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Edelstahlboot: sicherer, leichter und umweltfreundlicher Edelstahl für Hochgeschwindigkeitszüge DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN

Von Fahrrädern zu Raketen

Nickel auf Achse

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

Das Weltall – wirklich „hohe“ Mathematik

©DUCCIO MALAGAMBA, BARCELONA

©DUCCIO MALAGAMBA, BARCELONA

r MOCAPE: Paneele aus nickelhaltigem Edelstahl bedecken 40.000 m2 der Oberfläche

FALLSTUDIE 10 MUSEUM OF CONTEMPORARY ART & PLANNING EXHIBITION D

DIE CLOUD: 387 Tonnen schwere Edelstahlpaneele bilden die Außenverkleidung 

as Museum of Contemporary Art & Planning Exhibition (MOCAPE) ist die nächste weltweit Aufsehen erregende architektonische Sehenswürdigkeit im wiederbelebten Kulturdistrikt Futian im chinesischen Shenzhen.

Das siebenstöckige Gebäude auf einem 233.447 m2 großen Grundstück und mit einer Gesamtfläche von 866.112 m2 sticht mit seinem umweltfreundlichen Design von Weltklasse (unter Einsatz von viel nickelhaltigem Edelstahl) sofort ins Auge.

Das vom Wiener Architektenbüro Coop Himmelb(l)au, entworfene MOCAPE vereint die Synergien zweier unabhängiger Institutionen, des Museum of Contemporary Art (MOCA) und der Planning Exhibition (PE). Dadurch entstehen ein kultureller Treffpunkt und eine ideale Bühne für Architekturausstellungen. Während beide Museen als separate Einheiten entworfen wurden, die die jeweiligen individuellen Funktionen voll zur Geltung bringen sollen, sind die Institutionen zu einem monolithischen, von einer Multifunktionsfassade umhüllten Körper vereint.

Die beeindruckende Fassade ist strukturell vom Hauptgebäude unabhängig. Das transparente Design bietet Besuchern aus dem Inneren des offenen und säulenlosen Ausstellungsbereichs einen ungehinderten Blick auf die Stadt. Dieses Designmerkmal entstand durch die Kombination von Glas mit einer Hülle aus 51 % perforiertem Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603).

Das Freilichtmuseum in 40 m Höhe wurde ebenfalls ganz mit dem Ziel entworfen, natürliches Licht in die Ausstellungsräume zu lassen. Es ist ausgesprochen energieeffizient und reduziert den Bedarf an künstlicher Beleuchtung. Zum Bau des Dachs wurden massive Paneele aus 3 mm starkem, glaskugelgestrahltem Edelstahl des Typs 316L eingesetzt. Das gleiche Material schmückt das Vordach des Haupteingangs und der Ausgänge.

Die Paneele aus nickelhaltigem Edelstahl bedecken eine Gesamtfläche von 40.000 m2 und wurden speziell wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit, der hervorragenden Oberflächenbearbeitung und der Licht reflektierenden Eigenschaften gewählt.

Im MOCAPE kam an den Metallverkleidungen aller Treppen, Rampen, Brücken und Laufstege sowie an der Fassade der so genannten „Cloud“, die die Ausstellungsräume beider Museen miteinander verbindet, viel Edelstahl des Typs 304L (UNS S30403) zum Einsatz.

2 NICKEL FALLSTUDIE

DIE CLOUD Die „Cloud“ (Wolke) im mittleren Atrium ist architektonisch besonders bemerkenswert.

Die komplexe Form und die besondere Gestaltung der Cloud wurden von Constantin Brancusis „Schlafender Muse“ und einem Mond des Planeten Mars inspiriert.

Die Außenverkleidung dieses Übergangsbereichs besteht aus ca. 387 Tonnen schweren, geschweißten Platten aus Edelstahl des Typs 304L. Die polierten Paneele sorgen für eine homogene Oberfläche; der eigentliche Geist des Museums spiegelt sich in den Bewegungen seiner Besucher, Lichter und Farben.

Für Herstellung, Montage, Schweißen und Politur der Außenverkleidung der Cloud wurden Robotersysteme eingesetzt. Nach Angaben des Architekten bot die Kombination aus Robotertechnik und 3D-Druck mehr Freiheit und Flexibilität im statischen und ästhetischen Entwurf. Darüber hinaus bot dieser Ansatz große wirtschaftliche Vorteile, weil die Zahl der Baustopps deutlich reduziert werden konnte.

Das MOCAPE wurde im September 2016 eröffnet. Die großflächige Anwendung von nickelhaltigem Edelstahl gewährleistet unbestreitbar einen hohen ästhetischen Reiz, eine enorme Haltbarkeit und die bemerkenswerten Konstruktions- und Materialeigenschaften, die notwendig sind, damit dieses beindruckende Gebäude dem Zahn der Zeit widersteht.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org David Butler, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin

Kontaktangaben: Rue Belliard 12 Brüssel 1040, Belgien Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 Gedruckt in Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier Titelseite: Constructive Communications Foto auf der Titelseite: iStockPhoto.com © hxdyl

NICKEL AUF ACHSE Ob zum Befördern von Gütern, Rohstoffen oder Menschen: Gute und effiziente Transportmöglichkeiten sind in der Welt von heute einfach unabdingbar. Mit dem Bevölkerungswachstum wird auch die Nachfrage nach Transportleistungen von ca. 50 Milliarden Passagierkilometern im Jahr 2015 auf ca. 120 Milliarden im Jahr 2050 steigen.

VERWENDUNG VON NICKEL AUF DEM TRANSPORTSEKTOR 2015 Schiffsbau 10 % | Container 3 %—| Fahrräder 4 %—

Im Brennpunkt Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sonder-Leitartikel Edelstahlboot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Abgasbehandlungsanlagen für die Schiff fahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Hochgeschwindigkeitszüge . . . . . . . . . . 6-7 Raketenwissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-9 Anwendungen von heute Umweltfreundliche chemische Stoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11 Severn Tunnel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Magnetische Schirmung . . . . . . . . . . . . . . 13 Kraftstoff- und Dampfleitungen . . . . . . . 14 Nitinol – von Abwärme zu Elektrizität . 15 Brompton Bicycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Kurzmeldungen UNS-Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Weblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

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—Automobil und Zubehör 45 %

Luft- und Raumfahrt— 29 %

|—Eisenbahn 5 %

INHALTSVERZEICHNIS Fallstudie MMOCAPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Sonstige 4 % |

QUELLE: ROSKILL PARISER

Entwurf: Constructive Communications

TESLA

Autoren und Mitarbeiter: 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

Es ist schwierig, eine Transportmethode zu finden, bei der nicht Nickel oder nickelhaltige Legierungen zum Einsatz kommen. Autos und LKW, Eisenbahnwaggons, Schiffe oder Flugzeuge und sogar Fahrräder: Sie alle nutzen die vielen Vorteile von Nickel und nickelhaltigen Legierungen. Edelstahl des Typs 304 und Nickel-Eisenlegierungen (mit 36 % Nickel) werden z. B. für den Seetransport von verflüssigtem Erdgas verwendet, weil sie auch bei extrem niedrigen Gastemperaturen (-163 °C) ihre Leitfähigkeit bewahren. Bei Eisenbahnwaggons bietet Edelstahl des Typs 304 Korrosionsbeständigkeit, ein hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Energieabsorptionseigenschaften bei Stößen. Im Luft- und Raumfahrtsektor sorgen Legierungen mit hohem Nickelgehalt für Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bei Triebwerkskomponenten, während in der Automobilbranche aufgrund des Wachstums bei Elektrofahrzeugen (EVs) die Nachfrage nach Nickel für Akkus steigt.

