Nickelvol32no1august2017 ch fb

不锈钢船――更安全、 更轻盈、更环保 不锈钢在高速列车中 的应用

专 注 于 镍 及 其 应 用 的 杂 志 从自行车到火箭

镍无处不在

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

航空航天——高深莫测

©DUCCIO MALAGAMBA，巴塞罗那

©DUCCIO MALAGAMBA，巴塞罗那

r MOCAPE：含镍不锈钢板覆盖了40,000 平方米的表面积 云团：387吨不锈钢板形成外覆盖层 

实例研究10 当代艺术博物馆与 城市规划展览馆

云团 位于MOCAPE中庭的“云团”是一件

当代艺术博物馆与城市规划展览馆（MOCAPE）是又一个全球标志性建筑，矗立在中 国的新兴文化区--深圳福田区内。

不同寻常的建筑作品。 形状复杂的“云团”灵感来自康斯坦

这座七层建筑物占地面积233,447平方米，楼面建筑面积861,112平方米，凭借世界 级的环保设计引人注目，包括大量使用含镍不锈钢。

丁·布朗库西的雕塑《沉睡的缪斯》和火 星月亮，外覆盖层由约387吨304L型不锈

MOCAPE是由位于维也纳的建筑设计公司蓝天组（Coop Himmelb(l)au）设计的，

钢板焊接而成。这些钢板经过抛光形成

融合了两个独立展馆――当代艺术博物馆（MOCA）和城市规划展览馆（PE），成为

均匀的表面和镜面效果，通过参观者、

文化汇集地和建筑展示场所。虽然这两个展馆是分开设计以突显各自功能的，但它们

光线和色彩的移动形成了博物馆的动态

在同一个多功能外立面的包裹下融为一体。

感。

博物馆醒目的外立面在结构上与建筑主体独立，透明的设计让开阔无柱展览区内 部的城市景观一览无余。采用玻璃与51％穿孔316L型（UNS

S31603）不锈钢板外壳的

组合实现了这一设计特征。 博物馆的顶盖有40米高，可以为展览室过滤自然光，从而提高了能源利用效率并减 少了对人工照明的需求。3毫米玻璃珠喷砂316L型不锈钢实心板不仅用于制作顶盖， 也用于大门顶篷和出口。 含镍不锈钢板凭借耐腐蚀性、表面光洁度和反光特性而被选用，总表面积达到了 40,000平方米。 在MOCAPE内部，304L型（UNS S30403）不锈钢普遍用于所有楼梯、坡道和连接步

“云 团 ”采 用 机 器人 技 术 制 作 、安 装、焊接和修饰。据建筑设计师称，机器 人建筑技术与三维打印的结合提高了结 构和美学设计上的自由度和灵活性，实现 了高精度，而且通过显著减少施工间歇 时间提高了经济效益。 2016年9月开放的MOCAPE大量采用 了含 镍 不锈 钢，它的美 感、耐久性以及

道的金属覆盖层，以及“云团”的外立面――一座将两个展馆的展览室连接起来的雕

结构和材料性能一定能经得起时间的考

塑。

验。

2 《镍杂志》实例研究

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

关于镍及其应用的专业杂志 《镍杂志》由国际镍协会出版 www.nickelinstitute.org

设计：Constructive Communications公司 国际镍协会的联系方式： 比利时布鲁塞尔（1040）Rue Belliard 12号 电话：+32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org

镍无处不在 无论是货物、原料运输还是客运，安全而高效的交通运输对于当今社会而言至关重要。 随着世界人口的增长，交通运输需求将从2015年的500亿人公里增加到2050年的1200亿 人公里左右。

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。 ISSN 0829-8351

特斯拉 容器，3％—| 自行车，4％—

造船，10％ |

其他，4％ |

—汽车和配 件，45％

Hayes印刷集团在加拿大用再生纸印刷 封面设计：Constructive Communications公司

航空航天， 29％—

封面图片：iStockPhoto.com hxdyl

目录

|—铁路，5％

案例研究 MOCAPE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

很难想象哪一种交通运输方式不使用镍或镍合金。汽车、卡车、轨道车、船舶、飞机甚

聚焦 社论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

36 ％）就被用于液化天然气的海运中，因为它们能在极低的天然气温度（-163℃）下保持

专题报道 不锈钢船 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 船用废气洗涤器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 高速列车 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-7 高深莫测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8-9

在发生碰撞时很好地吸收能量。在航空航天领域，高镍合金保证了发动机部件的强度

镍的应用 绿色化学品 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-11 Severn隧道 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 磁屏蔽 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 燃油蒸气管路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 镍钛记忆合金—余热发电. . . . . . . . . 15 布朗普顿自行车 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

单。Model 3的续航里程为345公里，搭载特斯拉新式电池模块。虽然含镍高性能“2170电

简述 UNS详细资料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 网站链接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

资料来源：ROSKILL PARISER

撰稿人：John Chapman、Parul Chhabra、Gary Coates、 Nicole de Boer、Bode Gehrmann、 Peter Kelly-Detwiler、 Geir Moe、Kim Oakes、Marcel Onink、Kristina Osterman、 Lissel Port、Torsten Rieger、Philipp Verbnik、Nigel Ward

