2019年 第34号 第1巻

MAGAZINE

NICKEL

ニッケルとそ の 用 途 に 関 する専 門 誌 2019年 第34号 第1巻

ニッケルは 偉大な名脇役 ニッケル鋼の 技術者用手引書

ガリソン横断橋： ステンレス鋼が地域をつなぐ

フォーミュラ E 用 長時間蓄電池

BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS GROUP

ケーススタディ15 モナコ拡張プロジェクト 世界で二番目に小さく最も人口密度の高い主権国家であるモナコ公国は、23 億ドルをかけて市街地を海側に 6 ヘクタール広げるという意欲的かつ環境に BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS GROUP

も配慮したオフショア拡張プロジェクトに取り組んでいます。 仏 建 設 会 社 B o u y g u e s Tr a v a u x

仏・西会社である SENDIN 社はマルセ

Publics 社が開発する海上インフラ イユ港の建設用浮きドック（船渠）で の建設は水中部分の工事が現在進 組み立てる巨大なケーソンに 4 千ｔ 行中で2020 年までには完工の見込 みです。Anse du Portier（英語では Portier Cove として有名）は海岸沿い の景観に自然になじむように作られて

4 千ｔ以上のステンレス鉄筋が使用さ れたケーソン（潜函）とその組立用浮 きドック（船渠）

おり、海岸近くの水流を妨げないよう に工夫されています。 海底をさらった後、コンクリートを充

を超えるステンレス鉄筋を使用して います。海 水の 塩 化 物に対 する高 耐食性、耐久性、先々の高メンテナ ンス費 用の回避といった理 由で 選 ばれた 2304 系 (UNS S32304) の直 径 12 mｍ ならびに 14 ｍｍ の二相ス テンレス鋼が使用されましたが、その 供給元は Roldan-Acerinox グループ

填したケーソン（潜函）と呼ばれる箱 です。 BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS GROUP

体を 18 体使って建設される護岸を支

2025 年に完 成予定の新しい地区 えるため、砕石を敷き詰めます。ケー Anse du Porter には、眺望のよい公園、 ソンひとつの大きさは長さ 30 ｍ、高 海沿いの遊歩道やマリーナがシンボ さ 24 ｍ 、重量は 1 万ｔもあり、 マルセ

ル的に造成されますが、最終的には

イユからモナコまで船で牽引されて 1 千 世帯を収容できるマンションや戸 来ます。 2 | 2019年 第34号 第1巻

建も建設されます。

編集者記： 『名脇役』 生活と物事を可能にするニッケル

BRUCE WOOD, USDA-ARS, BYRON, GA

ニッケルは単独で役目を果たすことはめったにありませんが、様々な形をして脇 役としての活躍には目覚ましいものがあります。時には目立ちながら、時にはさり げなく、でもいつでも技術やプロセスや製品を輝かせています。 その役割は「すべて自然」です。ニッケ ルが出来ることは全部その本来の特 性によるもので、それにはあまり知られ ていない微量栄養素（ミネラル）という 役割もあります。 ニッケルが必要不可欠であるというこ とは周知の事実ではありません。ニッ ケル含有肥料には作物に対して特定の 用途があるということも知られていま せん。同様に、ニッケル水素電池やニ 元気に成長している枝葉とニッケルが カド電池も「リチウム」によって世論で 補充されなかったものとの明確な差 は影が薄くなっていますが、現代のエ ネルギー貯蔵分野で支配的となってい るリチウム系電池の画期的な成功においても、ニッケルがその中心的役割を果た しているということはほとんど理解されていません。 小さくて目に見えない例としてはジェットエンジン用の耐熱および消音機能を持 ったニッケル超合金の発泡防音断熱材で、これは航空機の騒音到達範囲を狭め ることで空港周辺の人々の生活をずっと住みやすいものにしています。

L NG 貯蔵といった極低温 用途と 造船用の 9 % ニッケル含有鋼

また至る所で見かけるニッケル含有ステンレス鋼でも新しい用途が発見されてお り、それにより機械装置や製造工程の効率が高まり、耐用年数も伸びています。 したがって本号では「ステンレス鋼」ではないニッケル含有合金鋼に焦点を当て ました。総じて言えることは、それらは数多くのエンジニアリング技術に不可欠だ ということです。その際立った特徴と様々な用途の例をご紹介します。 ニッケルには多くの役割があります。強くて延性があります。導電性があり、磁力 はある場合もない場合も。高温もしくは低温あるいはその両方も。固体、溶体、も しくは合金形状でも。そして生活に必要不可欠。主役は現れては消えますが、この 『名脇役』の多くの優れた素質と役割はずっと生き続けます。 クレア・リチャードソン ニッケル誌 編集者 2019年 第34号 第1巻 | 3