Ein neues Modell auf dem EV-Markt ist das mit viel Vorschusslorbeeren bedachte Model 3 von Tesla, eine für den breiten Markt bestimmte Limousine, die im Juni 2017 präsentiert wurde. Das Model 3 ist eine kleinere, einfachere Alternative zu den Luxusmodellen S und X dieses Herstellers. Das Model 3 hat eine Reichweite von 345 km und ist mit dem neuesten Akkumodelltyp von Tesla ausgestattet.

Während die exakte chemische Zusammensetzung der nickelhaltigen Hochleistungszelle 2170 noch nicht verraten wurde, wissen wir doch, dass die Zellen in Teslas Gigafactory 1 im US-Bundesstaat Nevada gefertigt werden. Um die geplante Tesla-Produktionsrate von 500.000 Fahrzeugen pro Jahr bis 2018 zu unterstützen, wird erwartet, dass allein in der Gigafactory mehr nickelhaltige LithiumIonen-Batterien pro Jahr hergestellt werden als im Jahr 2013 auf der ganzen Welt.

Doch EVs sind nur ein Beispiel dafür, wie Nickel dem Transportsektor bei Innovationen unter die Arme greift. In dieser Ausgabe werfen wir einen Blick auf Nickel „auf Achse“ in Anwendungsbereichen, die weit über Autos hinausgehen und von Fahrrädern bis zu Weltraumraketen reichen.

Clare Richardson Chefredakteurin, Nickel Magazine

NICKEL IM BRENNPUNKT 3

Wartungsfreie, sicherere und umweltfreundlichere Boote schlagen hohe Wellen

r Das gesamte Metall unter der Wasseroberfläche ist spiegelpoliert. Dies gewährleistet, dass am Rumpf haftende Meeresorganismen leicht entfernt werden können. s Prototyp P16

Eine extrem korrosionsbeständige, leichte Edelstahlbauweise schlägt in der Bootsbranche hohe Wellen.

A

m 12. Mai 2017 stach der Prototyp P16, ein ganz aus Edelstahl bestehendes Hochseepatrouillenboot, in Gävle (ca. 200 km nördlich von Stockholm) in See. Das Ziel bestand darin, ein leichtes, effizienteres, sichereres und umweltfreundlicheres Boot aus Edelstahl zu bauen.

„Das geringe Gewicht des P16 reduziert ganz eindeutig den Kraftstoffverbrauch. Das Boot ist wartungsfrei, was wertvolle Zeit und viel Geld spart.

Es ist Salzwasser gegenüber extrem widerstandsfähig und kann verwendet werden, wenn die See teilweise gefroren ist, was in skandinavischen Gewässern sehr nützlich ist“, erläuterte Petra Rosén, Marketingleiterin bei SSY Stainless Steel Yachts, einem der für die Entwicklung des Prototyps P16 verantwortlichen Unternehmen.

„Wir wählten Forta SDX 2507 (UNS S32750) von Outokumpu für das gesamte Boot. Das Material erfüllte alle unsere Anforderungen. Es hat eine hohe Festigkeit, ist widerstandsfähig, 100 % korrosionsbeständig und wartungsfrei, und das bei einer hervorragenden Zugfestigkeit. Alle diese Eigenschaften sind für den Einsatz in der Schifffahrt wichtig“, so Rosén.

Das gesamte Metall unter der Wasseroberfläche ist spiegelpoliert. Dies gewährleistet, dass am Rumpf haftende Meeresorganismen entweder mit einem Niederdruckschlauch oder einfach nur durch Fahren mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten entfernt werden können. Somit kann auf umweltschädliche und teure Schiffsbodenfarben verzichtet werden. Das Projekt hat das Potential, einen völlig neuen Markt für umweltfreundlich hergestellte Hochleistungs-Wasserfahrzeuge dieses Typs zu erschließen.

OUTOKUMPU FOKUS MEDIA / JANNE RIIKONEN

Mithilfe eines innovativen Designkonzepts, das von den Eigenschaften traditioneller Wikingerschiffe inspiriert wurde, sowie der Anwendung von nickelhaltigem Super-Duplex-Edelstahl, konnte ein extrem leichtes Wasserfahrzeug gebaut werden. Die hohe Festigkeit des DuplexEdelstahls ermöglicht eine Reduzierung der Dicke des verwendeten Materials, was wiederum das Gewicht des Bootes reduziert.

4 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

NICKELHALTIGE ABGASBEHANDLUNGSANLAGEN A AN BORD ls größtes Ökosystem der Erde erzeugen die Ozeane mehr als die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen, und den Großteil der von Menschen konsumierten Fische. Außerdem dienen sie als Transportwasserstraßen.

Gesunde Ozeane sind für das Überleben der Menschheit unabdingbar. Es wird uns immer klarer, wie wichtig es ist, unseren umweltschädigenden Einfluss zu reduzieren. Die Schifffahrtsindustrie konzentriert sich daher zunehmend auf Möglichkeiten zur Minderung ihrer Auswirkungen auf die Meeresökologie, wozu auch die Minderung schädlicher Emissionen gehört.

zum Schutz unserer Meere

Die Freisetzung von Schwefel durch Wasserfahrzeuge ist dabei eines der Hauptprobleme. Die International Maritime Organisation (IMO) führt gerade neue Umweltanforderungen zur Reduzierung des von Schiffen in die Atmosphäre abgegebenen Schwefels ein. Mit den neuen Vorschriften wird ein beträchtliches Wachstum bei nickelhaltigen Dieselabgasbehandlungsanlagen für Schiffe erwartet.

Bei einer bestimmten Bauweise von Behandlungsanlagen (unten abgebildet) werden die Schwefeloxid-(SOX)-Emissionen dadurch reduziert, dass der vom Motor erzeugte Abgasstrom mehrere Kammern durchläuft, die eine sorgfältig erzeugte Meerwasser-„Abgasbehandlungswolke“ enthalten.

Durch die Behandlung der heißen Abgase mit Meerwasser entsteht eine korrosive Umgebung mit Chloriden, hohen Temperaturen und sauren Bedingungen. Daher müssen in dieser Umgebung korrosionsbeständige Legierungen (Corrosion Resistent Alloys, CRAs) eingesetzt werden. Zu den für diese Anwendung in Erwägung gezogenen CRAs zählen super-austenitische 6 % Mo-Edelstahle wie AL-6XN™ (UNS N08367) oder Nickellegierungen des C-Typs wie Legierung 276 (UNS N10276) und Legierung 59 (UNS N06059).

Abgabe behandelter Abgase in die Atmosphäre |

Im Internationalen Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe (MARPOL) wurden mehrere sog. Emission Control Areas (ECAs) festgelegt, die den zulässigen Schwefel im Kraftstoff des Schiffes derzeit auf 0,10 Gew.-% beschränken. Zu diesen Zonen zählen die Ostsee, die Nordsee, Nordamerika (einschl. designierter Küstengebiete der USA und Kanadas) sowie die Zone USA/Karibisches Meer (um Puerto Rico und die US-Jungferninseln).

Abgasaufreinigungseinheit —

Derzeit beträgt der globale Schwefelhöchstwert außerhalb der ECAs 3,50 Gew.-%; mit Wirkung vom 1. Januar 2020 wird diese Grenze auf 0,50 Gew.-% reduziert. Ob dieser Termin (2020) eingehalten werden kann, hängt von einer Prüfung der Verfügbarkeit von Brennöl mit niedrigem Schwefelanteil ab; je nach Ergebnis kann er auf das Jahr 2025 verschoben werden. Es wird erwartet, dass diese Prüfung bis 2018 abgeschlossensein wird.

