«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

Ж У Р Н А Л

НИКЕЛЬ

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

«Социальный» никель на службе обществу Миниатюрные конденсаторы помогают нам оставаться на связи

Производство вакцин поддерживает социальные контакты

«Общительный» никель хорошо контактирует с другими

В Нидерландах введён в эксплуатацию первый в мире мост из нержавеющей стали, изготовленный с помощью объёмной 3D печати. Проектировщики воспользовались преимуществами технологии послойного синтеза, которая позволяет быстро создавать изделия почти любого дизайна с малым количеством отходов и возможностью производства либо на заводе, либо непосредственно на месте монтажа. В данном случае мост длиной 12 м был изготовлен не на строительной площадке, а на заводе.

КОМПАНИЯ MX3D

РЕМКО ДЕ ВААЛ АГЕНТСТВО EPA-EFE

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 23 ПЕШЕХОДНЫЙ МОСТ В АМСТЕРДАМЕ, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ МЕТОДОМ ОБЪЁМНОЙ ПЕЧАТИ

Нержавеющая сталь: компания Arcelor Mittal Архитекторы: лаборатория Joris Laarman Lab Ведущие инженеры: компания Arup Производитель: нидерландская компания MX3D, специализирующаяся в области крупномасштабного роботизированного аддитивного производства, использующего дуговую сварку для сплавления металлической проволоки (robotic wire arc additive manufacturing (WAAM)) Местонахождение: Аудезийдс Ахтербургвал, один из старейших и самых известных каналов в центре Амстердама. Длина: 12,2 м; ширина: 6,3 м; высота: 2,1 м Испытана грузом в 17 т Использовано 4,5 т нержавеющей стали марки 308Lsi Продолжительность печати: 6 месяцев

«НИКЕЛЬ», т.т. 36, 36, № № 3, 3, 2021 2021 г.г.

22 || «НИКЕЛЬ»,

Конструкция, произведённая из 4,5 т сварочной проволоки из нержавеющей стали марки 308LSi (UNS S30888), была изготовлена с помощью четырёх промышленных роботов с шестью степенями подвижности, снабжённых сварочными горелками, необходимыми для послойного синтеза структуры. Эти машины производят секции моста, используя филигранный процесс наслаивания металла с получением финишной поверхности необработанной стали. Благодаря никелю нержавеющая сталь серии 300 поддаётся сварке, является крепкой и прочной и, тем самым, чрезвычайно пригодной для конструкций, изготавливаемых с помощью 3D печати. Проектировщики применили два метода объёмной печати — процесс осаждения с помощью направленной энергии (Direct Energy Deposition (DED)) и расплавление материала в заранее сформированном слое (Powder Bed Fusion (PBF)). При

использовании DED принтер подаёт материал, как правило, в виде порошка или проволоки, через похожую на шариковую ручку форсунку, и источник высокой температуры расплавляет металл в месте соприкосновения. Подобным же образом использование PBF позволяет добиться более высокого растворения катодного металла, что помогает проектировщикам с большей точностью достичь желаемого результата. Процесс, известный как селективное лазерное спекание, был использован для сварного соединения деталей моста, изготовленных с помощью 3D печати. Сварка была осуществлена с помощью больших роботов. Мост оснащён датчиками для сбора данных и наблюдения за его эксплуатационными характеристиками.

15 июля 2021 г. мост был торжественно открыт королевой Маќ симой, которой помогал… Кто бы вы думали? Робот для перерезания красной ленточки!

КОЛОНКА РЕДАКТОРА: «СОЦИАЛЬНЫЙ» НИКЕЛЬ НА СЛУЖБЕ ОБЩЕСТВУ Никель — это социальный металл. Мысль вроде бы странная, но стóит об этом поразмыслить — и понимаешь, что это и есть основа того, что делает никель понастоящему полезным человеку. В этом номере журнала «Никель» мы анализируем социальную природу никеля, начиная с его химических и физических свойств и до его способности обеспечить работу приборов, которые помогают человеку устанавливать контакты с другими людьми. Никель без труда смешивается с большинством металлов. Это даёт возможность получить широкий спектр термоустойчивых и коррозиестойких, прочных, вязких, ковких и свариваемых сплавов с разнообразными полезными и даже критически важными физическими свойствами. Он также позволяет металлам работать сообща в отделочных покрытиях металла и пластика. И все эти «социальные навыки» решают проблемы почти любой из сторон человеческой жизни. А как насчёт областей применения никеля, облегчающих наше собственное социальное взаимодействие? Мы рассматриваем роль никеля в миниатюрных конденсаторах, которые помогают питать наши смартфоны — этот повседневный рабочий инструмент любого вращающегося в обществе человека. Что же происходит с электронными приборами, обеспечивающими нам связь, когда они достигают конечного срока своей службы? Мы обсудим растущую долю никеля в электронных отходах и то, как его извлекают из таких приборов для дальнейшего использования. Утилизированный никель часто находит повторное применение в таких сплавах, как нержавеющая сталь, где производители могут вновь воспользоваться его «общительной натурой». Мы также расскажем о том, как никельсодержащая нержавеющая сталь помогла фармацевтическому сектору справиться со сложной задачей производства вакцин, которые так необходимы для борьбы с инфекционными болезнями — например, с короновирусной

