ближнего Востока. Здесь дневные температуры могут достигать 58 °C, ночные опускаться до 10 °C, а в некоторых районах в определённое время года могут падать даже ниже нуля. Поэтому батарея должна надёжно функционировать в больших диапазонах температур. «Никельсодержащие батареи позволяют нашей продукции достичь непревзойдённого срока эксплуатации», — говорит г-н Байло. «Жаростойкость этого металла даёт нам возможность получить оптимальные рабочие характеристики даже в самых жёстких земных условиях, — говорит инженер компании Sunna Николас Меркадал (Nicolas Mercadal). — Это — лучшая аккумуляторная технология для осветительных приборов, работающих на солнечной энергии». «Поскольку батарея запасает солнечную энергию в течение дня для ночного потребления, необычайно важна эффективность хранения энергии системы. В странах Африки срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов в подобных системах составляет около двух лет, но может закончиться и менее чем за год. «Надёжность NiMH батарей исключает дополнительные ремонтно-эксплуатационные расходы, — говорит Лаура Паргаде (Laura Pargade), начальник отдела маркетинга компании Sunna. — Интеллектуальная электронная система управления энергией оптимизирует программу освещения при любых погодных условиях и увеличивает срок службы батареи». NiMH предлагает приемлемый удельный расход энергии (55 – 70 Вт-ч/кг)

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

ФЛОРИАН КОУТ (FLORIAN COAT) БЕНУА ПУАТЕВИН (BENOIT POITEVIN)

и охватывает один из самых больших температурных диапазонов, доступных для технологий перезаряжаемых аккумуляторов — от -20 °C до + 70°C. В настоящее время этими системами пользуются жители более 20 стран мира. Многие из них находятся в Африке, в том числе в Сенегале, Нигерии и Камеруне, а также в лагере беженцев в Иордании. Аварийные отключения электричества в отдалённых районах могут отойти в прошлое благодаря осветительным системам, работающим на солнечной энергии, основанным на NiMH аккумуляторной технологии, имеющей возможность надёжно и экоустойчиво нести свет каждому, в любую точку земного шара.

ФЛОРИАН КОУТ (FLORIAN COAT)

s Недавно разработанная система компании Sunna «Наногрид» (Nanogrid) соединяет светильники уличного освещения, работающие на солнечной энергии, с 8 домами, предоставляя внутреннее освещение и возможность заряжать телефоны.

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

r Система освещения на солнечной энергии iSSL Maxi компании Sunna освещает бухту Зигиншор, Сенегал.

Продлевая часы торговли

З

игиншор — главный город региона Казаманс в Сенегале. Численность его населения — свыше 230 тыс. человек. Он лежит в устье реки Казаманс с оживлённой гаванью, часть которой целиком отдана рыбному промыслу: пойманная в окрестных водах рыба здесь же коптится и тут же продаётся. До того, как муниципалитет установил систему уличного освещения на солнечных батареях «Макси» компании Sunna Design, рыбаки приматывали липкой лентой ручные фонарики к собственным головам, чтобы иметь возможность работать в тёмное время суток. Продажа рыбы после прибытия рыболовных лодок в доки затруднялась из-за наступающей темноты, но теперь с помощью уличных фонарей на солнечных панелях начинающаяся с 4 часов утра коммерческая деятельность активно развивается.

s До того, как начала работать система освещения, работающая на основе солнечной энергии, рыбаки полагались на самодельные головные фонарики.

ФЛОРИАН КОУТ (FLORIAN COAT)

r Батарея NiMH с длительным сроком службы, способная выдерживать температурные амплитуды от -20 °C до +70 °C, снабжает энергией высокоэффективные светодиодные лампы. Интеллектуальная электронная система этого прибора управляет энергией, оптимизирует программу освещения и увеличивает срок годности аккумуляторной батареи до 10 лет.

НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 13

Новые публикации Руководство для инженеров по никель-алюминиевой бронзе

С

плавы меди и алюминия известны как алюминиевая бронза. Их прочность и сопротивляемость коррозии можно усилить путём добавления никеля в сочетании с железом, в результате чего получается никельалюминиевая бронза. У таких сплавов к тому же прекрасные показатели задирания поверхности. Они применяются в различных областях — от шарикоподшипников в посадочных механизмах самолётов до насосов для морской воды, клапанов, пропеллеров и инструментов, не дающих при работе искр. Заготовки из этих сплавов производятся как литьём, так и ковкой или штамповкой. Чаще всего используемые сплавы содержат около 5% никеля. У них сложная микроструктура, что позволяет проводить закаливание сплава, но также требует строгого контроля во время процесса производства и закалки, целью которой является получение оптимальных свойств для конкретных сфер применения.