TESLA

总裁：David Butler 编辑：Clare Richardson

至自行车都利用了镍及含镍合金的诸多优点。例如，304型不锈钢和镍铁合金（含镍量 延展性。对于火车车厢而言，304型不锈钢保证了耐腐蚀性、良好的强度重量比，而且能 和耐用性，而在汽车行业中，镍越来越多地应用于电动汽车（EV）电池。 一款刚进入电动汽车市场的汽车--备受期待的特斯拉量产型轿车Model

3，其发布时

间为2017年6月。Model 3相比该公司的高端Model S和Model X车型尺寸更小、结构更简 池”的具体化学成分仍未披露，但我们知道它是在美国内华达州的特斯拉1号超级工厂 生产的。为了在2018年前达到每年500,000辆的计划产量，超级工厂的含镍锂离子电池年 产量预计会超过2013年含镍锂离子电池的全球产量。 电动汽车只是镍推动交通运输行业创新的一个例子。在本期《镍杂志》中，我们将深入 研究从自行车到航天火箭的各种交通运输应用中镍所扮演的角色。

Clare Richardson 《镍杂志》编辑

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

《镍杂志》聚焦 3

免维护、更安全、更环保 的船艇准备乘风破浪

r 水线以下的所有金属材料都经过镜面 抛光以保证便于清除海洋生物。 s P16原型

2017年5月12日，原型为一艘完全由不锈

原型开发公司之一――SSY不锈钢游艇

钢制成的近海巡逻艇的P16启航前往斯

公司营销主管Petra Rosén解释道。

德哥尔摩以北200公里的Gävle。其设

“我们选择奥托昆普Forta SDX 2507

计目标是更轻盈、更高效、更安全、更环

（UNS S32750）建造整个船体，这种材

保的不锈钢船艇。

料 符 合 各项要求。它具 有 高强 度、耐

这艘船艇采用创新设计概念，灵感

用、100％耐腐蚀、免维护和抗拉强度极

来自北欧海盗船的特征。而超级双相含

高的特征――所有属性都有利于保护海

镍不锈钢使得船体的极佳轻盈性成为

洋环境，”Rosén说道。

可能。双相不锈钢的高强度可以减小所 用材料的厚度，从而减轻船体的重量。

水线以下的所有金属材料都经过镜 面抛光，只需使用低压软管甚至在低速

“轻盈的P16显然可以减小油耗。这

航行中就能清除附着在船体上海洋生

艘船无需维护，可以节省宝贵的时间和

物。因此，没有必要使用危害环境且价

资金。它的耐海水性极高，甚至能在海

格高昂的防污涂料。这个项目有可能开

水部分冻结的情况下使用――这个特征

辟高性能、可持 续船 艇 这个全 新的市

在斯堪的纳维亚水域中非常有用，”P16

场。

4 《镍杂志》专题报道

奥托昆普FOKUS MEDIA／JANNE RIIKONEN

船艇行业首次采用耐腐蚀性极高的轻盈不锈 钢设计

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

含镍船用洗涤 器投入实用

作为世界上最大的生态系统，海洋产出了我们呼吸所需氧 气的一半以上和我们食用鱼类的大部分。海洋还充当着水 运航道的角色。健康的海洋对于人类的生存至关重要。随 着人们减少环境影响的意识日益强烈，海运产业更加重视 如何控制自身的影响，包括尽可能减少有害排放。 海运船只的大气硫排放引起了高度关注。国际海事组

有助于保护海洋环境

织（IMO）正在引入新的环境要求以降低海运船只的大气 硫排放水平。随着新法规的颁布实施，含镍船用柴油机废 气洗涤器的需求预计将显著增长。 下图所示的这款洗涤器可以让发动机产生的废气流经 过几个腔室，其中包含仔细配制而成的洗涤海水，从而减 少硫氧化物（SOX）排放量。用海水洗涤高温废气会形成 腐蚀性气氛，其中包含氯化物、高温和酸性条件，因此需 要使用耐腐蚀合金（CRA）。这种应用中考虑使用的耐腐

废气经过洗涤排入大气 |

蚀 合 金 包 括 含 钼 量 6％的 超 级 奥氏体 不 锈 钢 ）（例 如 AL-6XN™（UNS N08367））以及C型镍合金（例如合金276 （UNS N10276）及合金59（UNS N06059））。 《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）确定了几 个排放控制区（ECA），目前将船用燃油的容许硫排放水

废气净化单元 —

平限制为0.10％（重量比）。这些地区包括波罗的海、北 海、北美洲（美国和加拿大的指定沿海地区）以及美国加 勒比海域（波多黎各和美属维尔京群岛附近）。 ECA之外的全球硫排放上限目前为3.50％（重量比）， 而且将从2020年1月1日起降至0.50％（重量比）。2020年1月1 日只是暂定日期，届时需要考察低硫燃油的供应情况决定 是否推迟到2025年。这项考察预计将于2018年完成。 洗涤水处理 |

为了满足现行法规，可以选择的方案包括使用较为昂 贵的低硫燃油、转为使用天然气以及安装废气洗涤系统，

© CLEAN MARINE AS WWW.CLEANMARINE.NO

而最后一个方案正迅速成为海运产业的首要选择。

发动机排放的 废气 |

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

 装备了Clean Marine AS公司生产的洗涤器的船只 船用废气洗涤器可以让发动机产生的废气流经过几 个腔室，其中包含仔细配制而成的洗涤海水，从而减 少硫氧化物（SOX）排放量。