02

ケーススタディ15 モナコ拡張プロジェクト

03

編集者記 ニッケルは『名脇役』

04

ニッケル・ニュース

06

ガリソン横断橋

NICKEL ニ ッ ケ

ル ・ ニ

NOTABLES

目次

ュ ー ス

ステンレス鋼が地域をつなぐ

08

ニッケル含有鋼 ニッケルは隠し味

12

薬品とワクチンとステンレス鋼 単回使用のバイオリアクタ

14

フォーミュラEレーシングカー 長時間走行の車載電池

15

新刊書

15

UNS番号

16

巨大ヘラジカ

お静かに 航空機のエンジンが出す轟音を軽減すべく開発されたのが超合金発泡体です。 A*STAR のチームは通常のポリマー発砲体を雛形として使用し、耐熱性と消音 機能を持つ超合金の金属発泡体（発泡金属）を製造しました。研究者はまずポ リマー発泡体をニッケル基の超合金のスラリー（懸濁液）でコーティングし、次 いでそのポリマーを焼き払うことで、元のポリマーと同じ構造を持つ連続気泡の 金属発泡体だけを残しました。こうした金属発泡体の音響特性を検査した結果、 細孔が小さければ小さいほど音波が材料を通過する経路はより長くそして難しく なることが判明しました。さらに熱音響効果（熱伝導・粘性効果）として知られる 現象ですが、音響エネルギーを熱に変換することで材料が音響エネルギーを減 衰させる時間がより長くなることも分かりました。

ノルウェイのストレルゲン

Nickel Magazine はニッケル協会が発行しています。 www.nickelinstitute.org Dr. Hudson Bates（会長） Clare Richardson (編集発行人) communications@nickelinstitute.org

デザイン: Constructive Communications 本誌は読者への一般情報提供を目的としており、 しかるべき助 言を確保せずして、如何なる特定の目的あるいは用途のため に使用もしくは依拠されるべきではない。本誌は専門的に見 て正確であると信じられるものではあるが、ニッケル協会とそ の会員、 スタッフおよびコンサルタントはあらゆる一般的なも しくは特定の目的のための適合性について何ら表明もしくは 保証するものではなく、 また本誌に示されている情報に関して 如何なる種類の義務もしくは責任を負うものではない。ISSN 0829-8351 印刷：Hayes Print Group (カナダ)、 再生紙使用 画像出典： 表紙： Shutterstock©Wojciech Wrzesien pg 3 Shutterstock.com©Alexyz3d pg 8 iStockPhoto.com©Bet_Noire pg 9 iStockPhoto.com©umenie pg 11 iStockPhoto.com©mypokcik, iStockPhoto. com©antpkr pg 16 Shutterstock©mariusz.ks 注：2018年 第33号 第3巻の10頁 図1の訂正版はオンライン で閲覧可

4 | 2019年 第34号 第1巻

© 2018 SINGAPORE INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

寄稿者：Gary Coates, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Nigel Ward, Odette Ziezold

光るアイデア 福島市に程近い日本の小さな町、浪江町では自動車メーカーの日産と 4R エ ナジーという日産の系列会社が、使用済みの電気自動車用電池を太陽電池 式街灯に再利用しています。これはニッケル、 マンガン、コバルト、リチウムを 多く含む電気自動車用電池をリサイクルする革新的方法として着想されました。 このプロジェクトは『The Reborn Light（生まれ変わった外灯）』と名付けら NISSANʼS REBORN LIGHT PROJECT

れ、2011 年に地震と津波で壊滅した地区における復興事業の一環として、住 民に公共照明を提供しています。この新しいタイプの街灯は太陽光パネルと 日産の電気自動車「リーフ」の使用済み電池を組み合わせて電源としています。 この町の復興の一環として素晴らしいデザインの独立型街灯は送電線でつな がっていない地域に電力を供給しているのです。

わずかなニッケルで より成長 今後、気候変動に対応した解決策がより一層重要となるでしょう。米国南部 に生息しているペカンナッツの木は春季の低温と気温上昇の遅れのため、枝 葉の成長期にミミナグサが繁茂するという状況になっています。これはニッケ

米国航 空宇宙局 ( N A S A ) は火 星 探 査機「オポチュニティ」の寿命が尽き たと 2019 年 2 月 13 日に正 式に発 表しましたが、苛酷な状況での思いが けない長耐用寿命という事実は記憶 に残ることでしょう。この火星探査機 は 2004 年に「オピー」という愛称で 配備されてから 14 年間に渡って測定 を行いました。太陽光パネルを装備し、 リチウムイオン電池で余剰エネルギー を蓄えて、電力が必要なピーク時に役 立てました。同探査機がうまく働き続 けていたこともあり、リチウムイオン電 池時代の初期はその化学組成を大き く変えることはありませんでした。オポ チュニティ搭載のニッケル・コバルト酸 化物 (NCO) リチウムイオン電池の化 学組成は、2018 年 11 月に開始された 「インサイト」によるミッションのため にニッケル・コバルト・アルミ (NCA) に 改良されました。この化学組成に基づ くリチウムイオン電池はより性能が向 上しています。

ルが欠乏した結果、丸まった若葉の先、小さい葉や若葉、発育不全の木の組 織、発育不良の根茎、遅い発芽、そして若葉の先が壊死という症状となり、代 わりにミミナグサが繁茂します。その原因は土壌温度が低いと元気な枝葉に とって必要なニッケルの吸収が制限されてしまうからです。何かいい方法は？ ペカンナッツは成長にそれほど大量のニッケルを必要とする訳ではないので 土壌温度を毎年モニターし、必要に応じニッケルの葉面散布を行うことでこう した問題を防ぐことが出来ます。