Благодаря своим химическим и физическим свойствам никель обеспечивает работу приборов, которые помогают человеку устанавливать контакты друг с другом.

инфекцией COVID-19, тем самым позволяя нам опять общаться друг с другом. Этот номер журнала — гимн многочисленным и разнообразным приборам, в которых незримо присутствует никель. Даже крошечное количество никеля в таком множестве приборов приносит огромную пользу. И по мере того, как мы опять начинаем встречаться друг с другом, мы приходим к пониманию, что часто именно небольшие вещи имеют огромное значение! Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель»

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 3

03 04 06 08 10 12 13 14 15 15 16

Пример из практики № 23 Мост, изготовленный методом объёмной печати Колонка редактора «Социальный» никель на службе обществу

НИКЕЛЬ

Никель. Занимательные факты В вашем кармане Миниатюрные конденсаторы Утилизация электронных отходов Новая жизнь металлического лома Жизненно необходимый никель Производство вакцин Никель «Общительный» металл Никелевые сплавы Инвар Технические вопросы и ответы Заглубленный трубопровод из нержавеющей стали

Добавим энергии бетону Cеть из углеродного волокна с железным покрытием Анодный слой

Новые публикации Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов

Проводимая смесь на основе цемента

Башня арт-центра LUMA Arles Навеяно Ван Гогом

Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org Д-р Хадсон Бейтс (Hudson Bates), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор communications@nickelinstitute.org Авторы статей: Гари Коутс (Gary Coates), Джим Фритц (Jim Fritz, ), Ричард Матесон (Richard Matheson), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Франк Смит (Frank Smith), Бенуа Ван Хекке (Benoît Van Hecke), Одетт Зизолд (Odette Ziezold) Художественное оформление: компания Constructive Communications Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией.

ISSN 0829-8351 Обложка: iStock©coffeekai Графические материалы предоставлены: стр. 3 iStock©Orbon Alija стр. 6 Shutterstock©OlegDoroshin стр. 8. iStock©Lya_Cattel, стр. 9. iStock©pagadesign стр. 10 iStock©SDI Productions, стр. 11 iStock©Drazen Zigic, стр. 12 iStock©maki_shmak

4 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

Катодный слой Cеть из углеродного волокна с никелевым покрытием

Превратить квартиру в гигантскую батарейку? Исследователи Тан (Tang) и Чжан (Zhang) из шведского Университета Чалмерса (Chalmers University) создали прототип перезаряжаемой аккумуляторной батареи на основе цемента. Технический прорыв заключался во введении в бетонную смесь коротких углеродных волокон, сети из углеродного волокна с железным покрытием и сети с никелевым покрытием, при этом железо служило анодом, а никель катодом. В результате исследования была получена удельная энергия в размере в среднем 7 Вт-ч на квадратный метр. Вроде бы и низкий показатель по сравнению с аккумуляторами, выпускаемыми промышленностью, но, если принять во внимание размеры объектов, то становится ясно, что подобная технология способна хранить и поставлять существенное количество энергии. Бетон — самый используемый в мире строительный материал, поэтому включение аккумуляторной батареи на основе цемента в конструкцию зданий, мостов и тротуаров могло бы сделать революционный переворот в строительстве, содействующий большей экологической устойчивости в будущем.

ЙЕН СТРАНДКВИСТ/ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ ЧАЛМЕРСА (CHALMERS UNIVERSITY)

02

ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ФАКТЫ

СОДЕРЖАНИЕ

КИТАЙСКАЯ ГРУППА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ АРХИТЕКТУРЫ ФОТОГРАФИЯ: ЧЖАН ГУАНЬЮАНЬ

«Разрастаясь» в Китае Это — футуристический лес, где причудливая архитектура пересекается с технологической гениальностью. Расположенный в китайском городе Нанкине и являющийся частью Цзянсу Гарден Экспо (Jiangsu Garden Expo) «Сад будущего» (Future Garden) — это 42 «дерева» из нержавеющей стали, поддерживающих крышу своей похожей на зонты кроной. Все «деревья» абсолютно одинаковы, и их ветви, тесно переплетаясь, соединяют их между собой в единое целое. Первая в своём роде в мире акриловая панель имитирует поверхность листа лотоса. Преображённая территория рекультивированных горных выработок и заброшенного цементного завода теперь восхищает глаз, несмотря на сложные условия почвы и другие проблемы, с которыми столкнулись строители. Строительство было успешно завершено с использованием 1000 т никельсодержащей нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603).