《镍杂志》专题报道 5

STEFAN NILSSON

高速列车中的含镍不锈钢 随着全球公共交通需求的急速增长，各铁

X2000列车由ABB集团生产，于1990

路公司开始寻找新的解决方案来应对日益

年到1998年间投入使用。列车车架的首

严峻的难题――如何实现比以往任何时候

选材料是奥托昆普公司生产的不锈钢。

更快的客运。

X2000列车采用特殊设计，包括倾摆

取代旧式基础设施并建设新式高速

系统和径向转向架，可以在弯曲轨道上

铁路是一种能满足日益增长需求的解决

达到每小时200公里的高速，同时不影响

方案。另外，降低运营成本和能耗、提高

乘客的舒适和安全。这款车架具有很高

乘客安全、改善交通工具外观并提高乘

的抗弯刚度，可以减小振动并提高乘坐

r 通往哥本哈根的道路上Pepparholmen 厄勒海峡大桥上行驶的X2000列车.

以节省约10万瑞典克郎（目前约合17,500 美元）的维护费用，而每辆列车与碳钢 相比重量减轻20％左右。车身更轻盈意 味着驱动列车所需的能量较少，从而实 现了显著的节能：每辆列车30年可以节 省约800,000千瓦时的能耗。

坐舒适度现已成为标准要求，可以扭转 公共交通拥挤不堪的不良形象。各铁路 公司开始考虑在列车结构中采用含镍不

...从长期来看，不锈钢比铝钢或碳钢更轻盈、 更安全、更经济。

锈钢来应对这些难题。 瑞典X2000列车 上世纪80年代末，瑞典SJ国家铁路 公司订购高速列车时提出的需求是一

舒适度。另外，304型不锈钢还具有优良 的耐碰撞冲击性，从而提高了乘客的安 全性。

经过二十年的运营，这些列车正在 进行全面的技术和内部升级。但原始不 锈钢车架完好如新，预计还能使用二十 年。通过X2000升级项目，整个车队有望

种能保证长期安全、舒适和经济的解决

列车主要在斯德哥尔摩、哥本哈根和

在2018年前恢复运营，而且可靠性和舒

方案，而且维护费用较低、使用寿命较

哥德堡等大城市之间运营。ABB集团经

适度更胜从前。这个应用突显了选择材

长。为此，通过冷加工以提高强度的304

过详尽的寿命周期分析决定采用不锈钢

料时从寿命周期角度进行考量的重要

型含镍不锈钢（UNS S30400，一种奥氏

作为车架材料，通过计算发现从长期来

性。同时考察成本和环境影响并选择适

体合金）成为X2000快速列车坚固车架

看，不锈钢比铝钢或碳钢更轻盈、更安

当等级的不锈钢是一种行之有效的办

的最佳选择。

全、更经济。例如，每辆列车在30年内可

法。

6 《镍杂志》专题报道

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

ISTOCKPHOTO.COM © ROLAND MAGNUSSON

前后都有可内陷吸收冲击能量的溃缩 区。 印度铁路公司深知含镍不锈钢对 于改善客运车厢结构和提高乘客安 全的重要性，于2001年从德国引进了 LHB（Linke Hofmann Busch）客运车 厢。据印度铁路部一位高官称，“ 不 锈钢制成的LHB客运车厢具有更多 ALSTOM

的内置安全特征，因为它们能更有 效地吸收脱轨的震动和冲击，而且 r印度：LHB设计中，将奥氏体不锈钢用于腐蚀几率较高的顶盖和槽形铺面。

在列车脱轨时不容易倾覆，从而减 少了事故中的伤亡人数。”304型

印度的高速列车LHB车厢 印度铁路公司是世界上最大的单一 所有权铁路网络，维系着整个国家的 命脉，每年货运量超过10亿吨，每日 客运量超过2300万人次。该公司拥有 约250,000个货运车厢和近70,000个客运 车厢。 随着印度经济的增长，印度铁路公