NASA/JPL/CORNELL UNIVERSITY

THOMASCOUNTYAG.COM

火星でも長寿命

NICKEL,2019年 VOL. 34, 第34号 NO. 1,第1巻 2019 | 5

ガリソン横断橋： 地域をつなぐステンレス鋼 カ ナダのトロント市 中 心 部 の 繁 華 街 の すぐ 西 側 に あ る 17. 4 ヘクター ル の For t York 歴 史地区は活 気に満ちた街の中にある静かなオアシスで す。この小さな町が York という名前だった 1793 年に始まり、駐屯部隊が配 PEDELTA, AERIAL VIEW RENDER

備され港を防 御する務めを果たしてきました。ここは今では観 光 名所です が、Garrison Commons として知られる緑地は町の住民にとても人気があります。 しかし、歩行者や自転車がここに来るには主要鉄道の二線路を横断する交通量 の多い道路橋を渡らなければなりませんでした。 今 や「 ガ リソ ン 横 断 橋 」として 知

脚用の規格がなく、管轄省庁にこの設

ら れ る 二 か 所 の 歩 行 者・自 転 車

計が安全かつ低コストであることを納

用の 橋 の 建 設 はコンペ が 行 わ

得してもらわなければなりませんでし

れ、Dufferin Construction 社が率い

た。いくつかのアイデアをうまく組み合

る共同企 業体が受注しました。革新

わせ、すべての関係者が高次元で協力

的な国際的エンジニアリング会社であ する必要もありました。米国鉄鋼構造 る Pedelta Structural Engineers 社が 物学会 (AISC) が 2013 年に構造用ステ

北 米にある他の歩道 橋 が構 造 物 の一部にステンレス鋼を使ったり、 多くの高速道路橋ではコンクリート にステンレス 鉄 筋を使ったりして いますが、すべてがステンレス 鋼 製の橋梁というのはガリソン横断 橋が初めてです。 ニッケル含有の 2205 系二相ステン レス鋼が凍結防止塩に対する高耐食 性があるという理由で選ばれてい ます。

北米では初めて、すべてがステンレス ンレス鋼設計ガイドラインを発表しま 鋼製の橋を考案しました。二相合金 したが、そこには欧州規格も盛り込ま の 2205系 (UNS S32205) が選ばれま

れ、さらに詳しいガイドラインも追加さ

したが、その理由は寒い気候に必要な

れました。

高強度とその他の構造的な特性に加

橋 の 組 立 は もち ろ ん 非 常 に 重 要

えて、凍結防止塩に対する高耐食性が

な 部 分で、そ の 作 業 は 地 元 企 業 の

あるためでした。長期の耐用年数を通

Mariani Metal Fabricators 社に託され

して塗装の必要がなく維持費用も低く ました。Mariani 社はこれまでワシント 済みます。Pedelta 社の社長であり、こ ン D.C. 近郊にある空軍記念館といった のプロジェクトの筆頭デザイナーであ 目を見張るほど素晴らしいステンレス る Juan Sobrino 氏はこう説明しています。 鋼の組立工事を行っています。以前に 「私は欧州で多くの橋にステンレス鋼 も二相ステンレス鋼の組立はしています を使っており、ガリソン横断橋プロジェ

が、今回は 2205 系をおよそ 350 ｔ も使

クトの構造材にそれをどのように使用す うため同社としても二相ステンレス鋼組 べきか熟知していました。」それでもい

立の経験上最大の工事でした。同社の

くつかの克服すべき課題がありました。 社長で創業者でもある Vince Mariani 北米にはステンレス鋼を対象とした橋 6 | 2019年 第34号 第1巻

氏は次のように語ります。

MARIANI METAL FABRICATORS

PEDELTA, INTERIOR VIEW RENDER

「この仕事は難しいが、やりがいがある ズ研磨が施されています。手すりです ことをよく分かっていました。課題は特

ら 2205 系が使われています。

別な板材の厚さと公差であり、加工工

橋は既に架けられており、最終仕上げ

左：アーティストによる完成した橋の 印象

場と現場を清潔にすることや、とりわ も施されています。これはもはや単なる

上：Mariani Metal Fabricators 社が組 立てた橋梁のひとつ

け溶接する際の特別な要件でした。」 橋梁ではなく、持続可能で環境にやさ

下：手すりを付けて完成する前の橋梁

鋼材の表面仕上げが決定的に重要と しく、そして長く続く地域をつなげるた

E.S. FOX LIMITED

いうことですべての部材はガラスビー めのひとつの手段なのです。

2019年 第34号 第1巻 | 7

丈夫、堅く、強い ニッケル含有合金鋼は 多様な用途に対応 ニッケル生産のほとんどはステンレス鋼向けです。しかしながら 8 % の割合は特 殊で重要な用途に必要な特質を出すため合金鋼の生産に使用されます。 合金鋼は広範囲の鋼ベースの素材を 含みます。ニッケルの 含有量はある 合 金鋼では極めて低い 0.3 % 以下か らマルエージング鋼（ 超 硬 度 鋼 ）で は 20 % まで多く含まれます。各々の合 金は通常の炭素鋼に比べより高い強 度、堅さ、耐摩耗性または強靭性のいく つかの組み合わせを考慮して製造され ます。