Новая публикация — это практическое руководство для тех инженеров, которые хотят закладывать в технические условия, проектировать или производить детали из алюминиевой бронзы для морского, аэрокосмического и других секторов промышленности. В ней объясняются коррозионные свойства сплава и приводится информация о том, как достичь хороших эксплуатационных качеств. Описываются способы производства, сварки и обработки, а также приводится список полезных публикаций на эту тему. В приложение включена подробная информация о маркировках, спецификациях и соответствующих требованиях по составу и механическим свойствам сплавов. Версию публикации Ассоциации содействия развитию медной промышленности в формате PDF - CDA Publication 222 – можно загрузить с сайта: www.nickelinstitute.org.

НИКЕЛЬ И НАНОТЕХНОЛОГИИ предлагают решение проблемы перегрева аккумуляторов s Тонкая полиэтиленовая плёнка предупреждает перегрев литий-ионного аккумулятора, а потом снова включает аккумулятор, когда он охладится. В плёнку впаяны шиповидные наночастицы покрытого графеном никеля.

Стэнфордского университета разрабоУчёные тали первый литий-ионный аккумулятор, кото-

рый отключается до того, как наступает перегрев, а затем немедленно начинает снова работать, когда температура снижается. Новая технология может предотвратить такие возгорания, результатом которых стали отзыв продукции и запрет на использование широкого ассортимента устройств, работающих на батарейках — от откидывающихся кресел-релакс и компьютеров до навигационных систем и гироскутеров.

ЖЕНГ ЧЕН

«Для решения проблемы неожиданного возгорания литий-ионных аккумуляторов предлагались разные пути, — сказал Женан Бао (Zhenan Bao), профессор в области химических технологий в Стэнфорде. — Мы разработали первую батарею, которая без ущерба для своих рабочих характеристик может отключаться и снова включаться

в ходе повторяющихся циклов нагревания и охлаждения». Чтобы найти решение проблемы, Ы Цуй Бао и постдокторант Женг Чен обратились к нанотехнологии. Собранные в пучки, наночастицы покрытого графеном никеля проводят электричество. Когда батарея перегревается, частицы разделяются и электрический ток прекращает идти. Во время охлаждения частицы воссоединяются, и батарея снова начинает производить электричество. «По сравнению с предыдущими методами, наша разработка даёт надёжную, быструю и реверсивную стратегию, которая позволит достичь и высоких эксплуатационных характеристик, и повышенной безопасности, — говорит Ы Цуй Бао. — «Это — многообещающая стратегия для практического применения в аккумуляторах».

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ никельсодержащих сплавов, нержавеющих сталей и соединений, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель» UNS No.

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

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.

0.040 max.

1.00 max.

-

14 НИКЕЛЬ. КОРОТКО О РАЗНОМ

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

ИССЛЕДОВАНИЯ НИКЕЛЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА

набирают скорость В

поиске источников более дешёвой, чистой возобновляемой энергии североамериканские исследователи занялись разработкой никелевых катализаторов, которые сделают топливные элементы более доступными.

Двумя самыми многообещающими кандидатами для автомобилей являются перезаряжаемые батареи и топливные элементы, которые преобразуют химическую энергию водорода в электричество. У электромобилей короткая дальность пробега и длительное время подзарядки аккумулятора. В отличие от этого автомобили, работающие на топливных элементах, можно подзарядить менее, чем за пять минут, и на одном заряде они могут пройти более 500 км (300 миль). Хотя на сегодняшний день перезаряжаемые батареи имеют наибольший коммерческий успех, д-р Юшан Ян (Dr. Yushan Yan) с коллегами из Делавэрского университета недавно объявил о прорыве, обещающем сделать топливные элементы более доступными путём замены дорогой платины более дешёвыми катализаторами, сделанными из никеля. Продвижению топливных элементов на рынок мешает высокая цена на платину (около 50 долларов за грамм). К последним достижениям относится топливный элемент (ТЭ) на основе протонообменных мембран, в котором платина используется как в аноде, так и в катоде. Однако замена рабочей среды с кислотной на основную (то есть, ТЭ на основе гидроксильных обменных мембран) открывает возможность использования никелевых катализаторов и других менее дорогостоящих элементов.

r Юшан Ян за рулём автомобиля на топливных элементах проводит исследования по использованию никеля в качестве катализатора в щелочном электролите, что обещает снизить стоимость водородных топливных элементов. Пиковое значение плотности мощности ТЭ на гидроксильных обменных мембранах ниже, чем у ТЭ на протонообменных мембранах, но д-р Юшан Ян с коллегами синтезировали никелевые наночастицы, удерживаемые на легированных азотом углеродных нанотрубках, которые показывают активность, подобную платине в ТЭ на гидроксильных обменных мембранах. «Этот новый топливный элемент на основе гидроксильных обменных мембран может показать высокую эффективность при небывало низких затратах», — говорит д-р Ян.