Waschwasseraufbereitung |

Es gibt bestimmte Möglichkeiten, um die genannten Vorschriften zu erfüllen, u. a. durch das Verbrennen teureren Kraftstoffs mit geringem Schwefelanteil, den Umstieg auf Erdgas oder die Installation eines Abgasbehandlungssystems, was für die Schifffahrtsindustrie besonders attraktiv zu sein scheint.

© CLEAN MARINE AS WWW.CLEANMARINE.NO

Abgas aus Motor |

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 Diagramm des Schiffes mit von Clean Marine AS gebauter Behandlungsanlage.

Abgasbehandlungsanlagen für die Schifffahrt reduzieren die Schwefeloxid-(SOX)-Emissionen dadurch, dass der vom Motor erzeugte Abgasstrom mehrere Kammern durchläuft, die eine sorgfältig erzeugte Meerwasser-„Abgasbehandlungswolke“ enthalten.

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 5

STEFAN NILSSON

Nickelhaltiger Edelstahl in Hochge A

ngesichts der weltweit wachsenden Nachfrage beim öffentlichen Personenverkehr suchen Eisenbahnunternehmen nach neuen Lösungen, um den zunehmenden Herausforderungen des Transports von noch mehr Passagieren schneller denn je zu begegnen.

Das Ersetzen der alten Infrastruktur in Kombination mit neuen Hochgeschwindigkeitsverbindungen ist eine Lösung, mit der man diesem wachsenden Bedarf gerecht werden kann.

Darüber hinaus sind reduzierte Betriebskosten und ein geringerer Energieverbrauch, eine erhöhte Passagiersicherheit, ein attraktiveres Erscheinungsbild und mehr Komfort zur Bekämpfung des schlechten Images überfüllter Beförderungsmittel im öffentlichen Personenverkehr inzwischen Standardanforderungen. Eisenbahnunternehmen nutzen nickelhaltigen Edelstahl beim Bau von Eisenbahnwaggons, um diesen Herausforderungen zu begegnen.

X 2000-Züge in Schweden Als das schwedische Technologieunternehmen SJ Ende der 1980er Jahre eine Flotte von Hochgeschwindigkeitszügen bestellte, benötigte es eine Lösung, die langfristig sowohl sicher als auch komfortabel und kosteneffektiv sein sollte. In Kombination mit niedrigeren Wartungskosten und einer langen Lebensdauer war nickelhaltiger Edelstahl (eine austenitische Legierung, Typ 304 (UNS S30400) im kaltgewalzten Zustand für mehr Festigkeit) die optimale Lösung für die schnellen und sehr robusten Außenkonstruktionen der X2000-Züge.

Die X2000-Züge wurden von ABB hergestellt

6 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

und zwischen 1990 und 1998 in Betrieb genommen. Das für die Zugrahmen gewählte Material war von Outokumpu gelieferter Edelstahl.

Die X2000-Züge weisen eine besondere Bauweise mit Neigetechnik und Radialdrehgestellen auf, wodurch auch auf kurvigen Strecken eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h erzielt werden kann, ohne Passagierkomfort und -sicherheit zu beeinträchtigen. Der Rahmen zeichnet sich durch eine hohe Biegesteifigkeit aus, die Schwingungen reduziert und den Fahrkomfort erhöht. Darüber hinaus

r X2000 auf der Öresund-Brücke bei Pepparholmen auf dem Weg nach Kopenhagen.

Waggon betrug im Vergleich zu normalem Stahl 20 %. Die leichtere Bauweise bedeutet auch, dass weniger Energie erforderlich ist, um den Zug anzutreiben, was mit beträchtlichen Energieeinsparungen einhergeht: Diese belaufen sich über einen Zeitraum von 30 Jahren auf geschätzte 800.000 kWh. Zwei Jahrzehnte später werden die Züge jetzt einer technischen und Innenraum-Ge-

... Langfristig war Edelstahl eine leichtere, sicherere und kostengünstigere Option als Aluminium oder normaler Stahl. bietet Edelstahl des Typs 304 hervorragende Stoßfestigkeitseigenschaften bei Kollisionen, was die Sicherheit der Passagiere erhöht.

Die Züge verbinden in erster Linie Großstädte wie Stockholm, Kopenhagen und Göteborg. Die Entscheidung von ABB für Edelstahl als Rahmenmaterial basierte auf gründlichen Lebenszyklusanalysen. Die Berechnungen ergaben, dass Edelstahl langfristig eine leichtere, sicherere und kostengünstigere Option ist als Aluminium oder normaler Stahl. Um ein Beispiel zu nennen: Die Einsparungen bei den Wartungskosten über einen Zeitraum von 30 Jahren wurden pro Eisenbahnwaggon auf 100.000 schwedische Kronen (derzeit ca. 10.500 Euro) geschätzt. Die Gewichtsreduzierung pro

neralüberholung unterzogen. Die Originalrahmen aus Edelstahl sind aber weiterhin intakt, und es wird erwartet, dass sie noch weitere 20 Jahre einsatzfähig bleiben. Bei dem X2000-Generalüberholungsprojekt wird davon ausgegangen, dass die gesamte Flotte nach einer Verbesserung sowohl ihrer Zuverlässigkeit als auch ihres Komforts bis 2018 wieder im Einsatz sein wird. Diese Anwendung zeigt, wie wichtig es ist, bei der Entscheidung für bestimmte Materialien den Gesamtlebenszyklus zu berücksichtigen. Es macht sich bezahlt, nicht nur Kosten und Auswirkungen auf die Umwelt zu berücksichtigen, sondern auch einen Edelstahl der richtigen Güte zu wählen.

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ALSTOM

ISTOCKPHOTO.COM © ROLAND MAGNUSSON

eschwindigkeitszügen

r Indien: Das LHB-Design nutzt austenitischen Edelstahl für das Dach und den durchgängigen Boden, wo die Korrosionsgefahr besonders hoch ist.

LHB-Personenwagen für Hochgeschwindigkeitszüge in Indien Indian Railways ist das größte Schienennetz im Besitz eines einzigen Eigentümers weltweit. Das System ist die Lebensader des Landes; es befördert jährlich mehr als eine Milliarde Tonnen Fracht und täglich über 23 Millionen Passagiere. Es betreibt ca. 250.000 Waggons, davon fast 70.000 Personenwagen.

Mit dem Wirtschaftswachstum in Indien verbindet sich für Indian Railways das Problem, trotz Linien- und Terminalkapazitätsbeschränkungen mit dem wachsenden Verkehrsaufkommen Schritt zu halten.

Während versucht wird, das bestehende Netz durch die Einführung von Hochgeschwindigkeitszügen zu entlasten, hat bei der Wahl der Entwürfe und Materialien für den Bau der Waggons die Passagiersicherheit

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heute oberste Priorität.

In diesem riesigen Netz gab es in den letzten Jahrzehnten eine Reihe tödlicher Unfälle.

Deswegen wurde immer wieder ein besseres Strukturdesign für „kollisionsfeste“ Waggons aus besonders hochwertigem Material gefordert. Diese Debatte loderte nach jedem größeren Unglück von Neuem auf.

Im Idealfall sollten sich die Passagiere bei einem Unglück in einer starren, sicheren Konstruktion befinden und angeschnallt sein, um schwere Verletzungen zu vermeiden.

In Automobilen wird dieses Prinzip schon seit geraumer Zeit beherzigt. Der Innenraum eines Autos ist eine sichere, starre Zelle, während die Vorder- und Rückseiten Knautschzonen sind, die bei einem Unfall zusammengedrückt werden und dadurch Aufprallenergie absorbieren.

Indian Railways weiß um die Bedeutung von nickelhaltigem Edelstahl für den Bau von Personenwagen und die damit verbundene verbesserte Passagiersicherheit.