硬化性低合金鋼 硬化性低合金鋼は通常の炭素鋼に比 べ優れた機械的特性を持つ鉄鋼素材 の分類に属します。この特性はニッケル、 クロム、モリブデンといった添加合金 成分を加え、その後焼き入れ（急速冷 却）および焼き戻しをすることで得ら れます。これらの添加成分は焼き入れ 前にオーステナイト中に溶解されると 硬化性（焼き入れ性）を高めます。ニッ ケルはクロムおよびモリブデンの硬化 効果を補い、焼き入れおよび焼き戻し の熱処理により得られる硬化マルテン サイト結晶構造に強靭性をもたらすの に重要です。下記表を参照。

MILWAUKEESHEARBLADE

これらは動力を伝えたり、また金属の 形成あるいは切削したりする装置に広 硬化性低合金鋼はクランクシャフト、 く使用され、また低温度で強靭性が著 ギアならびに航空機着陸装置に使用 しく低下する炭素鋼に代わって使用され されます－ すべてニッケル成分の恩 ます。単純化するとニッケル合金鋼は 恵を受けています。 特定の最終用途別に特性を持ついくつ かのタイプに分類されます。ニッケル 工具鋼 合金鋼は、産業が工具あるいは機械の 工具鋼とは超硬性、耐摩耗性を持つ様 製造をする上で使用する製造用工具 々な鋼を意味し、用途としてはダイス ならびに機械に欠かせないものです。（プレス加工または押し出し加工）、切 工具鋼 － 空気焼き入れ鋼の剪断刃 削あるいは剪断、鋳 型製 造、または 9 ページの表参照。

AISI 4340 鋼の焼きなまし、焼き入れおよび焼き戻し状態での典型的な機械的 数値と AISI 1045 炭素鋼との比較

8 | 2019年 第34号 第1巻

径75MM 丸棒

降伏強度 メガパスカル (ｷﾛﾎﾟﾝﾄﾞ/平方ｲﾝﾁ)

抗張力 メガパスカル (ｷﾛﾎﾟﾝﾄﾞ/平方ｲﾝﾁ)

伸長強度 %

AISI 4340 焼きなまし

588 (86)

752 (110)

21

AISI 4340 ASTM A434 クラス BD

847 (124)

963 (141)

18

AISI 1045 焼きならし

410 (60)

629 (92)

22

ハンマー（個人用または工業用）など

高強度低合金鋼（対候性鋼） の打撃系工具などを意味します。この この鋼の細かな結晶粒組織により通常 熱処理は硬化性低合金鋼と同様です。 の炭素鋼に比べ強度が増します。この 細かな結晶粒は変態温度を変えるこ 空気硬化工具鋼は急速水冷却焼き入 とでオーステナイトからフェライトおよ れにより起こるねじれを減らし、耐摩 びパーライトへの変態が空冷過程にお 耗性と強靭性を程よいバランスで有し いて、より低温で起きるようになります。 ています。 高強度低合金鋼は概して低い炭素レ 低炭素鋼であるプラスチック成型用工 ベルでは、シリコン、銅、ニッケルおよ 具鋼は低炭素鋼を浸炭硬化させた後、 びリンなどの成分はきめ細かいパーラ 更に表面を超硬させる焼き入れを行う イト構造に効果的です。

ニッケル 18 ％ 含有のマルエージン グ鋼は航空機着陸装置に必要な 衝撃疲労強度が備わっています。

もので射出成型鋳型および鋳物用のダ クロム、銅ならびにニッケルを添加する ことにより鋼本体に付着する安定した イキャストに最適です。 主要ニッケル含有合金鋼の典型的な化学組成 鋼種

炭素

ﾆｯｹﾙ

ｸﾛﾑ

鉄

その他

AISI 4340 (G43400)

0.4

1.8

0.8

bal

Mo

トランスミッションギア、シャフト、航空機着陸装置

AISI 4320H (H43200)

0.2

1.8

0.5

bal

Mo

耐摩耗のため表面硬化されているが強靭な核を持つギア、 ピニオン歯車

AR450

0.26

0.70

1.0

bal

Mo

物を滑らせて移動させるシュート装置、ダンプ車の荷台部 分、暖炉の火床、防弾用の耐摩耗鋼板

工具鋼 空気焼き入れ

A9 (T30109)

0.5

1.5

5.0

bal

Mo, V

工具鋼 プラスチック成型

P6 (T51606)

0.1

3.5

1.5

bal

高強度低合金鋼 「対候性鋼」

A588 Gr C (K11538)

0.1

0.35

0.5

bal

ニッケル鋼

9% Nickel steel (K81340)

0.13

9.0

-

bal

マルエージング鋼

Maraging 300 (K93120)