料选择中仍以乘客安全作为首要考虑 因素。

（UNS S3040 ）用于腐蚀几率较高的顶 盖和槽形铺面。316L型（UNS S3160 ） 也是水箱和生物降解型卫生间容器的

在这样庞大的铁路网络中，过去几

首选材料。每个客运车厢约使用10-11

十年发生了多起致命事故，因此人们

吨不锈钢，其中40％为奥氏体不锈

呼吁改善结构设计，采用优良材料制

钢。

成“防撞”客运车厢，而且每次发生 重大事故时此类讨论都会愈加激烈。

2016年，印度铁路公司计划在印 度投放4,000个LHB客运车厢，随后在 2016年印度铁路大会上宣布了“到2018

司面临着一个艰巨的任务――在线路

理想情况下，车辆发生碰撞时，应

和枢纽容量有限的情况下满足日益增

当通过座椅安全带将乘客束缚在刚性

长的运输需求。虽然正着手实施相关

的安全结构中，以免受到严重伤害。

锈钢客运车厢完全取代钢制客运车厢

计划引入高速列车缓解现有网络的堵

当今的汽车都采用了这种设计。乘客

的进程以保障乘客安全，这无疑会极

塞状况，但客运车厢箱体的设计和材

舱是一个安全的刚性隔室，而且车辆

大地推动含镍不锈钢在印度的使用。

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

年完全改用LHB客运车厢”的宏大计 划。印度铁路公司决定加快用含镍不

《镍杂志》专题报道 7

WIKIMEDIA COMMONS

AEROJET ROCKETDYNE

ISTOCKPHOTO.COM © WISSANU01

r ULA Vulcan 5米直径有效载荷的整流罩布置

r Aerojet Rocketdyne三维打印发动机部件通过烈火试验

8 《镍杂志》专题报道

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

高深莫测： 三维打印和镍助我们圆太空梦 近年来，为航天飞机生产合格替代者――一种经济上可负担的太空航行工具――的

镍合金MondaloyTM的三维打印生产重

梦想已经越来越接近实现。

要的发动机部件――预燃烧器，最近则

美国在生产可重复使用的低成本运

同样，Blue Origin公司正采用含镍合

顺利通过烈火试验对预燃烧器的设计

载火箭方面一直走在世界前列，但一个

金Monel® K-500（UNS K05500）生产下一

进行了验证，完整的发动机试验也将在

残酷的事实更加加快了这一进程：随着

代液态天然气驱动火箭发动机（BE-4 ） 。

2011年航天飞机计划的终止，美国不得 不依靠俄罗斯生产的RD-180火箭发动 机 来运载有 效 载荷（包括国家安全卫 星）进入太空。2014年，美国国会要求以 2019年为限消除这种依赖关系从而具备

含镍合金能够经受太空航行所需的巨大热 量和压力。

国内自主发射的能力。 为 此 ，美 国 国 家 航 空 航 天 局 （NASA）从2006年开始与多家公司合 作，开发运送货物和人员进入低地球轨 道的能力。几家美国公司参与了这项工 作，现在已经接近使有效载荷和乘客进 入太空的阶段，其中采用含镍合金部署 了经济的（某些情形下可重复使用）发 射平台。 三维打印及镍合金用于制造过程 Space-X（由特斯拉CEO埃隆·马斯克 创办）、Blue Origin（由亚马逊集团巨头 杰夫·贝佐斯创办）和公开上市的Aerojet Rocketdyne这三家公司以增材制造（三

后续进行。

Blue Origin公司在新式水力涡轮机的

Aerojet Rocketdyne与美国空军研究

所有生产阶段采用增材打印方式，包括

实验室共同开发的MondaloyTM与Monel

一 些 非 常 复 杂 的 发 动 机 流 动 通 道。

相似，达到了规定的临界强度。

Monel®

K-500合金主要由镍（约占三分

之二）和铜（略少于三分之一）组成，有

Blue Origin公司和Aerojet公司竞相为

少量铝和钛，可以通过沉淀硬化机理提

Vulcan火箭生产发动机。这款火箭是由

高强度。

波音与洛克希德马丁合资的美国联合发

第一台Blue Origin BE-4发动机现已

射联盟公司（ULA）研制的，将来用于运

装配完毕，很快会有更多发动机推出。

送 重要 的 美 国 情 报 有 效 载 荷 进 入 轨

最终将有8台发动机安装在该公司生产

道。ULA现有的Atlas V型火箭目前由俄

的270多英尺长“新格伦”火箭上，可以

罗斯发动机驱动，已经顺利完成了60多

运 送大 量的有 效 载 荷 和乘客进 入轨 道。

维打印）方式生产火箭的关键部件。在

竞争公司Aerojet Rocketdyne也将发

火箭设计和制造领域，三维打印相对于

射日期定在2019年。Aerojet公司通过含

次发射。 鉴于迄今为止试验非常成功，可以清 楚地看出三维打印及含镍合金对于美国 未来数十年的太空航行前景至关重要。

传统制造方式有一些独特的优势。一个 重要的优点是它能降低复杂零件的生产 成本。据NASA称，成本降低的一个关键 要 素 就 是 尽 可 能 减 少 零 件 数 目。在 Aerojet生产的一种发动机中，打印组件 只需要生产三个单独的零件，而原来则

WIKIMEDIA COMMONS

需要100个以上。含镍合金能够经受太 空航行所需的巨大热量和压力。 Space-X公司（2014年7月出版的《镍 杂志》第29卷第2期中提到过）利用三维 打印生产发动机舱。