Летающее электричество

Сладкий пот Учёные из Государственного университета Пенсильвании

серийно производимыми измерительными приборами. «Мы хотим

(Pennsylvania State University) опубликовали в журнале «Биодатчики и

продолжить работу, чтобы проверить, насколько эта технология

биоэлектроника» (Biosensors and Bioelectronics) подробные сведения

применима к ежедневному мониторингу пациентов», — заявил автор

об инновационном неинвазивном недорогом датчике, который может

г-н Чен.

выявить сахар в потовыделениях. Сконструированный сначала с использованием лазерно-индуцированного графена (ЛИГ), он «был совсем не чувствителен к глюкозе». Затем их выбор пал на никель из-за того, что он обладает «стабильно высокой чувствительностью к глюкозе». Прикрепив устройство многоразового использования к руке через час и через три часа после еды, исследуемый делал короткую разминку. Хотя концентрация глюкозы в потовыделениях почти в 100 раз меньше, чем в крови, новое устройство точно измеряло уровень сахара, что подтверждалось

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕНСИЛЬВАНИИ (PENNSYLVANIA STATE UNIVERSITY)

КОМПАНИЯ ELECTRICAIR

Гари Фридман (Gary Freedman), основатель компании ElectricAir, совершив 40-минутный перелёт через пролив Кука у берегов Новой Зеландии, поставил мировой рекорд — самый длинный в мире полёт над водой в самолёте чисто электрического типа. Это значительный шаг по пути к более экологичному, «зелёному» небу. Электрический мотор питался от двух никельсодержащих литиевых аккумуляторных батарей с продолжительностью заряда до 90 минут и временем подзарядки около часа. Самостоятельный полёт был осуществлён через 101 год после того, как первое воздушное судно стандартного типа совершило перелёт через пролив, разделяющий два главных острова Новой Зеландии. Он был приурочен к открытию Климатического саммита ООН в Шотландии в 2021 г. «Это начало кардинальных перемен, — сказал Г. Фридман. — Вскоре появятся более крупные самолёты с бóльшим радиусом действия, идеально подходящие для маршрутов малой протяжённости».

НИКЕЛЬ В ВАШЕМ КАРМАНЕ МИНИАТЮРНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ПОМОГАЮТ ОСТАВАТЬСЯ НА СВЯЗИ Никель позволил уменьшить размеры МКК, снизив толщину диэлектрического слоя и сохранив при этом те же показатели удельной ёмкости.

Смартфон в вашем кармане — это сложная электронная система со множеством различных функций, которая работает лишь благодаря единственному встроенному аккумулятору. Электронная плата состоит из отдельных деталей, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, индукторы и диоды, соединённых токопроводящей проволокой или дорожками, по которым может течь электрический ток. Конденсатор — это деталь, способная «конденсировать» или хранить энергию в форме электрического разряда во многом подобно маленькой перезаряжаемой батарейке. Конденсаторы играют существенную

нестабильность подачи энергии, вызванная

роль в функционировании электронной

работой другой подсхемы.

платы. Если бы источники энергии

Анатомия МКК

могли обеспечивать неизменное

В своей базовой форме МКК состоит из двух

постоянное напряжение вне зависимости

или более параллельных металлических

от потребления тока, и если бы не существовало деталей, производящих электрический шум, то в конденсаторах не было бы нужды. Но в реальных условиях напряжение постоянно колеблется, и, следовательно, его необходимо сгладить. Конденсатор — это буферный накопитель, постоянно снабжающий все детали

разделены изоляционным материалом — диэлектриком. В настоящее время МКК могут иметь до 600 параллельных электродов толщиной менее одного микрометра. МКК были изобретены более сорока лет

достаточным для них током и фильтрующий

назад для замены дисковых керамических

«шум», чтобы поддерживать заданный

конденсаторов. Дисковые керамические

уровень функционирования различных

конденсаторы имели два однонаправленных

электронных подсхем.

вывода проволочного типа, которые,

В бытовой электронной технике зачастую находятся сотни, а в случае элитных смартфонов, таких как айфон, более тысячи миниатюрных конденсаторов.

6 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

плат (электродов), которые электрически

как правило, монтировались в сквозные отверстия печатной платы. Они не способствовали ни быстрой установке, ни миниатюризации электроники.