0.03

18.5

-

bal

硬化性低合金鋼

品種

用途

引き抜きおよび成型ダイス、剪断刃 亜鉛ダイキャストおよびプラスチック射出成型ダイス

Cr, Cu, V

通常の炭素鋼に比べ重量当たりの強度が高く、大気耐食 性が強いため橋梁建設に使用される LNG 貯蔵など低温下用

Co, Mo, Al, Ti

ロケットモータのクランク室、機体、伝導軸、航空機着陸 装置、射出成形金型、ダイス

2019年 第34号 第1巻 | 9

さび層が出来ますがこれは通常の構

きました。これはオーステナイト系ステ

造用鋼に生じるさび層に比べはるかに ンレス鋼の代わりに、－196 ℃までの

マルエージング鋼の優れた特性をま とめると下記のようになります。

多孔性が低いもので、その結果、耐腐

超低温での強さと信頼性の高い破壊

食性がありコーテイングなしでの使用

靭性により選ばれています。

を可能にしています。

マルエージング鋼（超硬度鋼）

下記の表は ASTM A36 構造用炭素鋼 マルエージング鋼は低炭素の鉄ニッケ と A588 C グレード構造用高強度低合

ル合金で 18 ％ までのニッケルとさら

• 常温での超強度

金鋼の機械特性の違いを表したもの

にコバルト、モリブデン、チタンその他

• 簡単な熱処理の結果として得ら れるねじれの極小化

です。

成分と混合されています。この合金は

• 同程度の強度の焼き入れ焼き戻 し鋼に比べ優れた破壊靭性 • 加工が容易かつ溶接性の良さ

マルテンサイトに焼き入れされ、その

ニッケル鋼 通常 3 ％ 以上の高いニッケルを含むフ ェライト鋼は 0 ℃ から －196 ℃ の温度 に晒される用途に広く使用されます。こ れら用途の例としては液化炭化水素ガ ス用貯蔵タンクならびに寒冷地域仕様 の構造物や機械類です。この鋼は衝撃

図１：焼 きならし焼 き戻し低 炭 素 鋼 2 分の 1 インチ鋼板のニッケルの 衝撃強度に及ぼす影響 シャルピー衝撃試験（鍵穴形の切り 欠き入り試験片 81.3

60

増しています。

-300 -200 -100 0 (-185) (-129) (-73) (-18) 温度華氏（摂氏）

た衝撃疲労強度は電気機械部品など 繰り返される衝撃負荷に有効です。比 較的低温の熱処理温度により、硬化性 低合金鋼の焼き入れに比べゆがみが 遥かに少ないため長尺の薄い部品に

炭素鋼ならびに大部分の低合金鋼は これらの合金鉄に使用されるニッケル 温度が 24 ℃ (75 ℉) 以下になると強度 量はステンレス鋼生産物に比べると大 および硬さは増しますが、引張延性お

きくありませんが、合金鉄の種類は広

よび強靭性は低下します。ニッケルは

範囲であり産業界にとり重要な名脇役

図 １ のシャルピー衝撃試験結果から分 です。 かるように低温での強靭性を増加させ

27.1

ます。

0 10 0 (38)

技術者ならびに仕様作成者による用 途 別 の 最 適 な 素 材選 定 を サポート

1952 年に液体酸素格納容器に初め するため、ニッケル 協 会は無 料 の技 術 指 導サ ービスを提 供して います。

後 LNG タンクの内殻に主に使用されて www.nickelinstitute.org

次の表は ASTM A36 炭素構造用鋼と ASTM A588 C グレード高強度低合金構 造用鋼との機械的特性の違いを表しています 降伏強度 最小メガパスカル (ｷﾛﾎﾟﾝﾄﾞ/平方ｲﾝﾁ)

抗張力 最小メガパスカル (ｷﾛﾎﾟﾝﾄﾞ/平方ｲﾝﾁ)

最小伸長強度 ％

ASTM A36

250 (36)

400 (58)

23

ASTM A588 グレード C

345 (50)

485 (70)

21

品種

10 | 2019年 第34号 第1巻

鋼は高度の破壊靭性があり、その優れ

適しています。

て使用された 9 ％ ニッケル鋼はその 0

合物の析出が促進されます。これらの

ジュール

Ni

ケル成分を添加し、低温での強靭性を

施され Ni3Mo や Ni3Ti などの金属間化

54.2

0%

20

2.2

% 3.5

Ni

Ni

FT/LB

40

5%

9%

Ni

転移温度を低下させる効果のあるニッ

後 480 ～ 500 ℃ での析出硬化処理が

用語集 オーステナイトは 727 ℃ 以上で存在す します。従って常温での鋼の微細構造 る鋼の原子構造です。これは非磁性の

はフェライト中にパーライト層のある形

鉄ならびに炭素の固溶体です。

です。

セメンタイトは鉄と炭素の混合物で化

硬化性は急冷（焼き入れ）後に一定の

学式は Fe3C です。

硬度が得られる鋼の性質です。

鋼中の炭素含有量が増加するにつれて マルテンサイトはオーステナイトの焼き セメンタイトとパーライトも増加し、そ 入れを急速に行うことで、血漿中の炭 れにつれて強度も増します。炭素含有 素原子がセメンタイトを形成するだけ 量を増やすのが機械的強度を増す最 の量の拡散が行われないため形成さ も簡便な手段です。しかし強度が増す れる磁性の鋼構造です。この焼き入れ と強靭性は弱まります。 後、オーステナイトは炭素が過飽和状 注：結晶粒を小さくする（より細かくす 態の歪構造に変態され機械的強度と る）ことでも機械的強度は強靭性を弱 硬度が増加します。 めることなく増加します。 パーライトはフェライトとセメンタイト シャルピー衝撃試 験は標準化された が交互に重なる層状構造です。 試験で標準サイズの金属片が破砕さ 析出硬化は金属の結晶構造を硬くする れる際に吸収されるエネルギーを測定 金属化合物（金属間化合物）微粒子の するものです。 フェライトは 727 ℃ 以下で存在する鋼 の原子構造です。フェライトはオーステ ナイトに比べ炭素溶融性が低く、従っ て 727 ℃ 以下に冷やされた場合、過剰