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

r BE-4内部氧化物夜间试验

《镍杂志》专题报道 9

通过创新生物技术生产可持续绿色化学品 以镍作为结合剂 琥珀酸是一种二羧酸，化学式为(CH 2)2(CO2H)2。其名称源于拉丁文“succinum”，

排放并大大减少能耗。通过独立的寿命

意思为琥珀。含镍不锈钢在新式“绿色”琥珀酸的生产中发挥了重要作用，因为这

周期分析对从玉米种植和收获到琥珀

种酸对低合金钢和碳钢有高腐蚀性。

酸纯化的整个生产链进行了评估，结果

琥珀酸可用于生产多种日用产品，

蒙特利尔的BioAmber等公司开发了新式

表明整个工艺的温室气体净排放量为

包括聚氨酯、油漆涂料、粘合剂、密封

绿色解决方案。这些可持续的专利工业

零，而通过石油基生产工艺生产琥珀酸

机、人 造革、食品和香味添加剂、化妆

生物技术工艺通过发酵作用将糖类转化

品和个人护理 用品、生物降 解 塑料、

为琥珀酸，改变了整个行业的面貌。

的每吨温室气体排放量为7.1吨。达到最 大生产能力时，与石油生产工艺相比， BioAmber公司的萨尼亚工厂每年可减

尼龙、工业润滑剂、不含邻苯二甲酸盐 的增塑剂、染料、颜料和药用化合物。

BioAmber公司的颠覆性技术

很多人都不知道烹饪时使用的调味品往

位于加 拿 大 安 大 略 省 萨尼 亚 市 的

少210,000吨温室气体排放，相当于每年 45,000辆汽车的排放量。寿命周期分析 也表明，与常规石油基生产工艺相比，

上最大的生物琥珀酸生产设施基地。琥

该工艺的耗电量减少64％。

往含有生物琥珀酸。在葡萄酒和软饮料

BioAmber工厂于2015年末投产，是世界

中，琥珀酸有助于降低酸度。在化妆品

珀酸是用可再生原料（例如玉米）中的

和面霜中，它是一种皮肤软化剂。 过 去，琥 珀 酸 是 用 化 石 燃 料 制 成

糖类生产的，与用石油生产的化学品没

的。但美国Myriant公司、荷兰Reverdia

有区别。

颠覆性技术创造了新的价值、新的市 场和新的工作参数。拜耳材料科技公司 针对鞋袜、运动服、汽车和服装行业中

V.O.F.（Roquette与DSM的合资公司）、

这项颠覆性技术不仅能生产琥珀酸

采用的纺织品推出了一个创新的生物类

德国Succinity有限公司（BASF和Corbion

这种可持续化学品，而且与石油基生产

材料系列。用BioAmber琥珀酸取代石化

N.V.的合资公司）以及总部设在加拿大

工艺相比，还能消除温室气体（GHG）

产品意味着这些环保产品不仅具有优良

表2：生物类化学品工厂采用的主要不锈钢等级 常用名

UNS

EN

属性

304

S30400

1.4301

对微酸性和腐蚀性介质具有良好的总体耐腐蚀性。最低强度水平略高于“L”级

304L

S30403

1.4307

如上所述，但焊接结构首选“L”级。通常可以采购同时符合304型和304L型要求的“双认证”材料

316

S31600

1.4401/1.4436

耐腐蚀性好于304级，尤其是在酸性条件下

316L

S31603

1.4404/1.4432

如上所述，但焊接结构首选“L”级。通常可以采购同时符合316型和316L型 要求的“双认证”材料

表3：生物类化学品工厂采用的特种不锈钢及镍合金 常用名

UNS

EN

属性

316Ti

S31635

1.4571

耐腐蚀性与316型相似，高温下强度较高，主要在欧洲使用

317L

S31703

1.4438

耐腐蚀性略高于316L级

904L

NO8904

1.4539

在硫酸中具有优良的耐腐蚀性

6％钼合金

多种

多种

耐腐蚀性高于300系列合金，尤其是在高温下和／或存在氯化物

2101

S32101

1.4162

具有高强度的少数几种双相合金之一，适合大型储罐

2205

S32205

1.4462

双相合金，强度、耐腐蚀性和耐侵蚀性高于300系列合金

2507

S32750

1.4410

少数几种超级双相合金之一，耐腐蚀性高于2205型

合金C276

C10276

2.4819

在腐蚀性极高条件下使用的镍基合金

合金C22

N06022

2.4602

在腐蚀性极高条件下使用的镍基合金

合金20

N08020

2.4460

在硫酸中具有优良的耐腐蚀性

10 《镍杂志》专题报道

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

 位于安大略省萨尼亚市的 BioAmber工厂

的性能，还能达到最高65％的可再生材 料含量。 可持续性和替代来源

最丰富的低 成 本 糖类作为原 料，但他 们也有很强的可持 续性意识。这种糖

用碳水化合物取代碳氢化合物

类目前来源于玉 米，但也可以使 用茎

如果将化石燃料基有机化学品与生物质制成的有机化学品进行比较，也就是将

秆、甜菜、高粱、小麦和木薯粉中的糖

碳氢化合物基化学品与碳水化合物基化学品进行比较，那么主要差异在于碳水化

类。BioAmber公司的长期目标是以农业

合物的含氧量。

废料、林业废料和工业废料作为传统糖 类的替代来源。 目前，BioAmber公司的加拿大工厂是

化石燃料基有机化学品的惰性很高，反应性很低，其加工过程的腐蚀性不强。 因此，低合金钢和碳钢往往适合作为重要加工设备的材料。另一方面，水基生物类 化学品反应性很高，很容易降解并形成乙酸、甲酸和乳酸等化合物，而这些化合物 对低合金钢和碳钢的腐蚀性很强。生物质加工中的原料、杂质、中间体和副产物都