2001 präsentierte das Bahnunternehmen seine ersten Personenwagen von LHB (Linke Hofmann Busch) aus Deutschland. Einem Sprecher des indischen Bahnministeriums zufolge „weisen Personenwagen von LHB aus Edelstahl mehr integrierte Sicherheitsfunktionen auf, weil sie Aufprallenergie effektiver absorbieren und bei einem Entgleisen nicht so leicht umkippen. Dadurch werden bei einem Unglück Menschenleben gerettet.“ Der Typ 304 (UNS S30400) wird für das Waggondach und den durchgehenden Boden verwendet, wo die Korrosionsgefahr besonders hoch ist. Für die Wassertanks und Komposttoilettenbehälter fiel die Wahl auf Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603).

In jedem Waggon werden ca. 10-11 Tonnen Edelstahl verbaut, davon 40 % austenitischer Edelstahl.

Indian Railways entschied 2016, 4000 LHBPersonenwagen in Indien einzuführen. Später kündigte das Unternehmen auf der Rail India Conference 2016 einen aggressiven Plan an, „bis 2018 ganz auf LHB-Waggons umzusteigen“. Die Entscheidung von Indian Railways, Stahlwaggons komplett durch Wagen mit nickelhaltigem Edelstahl zu ersetzen, um die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten, wird die Verwendung von nickelhaltigem Edelstahl in Indien zweifellos weiter ankurbeln.

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 7

WIKIMEDIA COMMONS

AEROJET ROCKETDYNE

ISTOCKPHOTO.COM © WISSANU01

r Nutzlast-Verkleidungskonfiguration der ULA Vulcan mit einem Durchmesser von fünf Metern

r Mit einem 3D-Drucker von Aerojet Rocketdyne hergestellte Triebwerksteile bestehen Triebwerkstests

8 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

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Wirklich „hohe“ Mathematik: Mit 3D-Druck und Nickel ins All Die Vereinigten Staaten haben bei der Herstellung kostengünstiger und wiederverwendbarer Trägerraketen die Führung übernommen. Die Bemühungen in diesem Bereich wurden durch eine wichtige Tatsache beschleunigt: Mit dem Ende des Shuttle-Programms 2011 wurden die USA von russischen RD-180-Trägerraketen für die Beförderung von Nutzlasten (einschließlich Satelliten des nationalen Sicherheitsprogramms) in den Weltraum abhängig. 2014 beschloss der US-Kongress, diese Abhängigkeit bis spätestens 2019 zu beenden und bis zu diesem Termin eigene Trägerraketen zu entwickeln.

Zu diesem Zweck arbeitet die NASA seit 2006 mit vielen verschiedenen Unternehmen zusammen an der Entwicklung einer Möglichkeit zur Beförderung von Frachten und Mannschaften in niedrige Erdumlaufbahnen. Mehrere USUnternehmen sind an diesen Bemühungen beteiligt und kommen dem Ziel, Nutzlasten und Passagiere ins All zu befördern, immer näher. Sie setzen kosteneffektive (und in manchen Fällen wiederverwendbare) Trägerplattformen ein, in denen nickelhaltige Legierungen verwendet werden.

Bei der Herstellung werden die 3D-Drucktechnik und Nickellegierungen verwendet.

Space-X (von Tesla-Chef Elon Musk gegründet), Blue Origin (eine Gründung von Amazon-Milliardär Jeff Bezos) und das börsennotierte Unternehmen Aerojet Rocketdyne sind nur drei der Unternehmen, die Additive Manufacturing (3D-Druck) nutzen, um kritische Komponenten ihrer nächsten Raketen herzustellen. Der 3D-Druck hat im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden bei der Raketenentwicklung und -herstellung beträchtliche Vorteile, von denen einer darin besteht, dass die Herstellung komplexer Komponenten kostengünstiger wird. Der NASA zufolge ist ein wesentliches Element der Kostenreduzierung die Möglichkeit, die Komponentenzahl zu minimieren. Bei einem Aerojet-Triebwerk erfordert die Herstellung per 3D-Druck nur drei separate Bestandteile, während die Originalversion aus mehr als 100 Teilen bestand. Nickelhaltige Legierungen bieten eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen extreme Hitze

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und Belastung, was in der Raumfahrt besonders wichtig ist.

Space-X (wie bereits in Nickel, Jhrg. 29, Nr. 2, Juli 2014 gemeldet) nutzt den 3D-Druck zur Herstellung seiner Triebwerkskammer.

der nickelhaltigen Legierung MondaloyTM für die Herstellung seiner kritischen VorbrennerTriebwerkskomponente. Aerojet hat erst vor Kurzem die Triebwerkstests zur Validierung des Vorbrenner-Designs, eines kritischen Bestandteils der Turbomaschinerie des Triebwerks, erfolg-

Nickelhaltige Legierungen bieten eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen extreme Hitze und Belastung, was bei der Raumfahrt besonders wichtig ist.

Auf ähnliche Weise baut Blue Origin sein mit Flüssigerdgas betriebenes Raketentriebwerk der nächsten Generation (BE-4) mit der nickelhaltigen Monel® Legierung K-500 (UNS K05500).

Der Additive Printing-Ansatz von Blue Origin setzt diese Legierung bei der Herstellung aller Stufen seiner innovativen Hydraulikturbine ein.

Dazu zählen einige sehr komplexe Triebwerkströmungsgänge. Die Monel® Legierung K-500 besteht in erster Linie aus Nickel (ca. zwei Dritteln) und Kupfer (etwas weniger als einem Drittel) sowie aus kleineren Mengen an Aluminium und Titan. Dadurch wird die Festigkeit mittels eines Ausscheidungshärtungs-Mechanismus erhöht.

Das erste der Blue Origin BE-4-Triebwerke ist jetzt vollständig zusammengebaut. Weitere Triebwerke folgen in Kürze. Letztendlich werden acht dieser Triebwerke für die fast 100 m lange New Glenn-Rakete des Unternehmens kombiniert werden, was die Beförderung von schweren Nutzlasten und Passagieren in den Orbit ermöglichen soll.

Aerojet Rocketdyne, ein weiterer Konkurrent, hat ebenfalls das Jahr 2019 als Starttermin ins Auge gefasst. Aerojet nutzt die 3D-Drucktechnik mit

reich abgeschlossen. Tests des vollständigen Triebwerks sind für die nahe Zukunft geplant.

MondaloyTM wurde von Aerojet Rocketdyne gemeinsam mit dem Air Force Research Laboratory entwickelt und bietet, ähnlich wie Monel, die erforderliche kritische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit.

Blue Origin konkurriert mit Aerojet um den Bau der Triebwerke für die Vulcan. Dieses von der United Launch Alliance (ULA), einem JointVenture von Boeing und Lockheed Martin, entwickelte Raumfahrzeug wird in Zukunft kritische nachrichtendienstliche US-Nutzlasten in den Orbit befördern. Die derzeitige Atlas V-Rakete der ULA wird derzeit noch von russischen Triebwerken angetrieben und wurde bereits mehr als 60 Mal erfolgreich gestartet.

Aufgrund der erfolgreichen bisherigen Tests steht fest, dass der 3D-Druck und nickelhaltige Legierungen für die Zukunft der US-Raumfahrt noch

jahrzehntelang

eine

entscheidende

Bedeutung haben werden.

WIKIMEDIA COMMONS

I

n den letzten Jahren sind die Planungen für den Bau eines würdigen Nachfolgers für das Space Shuttle, also eines kostengünstigen Raumfahrzeugs, ziemlich weit vorangeschritten.

r BE-4-Subskala-Nachttest

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 9

NACHHALTIGE UND UMWELTFREUNDLICHE CHEMIKALIEN MITHILFE INNOVATIVER BIOTECHNOLOGIE Nickel hält alles zusammen

B

ernsteinsäure ist eine Dicarbonsäure mit der chemischen Formel (CH2)2(CO2H)2. Nickelhaltiger Edelstahl spielt bei der Herstellung innovativer „umweltfreundlicher“ Bernsteinsäure, die für niedriglegierten und Kohlenstoffstahl äußerst korrosiv ist, eine wichtige Rolle.