拡散形成（析出）を促進することで、可 鍛性金属の機械的強度または硬度を 増すために使われる熱処理技術です。

マルエージング鋼は高性能素材で 高級ゴルフクラブのヘッド全体また はフェース面に使用されています。

強靭性は素材のエネルギー吸収と塑

の炭素はセメンタイトとなり、それがフ 性変形能力で、圧迫された際に破砕し ェライトの層となってパーライトを形成

にくくするものです。 2019年 第34号 第1巻 | 11

薬品とワクチンとステンレス鋼 多品目対応かつ迅速な生産方式

GE HEALTHCARE

生物製剤（生きている微生物、植物や動物の細胞などの材料を使用し製造され た複合分子薬品）への需要が急速に高まっています。年間 2 千～ 3 千kg 規模の 生物製剤の製造を経済的に行うためニッケル含有ステンレス鋼が貢献しています。 それ以下の生産レベルでは、一回使い切り（単回使用）のシステムの方が高い費 用対効果を発揮するからです。 生物製剤の開発は、効能が高くより特

製造終了時にその都度廃棄処分されま

定の病気に特化した薬品の製造を可 す。つまり何種類もの分子の異なる少 能にします。この結果、製品品目が増 量バッチの薬剤が同じステンレス鋼製 加する一方で、個々の製造規模が小ロ

の設備で製造できるということです。こ ット化するため、変化する需要により れまでは、製造品目を変える場合、製 素早くより柔軟に対応できる生産工程 造設備は広範囲に徹底的な清浄処理 が必要となってきます。

を行うか新規に制作しなければなりま

この新しい生産方式に応えるものとし せんでした。バイオテクノロジーの世界 て単回使用の生物反応装置（バイオリ では汚染回避は極めて重要なため、清 アクタ）が開発されました。バイオリア 浄工程は 3 ～ 4 日に及ぶこともあり、ま クタとは制御された条件下で色々な生 た膨大な量の用水を消費することとな

上：GE Healthcare 社製撹拌タンク 型反応装置 Xcellerex™ 素早い立ち上げ、製造の迅速な変 更など、単回使用技術によって製造 業者は市場の変化にいち早く対応 することが出来るようになります。 開放操作の必要度が軽減されると いうことは、汚染のリスクも少なく なるということです。

物（酵母菌、細菌、動物の細胞など） ります。取り外し可能な内張により設備 の清浄工程を排除もしくは最小限の形 を増殖させる容器です。 これらの容器は、通常 304L 系ステン で行うことができ、次工程の前とは全く レス鋼製 (UNS S30403) ですが、容器 異なる化合物の製造に移ることが可能 内面の内張は生物製剤と接触するた となります。これは設備の稼働率を高 め単回使用です。バイオ医薬品業界の め、また休止時間を最短化します。

工業プロセスでの使用が増加しており、 単回使用のバイオリアクタの将来 バイオ医薬品、ワクチン、各種抗体、遺 この先、新薬や新しい化学品の需要の 伝子細胞治療薬、バイオ後続品などが

高まりが続くことが見込まれる中、個々

製造されます。

の生産量が小ロットのこれら製品の製

単回使用のバイオリアクタは、特定の

造には、適応性がありコンパクトなシス

分子のバッチ製造のため、ステンレス テムの単回使用バイオリアクタが実用 鋼製支持容器に医療用等級のポリエ 的で適切な対応手段となります。単回 チレン製のライナーで内張が施されて 使用システムのメリットとしては、清浄 います。そしてこの内張は各々のバッチ 工程の低減、蒸気殺菌処理の軽減、光 12 | 2019年 第34号 第1巻

GE HEALTHCARE

熱費や水道代の低減、設備設計の自 でコスト効率の良いもので、その機器 在化、資本効率の改善などが挙げられ

や配管の滑らかな表面は洗浄や消毒

ますが、このことは単回使用のバイオリ また必要に応じて汚染除去が容易に アクタが新興市場においての生産施設

行えるものです。医薬品産業界で、代

建設を容易にし、分散型生産に資する

表的に「頼れる材料」とされているの

ことにも通じます。

は、反応物質との接触がある処理装

頼れる材料

置には 316 系ステンレス鋼 (S31600) 、

どのような製法であれ製薬業では、製

支 持 構 造 材には 3 0 4 系ステンレス

品の安全性、純正度ならびにその効能

鋼 (S30400) です。どちらも特段の処

は不可欠なものです。ニッケル含有ステ

理を加えずそのまま複雑な加工機器に

ンレス鋼は製薬機器の材料として重要

使用され組み込まれます。

左：GE Healthcare 社製撹拌タンク 型反応装置 Xcellerex™

単回使用バイオリアクタの利点： • 費 用や時間のかかるバッチ間の 清浄作業や殺菌の妥当性検証処 理を軽減 • 固形廃棄物の量を削減 • 年間生産能力の増大に寄与 • 資本費用や運転費用を低減