世界上最大的生物琥珀酸工厂，生产能

不同于碳氢化合物加工。因此，生物类有机化学品的大多数生产设备都必须由耐

力为35,000公吨琥珀酸和23,000公吨1,4-

腐蚀材料制成。含镍奥氏体不锈钢（主要是304型、304L型、316型和316L型）和多种

丁二醇（BDO）。为了满足快速增长的琥

含镍特种不锈钢，而且有时也需要镍基合金来保证腐蚀防护。在不断发展的生物

珀酸和衍生品全球需求，BioAmber公司

类化学品行业中，这些含镍材料都是成本较低、经久耐用的材料解决方案。

打算在北美洲设立更多工厂，总生产能 力将达到165,000吨琥珀酸和123,000吨

© 2015年，BIOAMBER公司版权所有

虽然BioA mb e r公司主要采用来源

BioAmber公司的工艺

BDO。 玉米种植

© 2015年，BIOAMBER公司版权所有

 含镍不锈钢容器保证了产品纯度和长 寿命。

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

发酵

琥珀酸

石油基生产工艺

石油回收

石脑油裂解

丁烷氧化

化学转化

琥珀酸

© 2015年，BIOAMBER公司版权所有

s 含镍不锈钢管道连接各工艺阶段。

玉米碾制

《镍杂志》专题报道 11

FURRER+FREY公司

r 支撑ROCS的所有钢结构工程均选择高合金不锈钢以达到80年设 计使用寿命。

不锈钢支持Severn 隧道的新式电气化系统 在2016年9月和10月的六周时间内，管理英国大部分铁路基础设施的英国Network

着自耦变压器馈电电缆（2米中心处）和

Rail公司为Severn隧道的铁路轨道安装了一个新式电气化系统。这条长7公里、有130

ROCS的底板／烟管（8.5米中心处）。锚

年历史的隧道将英格兰西部与南威尔士相连。该系统并未采用传统的架空电线，而 是采用铝制轨道（内有电气化接触线），由架设在隧道顶部的落管和定位杆进行支 撑。瑞士Furrer+Frey公司生产的架空刚性电车轨道系统（ROCS）比架空电线更可 靠、更高效，而且维护要求较低。它与传统有线系统相比更加紧凑，而且可以在顶部

杆固定件通过树脂嵌入隧道砖结构中， 深度达到315毫米。超级双相不锈钢2507 （UNS S32750）用于固定定位杆的底板和 烟管以及ROCS定位杆的悬臂构件。

空间有限的隧道中使用。 Severn隧道的内部环境具有较强的

难度较大的环境，因此从寿命周期成本

侵蚀性，不仅因为Severn入海口的海水中

的角度来看，系统中不锈钢材料的额外

还在侵蚀性较低的另外五条隧道中用于

成本是可接受的；基建费用的很大一部

ROCS的支撑钢结构，这五条隧道都是

分显然是人工和机械费用。

大西部电气化改造项目的一部分――该

的氯化物会进入隧道，而且穿过隧道的 运煤列车会产生灰尘沉淀。因此，支撑 ROCS的所有钢结构工程均选择高合金 不锈钢以达到80年设计使用寿命，维护

超级奥氏体 不锈 钢（U NS N0 8926

要求还极低。隧道本身属于施工和维护 ／N08367）制成的M16锚杆固定件支撑

12 《镍杂志》镍的应用

316L型奥氏体不锈钢（UNS S31603）

项目旨在使从伦敦到南威尔士的干线铁 路实现电气化。

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

镍铁软磁合金的交通应用 通过屏蔽和传感器应用改善可持续交通 随着电动交通（eMobility）变得日益重要以及电动动力系统的普及（包括电气／数字

因为它们具有高饱和通量密度、高导磁

设备的增加），对有效屏蔽材料和传感器的需求不断增长。含镍材料在这个不断增

率和低矫顽力的特性。

长的应用领域中发挥着重要作用。 镍基合金以耐腐蚀性和高温强度著称，

一 般而言，含镍量越高（最高85％），

VDM® Magnifer 7904、VDM® Magnifer

但其中一些合金还有其他优良特性。

屏蔽系数 就 越高。可以根据不良磁 场

36（UNS K93600）和VDM® Magnifer 50

镍铁合金构成了称作软磁合金的一类合 金。镍铁软磁合金很容易磁化和消磁。

和电 磁 场 的 强 度 来 选 择 适 当的 屏 蔽 材料。含 镍 量 约为8 0％的合 金具 有最 高的导 磁率。软磁 镍 基 合 金（例如含

它们的磁特性、矫顽力、导磁率和磁滞

镍量高于75％的VDM® Magnifer 7904

损耗显然优于铁质材料。

（UNS N1408 ））是导磁率最高的屏蔽

含镍量更高、屏蔽性能更好

材料。

最重要的应用领域之一是磁屏蔽。

镍铁 合 金的典 型 屏蔽 应用包括 录 音

电气设备会产生电磁场和磁场，这些场 会对敏感型设备造成干扰。为了削弱不 良场，必 须 对发电和／或敏 感设备 进 行“屏蔽”。通过屏蔽材料改变不良“磁 通量”的方向，从而削弱或消除被屏蔽 空间内的场时，就产生了屏蔽效应。材 料的屏蔽特性用屏蔽系数表示，与所谓 的“导磁率”相关。 VDM

在 医疗 和 交 通 运输应 用中，可以使 用

s 位于德国乌纳的VDM熔炼厂

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

头、扩音器、传感器和电子束管。某些情 形下，这些镍材料也用于完全覆盖使用 高敏感性测量设备的医院诊疗室。 难题在于怎样将其他行业的专有技术和 经验转移到交通运输行业。 传感器需求不断增加

（UNS K94840）等合金。 通过生产获得理想特性 为了获得良好的软磁特性，必须从空气 熔炼开始并在随后的真空处理或真空 熔炼中生产高纯度材料。镍铁软磁合金 既可加工成实心件――锻件、杆件、薄 板、板材、条带和金属片，也可以加工成 薄膜或线材。镍铁合金必须经过最终退 火。只有经过最终退火才能在制造过程 中第一次确定不同寻常的软磁特性。 可以通过调整合金成分和退火程序来 调整镍铁合金的理想磁特性。