Aus Bernsteinsäure werden viele im Alltag weit verbreitete Produkte hergestellt, darunter Polyurethane, Lacke und Beschichtungen, Klebstoffe, Dichtungsmittel, Kunstleder, Nahrungsmittel- und Geschmackszusatzstoffe, Kosmetika und Körperpflegeprodukte, biologisch abbaubaure Kunststoffe, Nylonstoffe, industrielle Schmiermittel, pthalatfreie Weichmacher, Farbstoffe und Pigmente sowie pharmazeutische Wirkstoffe. Viele von uns wissen nicht, dass die beim Kochen unserer Lieblingsgerichte verwendeten Geschmacksstoffe oft Biobernsteinsäure enthalten. In Wein und alkoholfreien Getränken hilft Bernsteinsäure, den Säuregehalt zu reduzieren. Als Zusatzstoff in Kosmetika und Cremes macht Bernsteinsäure die Haut geschmeidig.

Traditionell wird Bernsteinsäure aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Unternehmen wie die Myriant Corporation in den USA, Reverdia V.O.F in den Niederlanden (ein Joint-Venture

von Roquette und DSM), die Succinity GmbH in Deutschland (Joint-Venture von BASF und Corbion N.V) und BioAmber mit Hauptsitz im kanadischen Montreal haben aber in letzter Zeit innovative, umweltfreundliche Lösungen entwickelt. Diese nachhaltigen und proprietären industriellen Biotechnologieprozesse nutzen Gärprozesse, um Zucker in Bernsteinsäure umzuwandeln, und verändern die Branche in aller Welt.

Disruptive Technologie von BioAmber Das Werk von BioAmber, die weltweit größte Produktionsanlage für Biobernsteinsäure, wurde Ende 2015 in Sarnia (Ontario, Kanada) eröffnet. Die Bernsteinsäure wird mithilfe von Zuckern aus erneuerbaren Rohstoffen wie Mais hergestellt. Sie ist von dem aus Erdöl hergestellten chemischen Stoff nicht zu unterscheiden.

Diese disruptive Technologie erzeugt nicht nur Bernsteinsäure als nachhaltigen chemischen

Stoff, sondern eliminiert auch Treibhausgas-(THG)-Emissionen und verbraucht viel weniger Energie als die Produktion auf Erdölbasis. Eine unabhängige Lebenszyklusanalyse zur Beurteilung der gesamten Produktionskette vom Anpflanzen und Ernten von Mais bis zur Aufreinigung der Bernsteinsäure ergab, dass die Netto-THG-Emissionen für den gesamten Prozess gleich Null sind. Im Vergleich dazu werden pro Tonne Bernsteinsäure, die mit dem Erdölverfahren hergestellt wird, 7,1 Tonnen THG emittiert. Bei voller Kapazität wird das Werk Sarnia von BioAmber die THG-Emissionen pro Jahr im Vergleich zum Erdölverfahren um 210.000 Tonnen reduzieren. Dies entspricht 45.000 weniger Autos pro Jahr auf den Straßen. Die Lebenszyklusanalyse hat außerdem nachgewiesen, dass das Verfahren 64 % weniger Strom verbraucht als konventionelle ölbasierte Prozesse.

Disruptive Technologien schaffen Wert, neue Märkte und neue Betriebsparameter. Bayer Material Science hat eine innovative Reihe biobasierter Materialien für Textilien eingeführt, die in den Bereichen Schuhe, Sportbekleidung,

Tabelle 2: In biobasierten Chemiewerken am häufigsten verwendete Edelstahlgüten Gebräuchliche Bezeichnung

UNS

EN

Attribute

304

S30400

1.4301

Gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit gegenüber leicht sauren sowie ätzenden Medien. Mindestfestigkeit etwas höher als bei L-Güten.

304L

S30403

1.4307

Wie oben, doch werden L-Güten für Schweißkonstruktionen bevorzugt. Materialien können in der Regel mit „Dualzertifizierung“ erworben werden, d. h. sie erfüllen die Anforderungen von 304 und von 304L.

316

S31600

1.4401/1.4436

Bessere Korrosionsbeständigkeit als 304, insbesondere unter sauren Bedingungen.

316L

S31603

1.4404/1.4432

Wie oben, doch werden L-Güten für Schweißkonstruktionen bevorzugt. Materialien können in der Regel mit „Dualzertifizierung“ erworben werden, d. h. sie erfüllen die Anforderungen von 316 und von 316L.

Tabelle 3: Spezialedelstähle und Nickellegierungen, die in biobasierten Chemiewerken zum Einsatz kommen Gebräuchliche Bezeichnung

UNS

EN

Attribute

316Ti

S31635

1.4571

Ähnelt hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit 316, höhere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, vor allem in Europa verwendet.

317L

S31703

1.4438

Etwas höhere Korrosionsbeständigkeit als 316L

904L

NO8904

1.4539

Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Schwefelsäure

6 %-Mo-Legierungen

Verschiedene

Verschiedene

Höhere Korrosionsbeständigkeit als Legierungen der Serie 300, insbesondere bei höheren Temperaturen und/oder Anwesenheit von Chloriden.

2101

S32101

1.4162

Eine von mehreren Lean-Duplex-Legierungen mit hoher Festigkeit, für große Tanks geeignet

2205

S32205

1.4462

Duplex-Legierung, höhere Festigkeit und bessere Korrosions- und Erosionsbeständigkeit als Legierungen der Serie 300

2507

S32750

1.4410

Eine von mehreren Superduplex-Legierungen, höhere Korrosionsbeständigkeit als 2205

Legierung C276

C10276

2.4819

Nickelbasierte Legierung, die in extrem korrosiven Umgebungen verwendet wird

Legierung C22

N06022

2.4602

Nickelbasierte Legierung, die in extrem korrosiven Umgebungen verwendet wird

Legierung 20

N08020

2.4460

Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Schwefelsäure

10 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

Nachhaltigkeit und alternative Quellen Während BioAmber sich auf die Nutzung des reichlich vorhandenen, kostengünstigen Zuckers als Rohstoff konzentriert, ist sich das Unternehmen auch der Tatsache bewusst, dass es so nachhaltig wie möglich wirtschaften muss.

Derzeit stammt dieser Zucker aus Mais. Es kann aber auch Zucker aus Rohrzucker, Rüben, Sorghum, Weizen und Maniokwurzeln verwendet werden. Längerfristig hat BioAmber das Ziel ausgerufen, als Alternativen zu herkömmlichen Zuckerarten land- und forstwirtschaftliche sowie industrielle Abfälle zu nutzen.

Das Werk von BioAmber in Kanada ist mit einer Produktionskapazität von 35.000 MT Bernsteinsäure und 23.000 MT 1,4 Butanediol (BDO) derzeit die weltweit größte Biobernsteinsäure-Anlage. Um die rapide steigende weltweite Nachfrage nach Bernsteinsäure und ihren Derivaten zu befriedigen, plant BioAmber den Bau weiterer Werke in Nordamerika mit einer kumulativen Gesamtkapazität von 165.000 Tonnen Bernsteinsäure und 123.000 Tonnen BDO. s Die verschiedenen Prozessstufen sind durch Rohrleitungen aus nickelhaltigem Edelstahl verbunden.

© 2015 BIOAMBER INC.