Журнал «Никель» –

ФОТОГРАФИИ ISTOCK: © МОНШЕРИ (MONCHERIE), © ПЕТАР ЧЕРНАЕВ (PETAR CHERNAEV) ФОТОГРАФИИ ISTOCK: © СТУДИЯ HOCUS FOCUS STUDIO

ДЕЛАВЭРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В США на долю автотранспортных (автомобили, грузовики, автобусы), железнодорожных, морских и воздушных перевозок приходится 20% потребляемой энергии, производимой в первую очередь из ископаемых видов топлива, поэтому ведётся поиск экологически чистых альтернатив.

мобильное приложение.

Вы можете загрузить бесплатное приложение для мобильных устройств Android™ и Apple®

Бесплатное мобильное приложение - журнал «Никель» для мобильных устройств iPhone®, iPad® и iPad-mini® теперь доступно в онлайн-магазине App StoreSM. Просто введите в поисковую систему слова «журнал «Никель» и следуйте указаниям командных строк в диалоговых окнах.

Установите мобильное приложение - журнал «Никель» - на мобильном телефоне Android™ или планшете Android™. Просто зайдите в онлайн-магазин Google Play™Store, введите в поисковую систему слова «журнал «Никель» и следуйте указаниям командных строк в диалоговых окнах.

Журнал «Никель» - где хотите и когда хотите. Слово Apple, логотип Apple, а также обозначения iPhone и iPad являются торговыми марками, зарегистрированными в США и других странах. Слово Android – это торговая марка компании Google Inc. Андроидный робот воспроизведен или реконструирован из модели, созданной и опубликованной компанией Google, и использован в соответствии с положениями лицензии организации Creative Commons 3.0 «Право пользования с указанием авторства». Google Play – это торговая марка компании Google Inc

«НИКЕЛЬ», Т. 31, № 1, АПРЕЛЬ 2016 Г.

Журнал «НИКЕЛЬ» ОНЛАЙН www.nickelinstitute.org ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickel institute.org/ NickelMagazine/Subscription ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/ NickelMagazine/MagazineHome ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2002 г. www.nickelinstitute.org/en/NickelMagazine/ MagazineHome/AllArchives ЗАГРУЗИТЕ приложение журнала «Никель» для мобильных устройств Android™ и Apple® СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) - зайдите на страничку Института никеля СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube. www.youtube.com/user/NickelInstitute

НИКЕЛЬ. КОРОТКО О РАЗНОМ 15

ХРАМ СВЯТОГО СЕМЕЙСТВА В БАРСЕЛОНЕ

ДЛЯ ШЕДЕВРА ГАУДИ ВЫБРАНА НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ ерез 134 года после того, как был заложен первый камень, величественная базилика Антонио Гауди, храм Святого Семейства в Барселоне, приближается к финальной стадии своего строительства. Никельсодержащая нержавеющая сталь играет важную роль в этом необыкновенном сооружении. Гауди, глубоко верующий католик, сам не особенно волновался по поводу сроков

r Никельсодержащие дуплексные нержавеющие стали — важная структурная составляющая этого сооружения. Высота 18 башен храма Святого Семейства составит от 94 до 172 м.

строительства этого масштабного сооружения, говоря: «Работа над храмом Святого Семейства продвигается медленно, потому что хозяин этого строения не спешит», подразумевая, что его «клиент» — сам Бог. Завершение строительства намечено на 2026 г., год столетней годовщины смерти архитектора. Высота 18 башен храма по завершении строительства будет от 94 до 172 м. Важной составляющей частью строения является нержавеющая сталь. Выбранная благодаря своей высокой прочности, исключительной коррозионной стойкости и пониженной стоимости жизненного цикла, арматура из нержавеющей стали, механически обработанные детали и продукция из нарезанного с помощью плазменной резки листа поставляются компанией Outokumpu. Для этих сложных конструкций были выбраны экономически эффективные и долговечные никельсодержащие дуплексные нержавеющие стали из сплавов 2304 (UNS S32304) и 2205 (S32205). К объекту предстоит ещё достроить 6 новых башен, самая высокая из которых сделает базилику самым высоким культовым сооружением Европы. Хотя невозможно оценить, сколько затрачено средств за все годы строительства храма Святого Семейства,

стоимость строительства и техобслуживания в настоящее время составляет около 25 млн. евро в год. Финансирование идёт за счёт ежегодных поступлений от трех миллионов посетителей территории строительства и средств частных доноров.

КОМПАНИЯ OUTOKUMPU — ФОТОГРАФИИ ЛЮБЕЗНО ПРЕДОСТАВЛЕНЫ СОБОРОМ СВЯТОГО СЕМЕЙСТВА

Ч