在eMobility领域中，传感器需求在不断

因此，镍铁软磁合金将来一定会在可持

增加。例如，电池管理系统的电流测量

续、气候友好型交通系统的实施中发挥

传感器是由软磁镍基合金制成的，这是

关键作用。

s 镍铁合金制成的条带

《镍杂志》镍的应用 13

镀镍钢 防止管路阻塞 创新往往源于令人沮丧的经历。在这个实例中，一家大型原始设备制造商（OEM）的 一位高管驾车外出时车辆抛锚，原因是燃油输送系统完全故障。这有什么积极意义 呢？镀镍钢在燃油管路中的一种新应用诞生了。 改善内部防护 车辆燃油管路的显微照片显示，严重 腐蚀导致管路阻塞，阻碍燃油流动到发 动机。汽油驱动车辆的燃油管路在传统 上由标准低碳钢制成。OEM将主要精力 放在管道外部涂层上，旨在防护盐类的

TATA STEEL

的腐蚀性可能很大，会导致系统全面故 障。 OEM需求增长 随着乙醇混合燃料使用量的增加，管 r用 镀镍钢制成的燃油管路零件。

道制造商要求更多使用镀镍钢。其优点

侵蚀作用和砂砾造成的机械损伤。酒精

在于物理性质。镍的a熔点与钢基本相同，

混合燃料（乙醇混合燃料）更多地用于

镀镍钢板形成管道并焊接时，融化的镍

汽车之前， “内部”表面并未得到同等的

会溢出焊道将它包住，从而形成有镀层

重视。这类吸湿性燃料对燃油管路内部

的内表面和腐蚀防护屏障。

UNS详细资料

随着混合燃料的不断发展，镀镍钢已 证明是一种有效的汽车创新材料。 印度塔塔钢铁公司

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

镍

磷

硫

硅

钛

钨

铝

S30400 第 6, 7, 10, 11

0.08 最大值

-

18.020.0

-

平衡

2.00 最大值

-

0.10 最大值

8.010.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

-

-

S30403 第 2, 10, 11

0.03 最大值

-

18.020.0

-

平衡

2.00 最大值

-

0.10 最大值

8.012.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

-

-

S31600 第 10, 11

0.08 最大值

-

16.018.0

-

平衡

2.00 最大值.

-

0.10 最大值

10.014.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

-

-

S31603 第 2, 7, 10, 11, 12

0.03 最大值

-

16.018.0

-

平衡

2.00 最大值

2.003.00

0.10 最大值

10.014.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

-

-

S31635 第 10

0.08 最大值

-

16.018.0

-

平衡

2.00 最大值

2.003.00

-

10.014.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

5x(C+N) min 0.70 最大值

-

-

S31703 第 10

0.03 最大值

-

18.0 20.0

-

平衡

2.00 最大值

3.004.00

-

11.015.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

-

-

S32101 第 10

0.04 最大值

-

21.022.0

0.100.80

平衡

4.00.00

0.100.80

0.200.25

1.35.70

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

-

-

S32205 第 10

0.030 最大值

-

22.023.0

-

平衡

2.00 最大值

3.003.50

0.140.20

4.506.50

0.030 最大值

0.020 最大值.