 Behälter aus nickelhaltigem Edelstahl sorgen für Produktreinheit und lange Lebensdauer.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

Kohlenhydrate statt Kohlenwasserstoffen

B

eim Vergleich von auf fossilen Brennstoffen basierenden organischen Chemikalien mit aus Biomasse hergestellten (bzw. von Chemikalien auf Kohlenwasserstoffbasis mit solchen auf Kohlenhydratbasis) ist der Hauptunterschied der Sauerstoffgehalt der Kohlenhydrate.

Auf fossilen Brennstoffen basierende organische Chemikalien sind relativ träge und nicht reaktiv; ihre Verarbeitung ist nicht besonders korrosiv. Daher eignen sich als grundlegende Verarbeitungsausrüstung oft auch niedriglegierter und Kohlenstoffstahl. Biobasierte Chemikalien jedoch, die auf Wasser basieren, können reaktiv sein, werden leicht abgebaut und bilden Verbindungen wie Essig-, Ameisen- und Milchsäuren mit einer stark korrodierenden Wirkung auf niedriglegierten und Kohlenstoffstahl. Bei der Biomasseverarbeitung unterscheiden sich die Rohmaterialien, Verunreinigungen, Zwischenstoffe und Nebenprodukte von denen bei Kohlenwasserstoffprozessen. Der Großteil der Produktionsausrüstung für organische Chemikalien auf Biobasis muss daher aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen. Nickelhaltige austenitische Edelstahle (in erster Linie die Typen 304, 304L, 316 und 316L) sowie eine ganze Reihe von nickelhaltigen Spezialedelstahlen und gelegentlich auch Legierungen auf Nickelbasis sind für den Korrosionsschutz notwendig. Diese nickelhaltigen Materialien sind für die biobasierte chemische Industrie kosteneffektive und lange vorhaltende Materiallösungen.

BioAmber-Prozess

Maisanbau

Mahlen von Mais

Gärung

Bernsteinsäure

Petroleumprozess

Ölrückgewinnung

Cracken von Rohöl/Naphtha

Butanoxidation

Chemische Umwandlung

Bernsteinsäure

© 2015 BIOAMBER INC.

Automobil und Bekleidung verwendet werden.

Das Ersetzen von petrochemischen Stoffen durch die Bernsteinsäure von BioAmber bedeutet, dass diese umweltfreundlichen Produkte hervorragende Leistungen erbringen und bis zu 65 % aus wiederverwertbaren Teilen bestehen.

© 2015 BIOAMBER INC.

 BioAmber-Werk in Sarnia, Ontario

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 11

FURRER+FREY

r Für alle tragenden Stahlteile, mit denen das ROCS befestigt ist, wurde hochlegierter Edelstahl verwendet, um eine Lebensdauer von 80 Jahren zu erzielen.

Edelstahl unterstützt neues Elektrifizierungssystem im Severn Tunnel Ü

ber einen Zeitraum von sechs Wochen im September und Oktober 2016 installierte Network Rail, das Unternehmen, das für den Großteil des Schienennetzes in Großbritannien zuständig ist, ein innovatives Elektrifizierungssystem für die Bahnstrecke durch den Severn Tunnel. Dieser sieben Kilometer lange und 130 Jahre alte Tunnel verbindet den Westen Englands mit Südwales. Statt herkömmlicher Oberleitungen besteht das System im Tunnel aus einer Aluminiumschiene mit dem elektrifizierten Kontaktdraht, die mit Fallrohren und Auslegerarmen an der Tunneldecke befestigt ist.

Das vom Schweizer Unternehmen Furrer+ Frey hergestellte Rigid Overhead Conductor Rail System (ROCS) ist widerstandsfähiger und effizienter als Oberleitungen und erfordert auch weniger Wartung. Außerdem ist das System kompakter als ein konventionelles, verdrahtetes System und kann in Tunnels mit

12 ANWENDUNGEN VON HEUTE

geringer lichter Höhe installiert werden.

Die Umgebung im Severn Tunnel ist aufgrund des Eindringens von Chloriden aus dem stark salzhaltigen Wasser der Severn-Mündung und Staubablagerungen infolge der den Tunnel passierenden Kohlezüge sehr aggressiv. Aus diesem Grund wurde hochlegierter Edelstahl für alle tragenden Stahlteile verwendet, mit denen das ROCS befestigt ist, um eine Lebensdauer von 80 Jahren bei minimaler Wartung zu erzielen. Tunnels sind von Natur aus schwierige Umgebungen für Bau- und Wartungsarbeiten. Daher sind die zusätzlichen Materialkosten von Edelstahl gut zu rechtfertigen, wenn für das System die Kosten über die gesamte Lebensdauer berücksichtigt werden. Ein Großteil der Kapitalkosten ist natürlich auch auf Lohnund Anlagenkosten zurückzuführen.

M16-Ankerstangenbefestigungen aus super-

austenitischem Edelstahl (UNS N08926/ N08367) stützen die Transformatorzufuhrkabel (bei einem Mittenabstand von 2 m) sowie die Basisplatte/Angströhre für das ROCS (bei einem Mittenabstand von 8,5 m). Die Stangenbefestigungen wurden mit Kunstharzin einer Tiefe von 315 mm im Ziegelwerk des Tunnels verankert. Superduplex-Edelstahl 2507 (UNS S32750) kam für die Basisplatte und Angströhre zum Einsatz, die den Auslegerarm fixiert, sowie für die statischen Freischwinger-Komponenten des Auslegerarms für das ROCS. Austenitischer Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603) wurde im Rahmen des Great Western Electrification Project für die tragenden Stahlteile für das ROCS in fünf weiteren Tunnels mit weniger aggressiven Umgebungen verwendet. Dieses Projekt sieht die Elektrifizierung der Haupteisenbahnstrecke von London nach Südwales vor.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

Mit weichen, magnetischen Ni-Fe-Legierungen unterwegs Verbesserung nachhaltiger Transportlösungen mit Schirmungs- und Sensoranwendungen

M

it der zunehmenden Bedeutung der Elektromobilität und der Nutzung elektrischer Antriebstechnologien (in Verbindung mit einem Anstieg der Zahl elektrischer/digitaler Geräte) ist eine steigende Nachfrage nach effektiven Schirmungsmaterialien sowie Sensoren zu verzeichnen. Nickelhaltige Materialien spielen in diesem immer größeren Anwendungsbereich eine wichtige Rolle.

für Akkumanagementsysteme, um ein Beispiel zu wählen, aufgrund der Sättigungsflussdichte, der hohen Permeabilität und der geringen Koerzitivfeldstärke dieser Materialien aus weichmagnetischen, nickelbasierten Legierungen.

Nickelhaltige Legierungen sind für ihre Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturfestigkeit bekannt. Einige von ihnen haben aber noch mehr zu bieten.

Für Medizin- wie auch Transportanwendungen können Legierungen wie VDM® Magnifer 7904, VDM® Magnifer 36 (UNS K93600) und VDM® Magnifer 50 (UNS K94840) verwendet werden.

Nickel-Eisen-Legierungen bilden die Gruppe der sog. weichmagnetischen Legierungen.

Weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierungen können ganz einfach magnetisiert und entmagnetisiert werden. Ihre magnetischen Eigenschaften, ihre Koerzitivfeldstärke, Durchlässigkeit und Hystereseverluste sind denen von Eisen klar überlegen.

Höherer Nickelgehalt, stärkere Schirmung Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche ist die magnetische Schirmung.

VDM

Elektrische Geräte erzeugen elektromagnetische und magnetische Felder. Diese Felder können interferenzempfindliche Geräte stören.

Um die unerwünschten Felder zu reduzieren, müssen die erzeugenden bzw. empfindlichen Geräte abgeschirmt werden. Der Schirmungseffekt ist das Ergebnis einer Umleitung des unerwünschten magnetischen Flusses mithilfe des Schirmungsmaterials.