先駆者は Flex Factory システム バイオ医薬品はタンパク質系製剤で、がん、リウマチ性関節炎、糖尿病、血液凝 固障害など多くの疾病治療に使われています。世界的な人口高齢化ならびに精 密な標的治療の方向への進みとも相まってこの種の医薬品の需要は急速に伸 びています。この需要にこたえる形で、GE Healthcare 社のライフサイエンス事 業部上席技術責任者（バイオ関連製造上流工程担当）の Parrish Galliher 氏 は FlexFactory システムを開発しました。これは単回使用の最新技術に基づくも ので、これにより生産者は新設既設を問わずいかなる施設にもぴったり合う、ま さしくオーダーメイドの生物製剤の生産施設が迅速に構築できるということにな ります。またそれは生産者にとって変更の必要性に応じて個々の生産工程の改 造が柔軟的にでき、 9 ～ 12 ヵ月以内に全く新しい生産ラインでさえ構築できる ようになることを意味します。 「従来は生産工場の建設は 5 年も前から始めなくて はなりませんでした。なぜなら建設にはそれくらいの年数を必要としていたから です。しかし日進月歩のバイオテクノロジーの世界では 5 年は永遠に等しい時間 です。」と Galliher 氏は述べています。また「医薬品業界での流行り廃りにはさま ざまな事由があり、半数の設備はそれが完成した時点で陳腐化されてしまいます。 これはこの業界の変化の速さを表しているでしょう。」とも同氏は語っています。

• 製 造工程構築の高速化や柔軟性 の拡大、製造開始や切り替えの 迅速化 • 急 速に変わる市場ニーズへの素 早い対応が可能 • 工程内の加工材料に接触するす べての部材が使い捨てユニット の中に封入されるため汚染リスク を最小化

2019年 第34号 第1巻 | 13

MCLAREN AUTOMOTIVE LIMITED

チャンピオンを目指せ 電気自動車用電池の長寿命化

フォーミュラＥ（電気自動車の F1）が世界中の大手自動車メーカーの関心を集め ています。2011 年に発案され、2014 年 9 月に北京で初めて実現したフォーミュラ Ｅレース、電気自動車選手権の観客数は急速に増加して既に 2 百万人を超えてお り、走行スピードも時速 220 km から 299 km（137 マイルから 186 マイル）までに 加速し、レースごとの走行距離も 2 倍以上になっています。

「ともかくも McLaren 社は重量制 限を極限まで押し広げ、1 台当たり の搭載電池数を 165 から 209 個ま で増やし、エネルギー密度を倍近く まで強化するという不可能を可能に してしまいました。それをどのように して達成させたのか、皆、興味津々 です。」 ― Global Mining Observer 誌

スピードと距離アップの推進力は電池の革新にあり いずれのフォーミュラＥチームも同じ電 池技術を使わなくてはならず、当初は 容量 28 kWh のリチウムイオン電池で オンライン版ニッケル誌 した。最初のバッテリーは Williams 社 が委託を受けて製造しましたが、現在 は McLaren Applied Technologies 社が WWW.NICKELINSTITUTE.ORG 供給契約をしています。新規の電池開 ニッケル誌の無料購読とウェブサイト掲載のお知ら 発を進め、利用可能エネルギーは 2 倍 せを希望する場合：www.nickelinstitute.org 近くの 54 kWh に達しており、各ドライ バーは全レース区間を 1 台の車で走破 ニッケル誌を7カ国語でウェブサイトに掲載 できるようになっています。Williams 社 www.nickelinstitute.org/library/ の時と同様に、McLaren 社のフォーミ ニッケル誌のバックナンバーの検索：2009年7月号 ュラＥ搭載 電池内部の化学組 成は技 以降のニッケル誌を掲載（英語版のみ） 術上の極秘事項となっていますが、ひ www.nickelinstitute.org/library/ とつの可能性としてエネルギー密度の Twitterでフォローしてください 向上を図るためニッケルを主成分とす @NickelInstitute る 8 : 1 : 1 組成（ニッケル80 % に対して コバルトとマンガン各 10 % ずつ）が考え LinkedInでつながって下さい られます。 ニッケル協会のページをご覧ください このMcLaren 社製車載電池の秘密が明 らかになるのはずっと先のこととなりそ うですが、その間エキサイティングで技 術革新が期待できるこのスポーツを楽 しみましょう。