1.00 最大值

-

S32750 第 4, 10, 12

0.030 最大值

-

24.026.0

0.50 最大值

平衡

1.20 最大值

3.35.0

0.240.32

6.08.0

0.35 最大值

0.020 最大值

0.80 最大值

-

-

-

N08904 第 10

0.020 最大值

-

19.023.0

1.002.00

平衡

2.00 最大值

4.00.00

-

23.08.0

0.045 最大值

0.035 最大值

1.00 最大值

-

-

-

N08926 第 12

0.020 最大值

-

19.021.0

0.501.50

平衡

2.00 最大值

6.007.00

0.150.25

24.026.0

0.030 最大值

0.010 最大值

0.50 最大值

-

-

-

N08020 第 10

0.07 最大值

-

19.021.0

3.004.00

平衡

2.00 最大值

2.003.00

-

32.038.0

0.045 最大值

0.035 最大值

1.00 最大值

-

-

-

N08367 第 5, 12

0.030 最大值

-

20.022.0

0.75 最大值

平衡

2.00 最大值

6.07.0

0.180.25

23.525.5

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

-

-

N10276 第 5, 10

0.01 最大值

2.5 最大值

14.516.5

-

4.07.0

1.0 最大值

15.017.0

-

平衡

0.025 最大值

0.010 最大值

0.08 最大值

-

3.04.5

-

N06022 第 10

0.01 最大值

2.5 最大值

20.022.5

-

2.06.0

0.50 最大值

12.514.5

-

平衡

0.02 最大值

0.02 最大值

0.08 最大值

-

2.53.5

-

N06059 第5

0.01 最大值

0.3 最大值

22.024.0

-

1.5 最大值

0.5 最大值

15.016.5

-

平衡

0.015 最大值

0.005 最大值

0.10 最大值

-

-

0.10.4

N05500 第9

0.25 最大值

-

-

27.033.0

2.0 最大值

1.5 最大值

-

-

平衡

-

0.01 最大值

0.5 最大值

0.350.85

-

2.303.15

N01555 第 15

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

-

-

0.025 最大值

5457

-

-

-

平衡

-

-

K93600 第 13

0.10 最大值

1 最大值

0.50 最大值

-

平衡

0.60 最大值

0.50 最大值

-

3538

0.025 最大值

0.025 最大值

0.35 最大值

-

-

-

K94840 第 13

0.05 最大值

0.5 最大值

0.30 最大值

0.30 最大值

平衡

0.80 最大值

0.30 最大值

-

4749

0.03 最大值

0.01 最大值

0.50 最大值

-

-

-

N14080 第 13

0.05 最大值

0.5 最大值

0.30 最大值

0.30 最大值

平衡

0.80 最大值

3.56.0

-

79.082.0

0.02 最大值

0.01 最大值

0.50 最大值

-

-

-

UNS编号

14 《镍杂志》镍的应用

-

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

WIKIMEDICOMMONS

镍钛记忆合金的独 特性质决定新废热 技术走向

镍钛记忆合金帮助高 能效发动机利用废热 发电

作为一种镍钛合 金，镍钛记忆合 金

在航运和很多其他行业中，一种利用热废水发电的新式高能效发动机可以减少

连接在活塞上，每10秒用冷热水交替

碳排放量和能耗。

冲洗。幅度约为4厘米的快速膨胀收

这 种应 用 采 用了镍 钛 记 忆合 金

而且，这项技术对航运业而言是安

（UNS N01555）的“形状记忆”特性，是

全的，因为它不会产生容易泄漏的有害

由位于都柏林的Exergyn公司开发的。

液体，而且工作压力较低。

E x e r g y n 公司产品管 理 主管M i k e Langan称， “这项技术首次从‘低级废 热’1 的回收中创造效益。” Langan还声称，这项技术可以帮助船 主提高效率并减少排放，从而帮助他们 遵守日益严格的法规。

Exergyn公司旨在推出一种发电成本 最低的产品，其LCOE 2（平准化电力成 本）只有0.045欧元／千瓦时或以下。 E xerg y n公司从欧 盟委员会地平线 2020计划基金中获得了250万欧元的资金

表现出形状记忆和超弹性的独特性 质。其主要性质决定了，即使它弯曲变 形，但加热到一定温度后可以恢复原 有结构。镍钛记忆合金冷却时也会膨 胀，因此成为新技术的理想材料。 将一束一米长的镍钛记忆合金线

缩循环能驱动活塞，进而通过联动的 液压系统驱动发电机。 镍 钛 记忆合 金 的 大 多 数现 有应 用只要求使用少量材料，例如医疗器 械。新技术可能是镍钛记忆合金的首 次工业化应用。每台装置都可能包含 几公斤这种形状记忆合金。

用于该产品的市场投放。工业试验将在 今年晚些时候进行。

实际上，国际 海 事 组 织（I MO）预

航运业试验计划在2019年进行，管

测，如果 不采取措施 来提高发动机效

路中的整个系统还要接受6,000小时的

率，那么航运业的排放量会增加250％。

试验。

《镍杂志》网络版 www.nickelinstitute.org

您可以免费订阅《镍杂志》，新一期在线 发布时您就能收到印刷本或电子邮件通 知（www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ Subscription）。

EXERGYN DRIVE™ EXERGYNDRIVE—

登录www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ MagazineHome 在线阅读多语言版 《镍杂志》

70℃水

可以从我们的在线档案库中搜索从 2002年7月开始的往期《镍杂志》。 www.nickelinstitute.org/en/NickelMagazine/ MagazineHome/AllArchives

90℃水 EXERGYN

手机下载《镍杂志》应用到您的Apple® 或 Android™设备上。

电力

1．低级废热（“LGWH”）是指温度低于120℃（通常为80-95℃）的水。大多数电力公司都没有利用自身的LGWH。 2．平准化电力成本（LCOE）也称作平准化能源成本（LEC），是指发电设备寿命周期内单位电力成本的净现值。它往往被认 为可以反映发电设备在寿命周期内达到收支平衡所需达到的平均市价。

《镍杂志》，第32卷第2期，2017年

请在 Twitter@NickelInstitute 上关注我们。 请在LinkedIn上加入我们―― 请访问国际镍协会网页。 请在国际镍协会YouTube频道 www.youtube.com/user/NickelInstitute 观看与镍有关的视频。

《镍杂志》镍的应用 15

镍制成的布朗普顿自行车 形式服从功能的光辉典范 1975年，当安德鲁·里奇在南肯辛顿区的公寓中开始设计一辆折 叠自行车时，他希望制作一辆更轻便、更美观的折叠自行车，而 他刚刚试过一辆笨重不堪的对折自行车。

这款自行车外观醒目、设计精巧，折叠后十分紧凑，方便搬 运、拖运或收藏。 Nickel Edition是最好的布朗普顿自行车。50微米抛光高磷 无电解镍镀层形成了圆润的反光表面，也是迄今为止布朗普顿 最先进的镀层，其耐腐蚀性极佳，达到了采矿和深海钻探设备 的等级。 r Nickel Edition布朗普顿自行车

BROMPTON BICYCLE LTD.

他的第一辆布朗普顿自行车命运坎坷，但经过25年的不断改 进之后，布朗普顿自行车有限公司现已成为英国最大的自行车 制造商。

布 朗 普 顿自行车 年 产 量 超 过 4 5 , 0 0 0 辆，是日常 骑 行 的 最 s 折叠自行车：链条和齿轮位于折叠后自行车的中心，因此可 以避开衣服和行李。 佳选择。

BROMPTON BICYCLE LTD.

左下图：每一辆自行车都由一位熟练的工匠手工钎焊（接合 ， 而且零件上会留下这位工匠的“签名”。