Dadurch wird das Feld im abgeschirmten Volumen eliminiert. Die Schirmungseigenschaft eines Materials wird durch den Schirmfaktor s VDM-Schmelzwerk in Unna

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

beschrieben und korreliert mit der sog.

Durchlässigkeit bzw. Permeabilität.

Allgemein gilt: je höher der Nickelgehalt (bis zu 85 % Ni), desto höher der Schirmfaktor. Das geeignete Schirmungsmaterial kann je nach Stärke des unerwünschten magnetischen und elektromagnetischen Felds ausgewählt werden. Legierungen mit einem Nickelanteil von ca. 80 % bieten die höchste magnetische Permeabilität. Weichmagnetische Legierungen wie VDM® Magnifer 7904 (UNS N14080) mit mehr als 75 % Ni sind die Schirmungsmaterialien mit der höchsten Permeabilität.

Typische Schirmungsanwendungen von NickelEisen-Legierungen sind z. B. Tonaufnahmeköpfe, Mikrofone, Sensoren und Elektronenstrahlröhren. Manchmal werden diese Nickelmaterialien auch zur Verkleidung kompletter Untersuchungsräume mit hochempfindlichen Messgeräten in Krankenhäusern eingesetzt.

Fertigung unter dem Aspekt der gewünschten Eigenschaften Um gute weichmagnetische Eigenschaften zu erhalten, muss sehr reines Material hergestellt werden, vom Schmelzen in Luft bis zur Vakuumbehandlung oder zum Vakuumschmelzen. Weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierungen sind als feste Bauteile (Schmiedeteile, Stangen, Platten, Bänder und Bleche) sowie als Dünnschichten oder Drähte verfügbar. Die Ni-Fe-Legierungen müssen abschließend ausgeglüht werden. Erst nach dem letzten Glühen treten die weichmagnetischen Eigenschaften im Fertigungsprozess zum ersten Mal zutage.

Die Herausforderung besteht darin, das Knowhow und die Erfahrungen aus bestimmten Branchen auf den Transportsektor zu übertragen.

Die gewünschten magnetischen Eigenschaften der Nickel-Eisen-Legierungen können durch Legierungsmodifizierungen sowie die Anpassung der Glühverfahren den Anforderungen spezifischer Anwendungen angepasst werden.

Wachsende Anforderungen an Sensoren Mit der zunehmenden Elektromobilität nehmen auch die Anforderungen an Sensoren zu.

So bestehen die gegenwärtigen Messsensoren

Daher werden weichmagnetische Nickel-EisenLegierungen bei der Implementierung nachhaltiger und klimafreundlicher Transportsysteme in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. s Aus Nickel-Eisen-Legierungen hergestellte Bänder

ANWENDUNGEN VON HEUTE 13

NICKELPLATTIERTER STAHL Verstopfte Leitungen verhindern

I

Besserer Innenschutz Mikroaufnahmen der Kraftstoffleitungen des Fahrzeugs zeigten, dass die Leitungen durch starke Korrosion verstopft wurden. Dadurch wurde der Motor nicht mehr mit ausreichend Kraftstoff versorgt. Kraftstoffleitungen für Autos mit Benzinmotoren wurden traditionell aus standardmäßigem Kohlenstoffstahl hergestellt.

OEM konzentrierten sich zum Schutz vor Korrosion durch Salz und mechanischen Beschädigungen durch Rollsplit auf externe Leitungsbeschichtungen.

Den Innenflächen wurde erst mit dem zunehmenden Gebrauch von mit Alkohol (Ethanol) versetzten Kraftstoffen die gleiche

UNS-Details UNS

Aufmerksamkeit zuteil. Diese hygroskopischen Kraftstoffe können auf das Innere einer Kraftstoffleitung ausgesprochen korrodierend wirken, was zu einem allgemeinen Ausfall der Anlage führen kann.

TATA STEEL

nnovationen beginnen oft mit einer frustrierenden Erfahrung. In diesem Fall hatte das Auto einer Führungskraft eines großen Erstausrüsters (Original Equipment Manufacturer OEM) unterwegs eine Panne, weil die gesamte Kraftstoffanlage ausfiel. Das Gute daran? Es war die Geburtsstunde einer neuen Kraftstoffleitungs-Anwendung unter Verwendung von nickelplattiertem Stahl.

r Aus nickelplattiertem Stahl hergestellte Komponenten von Kraftstoffleitungen

geformt und verschweißt wird, fließt der geschmolzene Nickel über die Schweißraupe und verschließt sie, sodass eine beschichtete Innenfläche und eine Schutzbarriere gegen Korrosion entstehen.

Wachsende Nachfrage durch Erstausrüster Mit der zunehmenden Verwendung von mit Ethanol versetzten Kraftstoffen wird von Leitungsherstellern immer mehr nickelplattierter Stahl verlangt, weil dieser hervorragende physische Eigenschaften aufweist. Nickel schmilzt bei ungefähr der gleichen Temperatur wie Stahl. Wenn eine nickelplattierte Stahlplatte zu einer Rohrleitung

Mit der Weiterentwicklung der Kraftstoffgemische hat sich nickelplattierter Stahl als effektives Material für innovative Automobilanwendungen erwiesen.

Chemische Zusammensetzungen (in Gewichtsprozent) der in dieser Ausgabe des Nickel Magazine erwähnten nickelhaltigen Legierungen und rostfreien Edelstähle