14 | 2019年 第34号 第1巻

ニッケル協会You Tube チャンネルで ニッケル関連のビデオが見られます www.youtube.com/user/NickelInstitute

新刊書 ニッケル協会は、ニッケル含有材料の有効利用に資する技術手引書 2 冊を改訂 発刊しました。 全 面 的 に改 訂され た『耐 食 性 部 材

イニングや合わせ版など、耐食性に優

用ニッケル 合 金 の 溶 接 加 工 指 針書

れた表面層に関する記述が参考になり

(11012)』は溶接工、材料エンジニア、 ます。 『塩素、塩化水素、塩酸中で使用 設計技術者の皆様にとって有用な情

される合金の選択 (10020)』では、塩

報を提供します。溶接工にとっては、エ

素、塩化水素、塩酸が様々な条件下で

ンジニア以 外の方にも役 立つような 「ハウツー」形式の手引書となっていま す。材料エンジニアにとっては、様々な 種類のニッケル合金の冶金学的特性 の概説、また加工品質を確保する非破 壊検査に関する記述が非常に参考とな るでしょう。設計技術者にとっては、各

鋼鉄、ステンレス鋼、ニッケル系合金、 銅系合金、チタン、ジルコン、タンタル などの各種金属に及ぼす腐食作用につ いて概説しています。全面的に改訂さ れたこのニッケル協会発刊の技術書は 材料エンジニアに役立つ手引書です。

種ニッケル合金の防食の最適デザイン ダウンロード（ 無 料）はこちらから： を検討する際や、溶接肉盛り、シートラ

www.nickelinstitute.org

UNS番号別詳細

本誌に記載されたニッケル含有合金およびステンレス鋼の化学的組成 （重量パーセント）

UNS

Al

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

Ti

V

S30400 p. 13

-

0.03 max.

-

18.020.0

-

bal

2.00 max.

-

0.10 max

8.012.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

-

S30403 p. 12

-

0.08 max.

-

18.020.0

-

bal

2.00 max.

-

0.10 max

8.010.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

-

S31600 p. 13, 16

-

0.08 mas

-

16.018.0

-

bal

2.00 max.

-

0.10 max

10.014.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

-

S32304 p.2

-

0.03 max.

-

21.524.5

0.050.60

bal

2.50 max

0.050.60

0.050.20

3.05.5

0.040 max

0.030 max

1.00 max.

-

-

S32205 p. 6

-

0.030 max

-

22.023.0

-

bal

2.00 max

3.003.50

0.140.20

4.506.50

0.030 max

0.020 max.

1.00 max

-

-

G43400 p. 8

-

0.370.43

-

0.700.90

-

bal

0.600.80

0.200.30

-

1.652.00

0.035 max

0.040 max

0.150.30

-

-

H43200 p. 8

-

0.170.23

-

0.350.65

-

bal

0.400.70

0.20-0.30

-

1.552.00

0.035 max

0.040 max

0.150.30

-

-

T30109 p. 8

-

0.450.55

-

4.755.50

0.25 max

bal

0.5 max

1.301.80

-

1.251.75

0.03 max

0.03 max

0.951.15

-

0.801.40

T51606 p. 8

-

0.050.15

-

1.251.75

0.25 max

bal

0.35-0.70

-

-

3.253.75

0.03 max

0.03 max

0.10-0.40

-

-

K11538 p. 8

-

0.15 max

-

0.300.50

0.200.50

bal

0.80-1.35

-

-

0.250.50

0.04 max

0.05 max

0.150.30

-

0.0010.10

K81340 p. 8

-

0.13 max

-

-

-

bal

0.90 max

-

-

8.59.5

0.035 max

0.040 max

0.150.30

-

-

K93120 p. 8

0.050.15

0.03 max

8.59.5

0.5max

0.5 max

bal

0.10 max

4.65.2

-

18.019.0

0.010 max

0.010 max

0.10 max

0.50.8

-

2019年 第34号 第1巻 | 15

ストレルゲン、巨大ヘラジカ ノルウェイの E3 号線沿いに、高さ 10.3 m、幅 11.6 m の雄大なヘラジカ形の建物 がそそり立ちます。これはヘラジカの像としては世界最大です。Storelgen（ストレ ルゲン、大きなヘラジカ・大鹿の意味）として知られるこのマンモス級のヘラジカ 像は、そのピクニック場内に散らばったヘラジカの巨大な糞と共に、運転で疲れ た旅行者の心を和ませます。

Storelgen は完成するまでに 6ヵ月を 要し、複数体に分けて中国から搬送 されました。 またカナダの Mac the Moose より 50 cm ほど背が高くなっています。

162019年 | 2019年 第34号 第34号 第1巻 第1巻

ドライバーの休 憩のために停 車し手 作費は 約 236 千米ドル。この像は中 足を伸ばしてもらうのと、その地方の 国で製造加工され、材料は 316 系ス 野 生 動 物 への注 意を 喚 起するため テンレス鋼 (UNS S31600) で鏡面研磨 に、このヘラジカ像の設置場所が選ば 仕上げにすることで「可能な限り耐久 れました。Storelgen が設置されたの 性を上げ、メンテナンス不 要の状 態 は 2015 年 10 月ですが、その一年間だ にしました。」と作者は述べています。 けで千頭を超えるヘラジカが自動車に 「また私たちが目標にしていたのはカナ はねられているからです。 ダの Mac the Moose を追い抜いて世界 S t o r e l g e n はノルウェイの 芸 術 家、 一大きいヘラジカ像を作ることでした。 Linda Ba k ke 氏がノルウェイ道路交 また一番可愛いものにしようと考えまし 通 局と連 携して創 作したもので、製 た。」とも語っています。