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

Ti

W

Al

S30400 S. 6, 7, 10, 11

0,08 max

-

18,020,0

-

Rest

2,00 max

-

0,10 max

8,010,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

-

-

-

S30403 S. 2, 10, 11

0,03 max

-

18,020,0

-

Rest

2,00 max

-

0,10 max

8,012,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

-

-

-

S31600 S. 10, 11

0,08 mas

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max,

-

0,10 max

10,014,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

-

-

-

S31603 S. 2, 7, 10, 11, 12

0,03 max

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max

2,003,00

0,10 max

10,014,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

-

-

-

S31635 S. 10

0,08 max

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max

2,003,00

-

10,014,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

5x(C+N) min 0,70 max

-

-

S31703 S. 10

0,03 max

-

18,0 20,0

-

Rest

2,00 max

3,004,00

-

11,015,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

-

-

-

S32101 S. 10

0,04 max

-

21,022,0

0,100,80

Rest

4,006,00

0,100,80

0,200,25

1,35,70

0,040 max

0,030 max

1,00 max

-

-

-

S32205 S. 10

0,030 max

-

22,023,0

-

Rest

2,00 max

3,003,50

0,140,20

4,506,50

0,030 max

0,020 max,

1,00 max

-

S32750 S. 4, 10, 12

0,030 max

-

24,026,0

0,50 max

Rest

1,20 max

3,35,0

0,240,32

6,08,0

0,35 max

0,020 max

0,80 max

-

-

-

N08904 S. 10

0,020 max

-

19,023,0

1,002,00

Rest

2,00 max

4,005,00

-

23,028,0

0,045 max

0,035 max

1,00 max

-

-

-

N08926 S. 12

0,020 max

-

19,021,0

0,501,50

Rest

2,00 max

6,007,00

0,150,25

24,026,0

0,030 max

0,010 max

0,50 max

-

-

-

N08020 S. 10

0,07 max

-

19,021,0

3,004,00

Rest

2,00 max

2,003,00

-

32,038,0

0,045 max

0,035 max

1,00 max

-

-

-

N08367 S. 5, 12

0,030 max

-

20,022,0

0,75 max

Rest

2,00 max

6,07,0

0,180,25

23,525,5

0,040 max

0,030 max

1,00 max

-

-

-

N10276 S. 5, 10

0,01 max

2,5 max

14,516,5

-

4,07,0

1,0 max

15,017,0

-

Rest

0,025 max

0,010 max

0,08 max

-

3,04,5

-

N06022 S. 10

0,01 max

2,5 max

20,022,5

-

2,06,0

0,50 max

12,514,5

-

Rest

0,02 max

0,02 max

0,08 max

-

2,53,5

-

N06059 S. 5

0,01 max

0,3 max

22,024,0

-

1,5 max

0,5 max

15,016,5

-

Rest

0,015 max

0,005 max

0,10 max

-

-

0,10,4

N05500 S. 9

0,25 max

-

-

27,033,0

2,0 max

1,5 max

-

-

Rest

-

0,01 max

0,5 max

0,350,85

-

2,303,15

N01555 S. 15

0,005 max

0,005 max

0,005 max

0,005 max

0,005 max

-

-

0,025 max

5457

-

-

-

Rest

-

-

K93600 S. 13

0,10 max

1 max

0,50 max

-

Rest

0,60 max

0,50 max

-

3538

0,025 max

0,025 max

0,35 max

-

-

-

K94840 S. 13

0,05 max

0,50 max

0,30 max

0,30 max

Rest

0,80 max

0,30 max

-

4749

0,03 max

0,01 max

0,50 max

-

-

-

N14080 S. 13

0,05 max

0,50 max

0,30 max

0,30 max

Rest

0,80 max

3,56,0

-

79,082,0

0,02 max

0,01 max

0,50 max

-

-

-

14 ANWENDUNGEN VON HEUTE

-

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

WIKIMEDICOMMONS

Wie die einzigartigen Eigenschaften von Nitinol die neue Abwärmetechnologie mitbestimmen

MIT NITINOL WANDELT ENERGIEEFFIZIENTER MOTOR ABWÄRME IN ELEKTRIZITÄT UM E

in neuer, energieeffizienter Motor, der aus heißem Abwasser Elektrizität erzeugt, könnte sowohl den Kohlendioxid-Ausstoß als auch den Energieverbrauch im Transportsektor sowie in vielen anderen Bereichen reduzieren.

Bei dieser Anwendung werden die Formgedächtniseigenschaften von Nitinol (UNS N01555) genutzt, einer Nickel-Titan-Legierung, die von Exergyn in Dublin entwickelt wird.

Darüber hinaus ist die Technologie für Schifffahrtsanwendungen völlig sicher, weil keine gefährlichen Flüssigkeiten austreten können und der Arbeitsdruck gering ist.

Laut Mike Langan, Fertigungsmanagementleiter bei Exergyn, wird „die Technologie die Wiedergewinnung von niederwertiger Abwärme1 zum ersten Mal kosteneffektiv machen.“

Exergyn hat das Ziel, ein Produkt zu liefern, das mit einem LCOE2-Wert (Levelised Cost Of Electricity) von 0,045 €/kWh oder weniger eine der kostengünstigsten Stromerzeugungsmethoden darstellt.

Langan zufolge kann die Technologie Schiffseigentümern zu Effizienzsteigerungen und Emissionsreduzierungen verhelfen, damit sie die immer strengeren Vorschriften erfüllen.

Die International Maritime Organisation (IMO) hat einen Anstieg der Schiffsemissionen um 250 % prognostiziert, falls keine Schritte zur Verbesserung der Effizienz von Motoren unternommen werden.

EXERGYN DRIVE™

Exergyn erhielt Fördermittel aus dem Horizon 2020-Fonds der Europäischen Kommission im Wert von 2,5 Mio. Euro, um das Produkt auf den Markt zu bringen. Die Praxistests werden später in diesem Jahr beginnen.

Tests für den Transportsektor sind für 2019 vorgesehen. Weitere 6000 Teststunden für das gesamte System sind ebenfalls in Planung.

A

ls Metalllegierung aus Nickel und Titan bietet Nitinol einzigartige Eigenschaften wie Formgedächtnis und Superelastizität. Seine Kerneigenschaft besteht darin, dass das Material verbogen werden kann und wieder seine ursprüngliche Form annimmt, wenn es auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Weil sich Nitinol nach dem Abkühlen ausdehnt, ist es ideal für die neue Technologie geeignet.

Ein Bündel von einen Meter langen Nitinoldrähten wird mit einem Kolben verbunden.

Dann werden die Drähte alle zehn Sekunden abwechselnd mit kaltem und heißem Wasser gespült. Der Kolben wird durch diese schnelle Expansion und Kontraktion um ca. vier Zentimeter angetrieben. Eine verbundene Hydraulikanlage treibt dann einen Generator an.

Die meisten derzeitigen Anwendungen für Nitinol, z. B. Medizinprodukte, erfordern nur kleine Mengen des Materials.

Die neue Technologie könnte die erste Anwendung von Nitinol im industriellen Maßstab sein. Jede Einheit würde mehrere Kilogramm dieser FormgedächtnisLegierung enthalten.

N I C K E L MAGAZINE ONLINE

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ELEKTRIZITÄT 1. Niederwertige Abwärme wird definiert als Wasser mit einer Temperatur von unter <120 ºC. In der Regel beträgt die Temperatur 80-95 ºC. Die meisten Stromerzeuger nutzen ihre niederwertige Abwärme nicht.

2. Levelised Cost Of Electricity (LCOE) oder Levelised Energy Cost (LEC) gibt den vorliegenden Nettowert der Einheitskosten von Elektrizität während der Lebenszeit eines stromerzeugenden Vermögenswerts an. Dieser Wert dient oft als Näherungswert für den Durchschnittspreis, den der stromerzeugende Vermögenswert auf dem Markt erzielen muss, um über seine Lebenszeit hinweg rentabel zu sein.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 2, 2017

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ANWENDUNGEN VON HEUTE 15

Die Nickel-Version des

BROMPTON BIKE

Ein glanzvolles Beispiel dafür, wie die Form der Funktion folgt

A

ls Andre Ritchie 1975 in seiner Wohnung im Londoner Stadtteil South Kensington mit der Entwicklung eines Faltrads begann, wollte er ein besseres und schöneres Modell kreieren als das klobige und umständliche Faltrad, das er gerade ausprobiert hatte und das nur auf die halbe Größe zusammengelegt werden konnte.

Die Nickel-Version ist eindeutig das schönste Modell in Bromptons Angebot. Die Fahrrad ist mit poliertem, 50 Mikrometer starkem Nickel mit hohem Phosphorgehalt chemisch vernickelt, wodurch eine satte, reflektierende Oberfläche entsteht. Es bietet die bisher fortschrittlichste Oberflächenbearbeitung eines Brompton-Rades sowie eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit, wie sie in der r Die Nickel-Version des Brompton Regel Bergbau- und Tiefseebohrausrüstungen vorbehalten ist. s Faltrad: Kette und Schaltelemente befinden sich in der Mitte des Das Brompton-Rad, von dem jährlich über 45.000 Exemplare produziert werden, gefalteten Rads und werden somit von Kleidung und Gepäck kann sich wirklich sehen lassen! ferngehalten.

Unten links: Jedes Fahrrad wird von einem erfahrenen Mechaniker handgelötet und montiert. Der Mitarbeiter stanzt auf den von ihm gefertigten Fahrradteilen seine persönliche Unterschrift ein.

BROMPTON BICYCLE LTD.

Das auf einem ausgeklügelten Konzept basierende, ausgesprochen attraktive Fahrrad kann zu einer effektiven Kompakteinheit zusammengefaltet werden, die leicht getragen, gezogen oder verstaut werden kann.

BROMPTON BICYCLE LTD.

Sein erstes Brompton-Fahrrad musste mit zahlreichen Herausforderungen zurechtkommen. Nach 25 Jahren Verfeinerungen und konstanten Verbesserungen ist Brompton Bicycle Ltd. jetzt der größte Fahrradhersteller Großbritanniens.