Известные как многослойные керамические

Прямоугольная форма МКК позволила

конденсаторы (МКК), они могут быть

обеспечить высокоскоростной монтаж на

такими мелкими, как песчинка на

поверхности платы. Изначально в МКК

вашем любимом курортном побережье.

использовались электроды из палладия и

Их функция — отделить подсхемы

серебра (Ag-Pd), но в начале двухтысячных

друг от друга, чтобы на них не влияла

они были заменены никелевыми. Никелевые

КОМПАНИЯ TAIYO YUDEN EUROPE GMBH

В 2020 г. для производства МКК было использовано 4800 т никелевого порошка, чтобы создать многослойные керамические конденсаторы, которые могут быть размером с песчинку.

электроды обладали рядом преимуществ

электронике — в смарт-часах и фитнес-

по сравнению с серебряно-палладиевыми,

браслетах, аэрокосмических системах, а

например:

также в «разумных» машинах — в частности,

• более тонкие слои диэлектрика

в машинах с усовершенствованной системой

• более высокие показатели ёмкости

помощи водителю. Фактически МКК можно

(лучшая удельная ёмкость) • низкая цена В настоящее время при производстве

найти везде, где есть миниатюризированная электроника. Ежегодно производится около четырёх триллионов МКК, 40% которых

МКК предпочтение отдаётся никелю.

используется при сборке смартфонов. В 2020 г.

Он позволил сократить размеры МКК,

для производства МКК было использовано

снизив толщину диэлектрического слоя

4800 т никеля, чтобы создать мельчайшие

и сохранив при этом те же показатели

детали, которые помогают нам оставаться

удельной ёмкости. Никельсодержащие

на связи, и без которых не работали бы наши

МКК можно найти в смартфонах, нательной

электронные устройства.

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 7

РАЗРАБОТКА ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НОВУЮ ЖИЗНЬ МЕТАЛЛОЛОМУ «Наши процессы основаны на сложной металлургии свинца, меди и никеля, использующей эти основные металлы как коллекторы для благородных металлов, а также других металлов, так называемых включений — сурьмы, висмута, олова, селена, теллура и индия».

— Компания Umicore

«Отходы электронной промышленности, в том числе и отходы, полученные в результате лазерной сортировки (LIB- laser-induced breakdown), после предварительной обработки помещаются в медеплавильный конвертер. После этого с помощью электролиза происходит выделение неочищенного сульфата никеля, который направляется на никелеперерабатывающий завод для получения чистого сульфата никеля, используемого в качестве сырья для аккумуляторов».

— Компания Sumitomo Metal Mining

«Благодаря модульной структуре новых систем обработки отходов мы можем гибко реагировать на рыночный спрос и тем самым возвращать всё больше металлосодержащих материалов в жизненный цикл материала».

— Компания Aurubis

8 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

Представьте себе самый крупный круизный лайнер. А потом подумайте о том, сколько он весит — чуть больше 100 тыс. тонн, на самом деле. А теперь ещё представьте пятьсот таких кораблей и их совокупный вес. Это и есть вес сногсшибательного количества электронных отходов, ежегодно генерируемых человечеством. Согласно отчёту ООН Global E-waste Monitor,

технологической схемой утилизации

только в 2020 г. их было более 53 млн тонн,

электронных отходов. Такая схема начинается

причём каждый год это число будет расти и,

с процесса предварительной обработки

по прогнозам, составит 74 млн тонн к 2030 г.

материала, так как электронные отходы

Но сегодня утилизации (то есть вторичному

содержат большое количество пластика,

использованию металлов и прочих ценных

керамики и прочих неметаллических

материалов, в том числе и никеля)

материалов со своими собственными

подвергается лишь около 10 млн тонн отходов

технологическими схемами переработки,

электронной промышленности. Остальные же

но в первую очередь нас интересует

43 млн тонн электронных отходов, которые,

металлический компонент. При этом сталь

по оценкам, содержат утилизируемых

из приборов может быть отделена при

материалов на сумму около 55 млрд долларов

помощи магнита и отправлена на заводы для

США, не перерабатываются, а вместо этого

прямой переработки. Например, дробление

выбрасываются на свалку. Конец жизненного

и измельчение печатных плат и даже целых

цикла мобильных телефонов, компьютеров,

мобильных телефонов способствует процессу

телевизоров, бытовой техники и прочих

отделения стали. У некоторых компаний даже

электронных составляющих предметов

существуют отдельные поточные линии по

ежедневного пользования просто

переработке разных видов аккумуляторов,

неудовлетворителен.

поставка которых для утилизации, по

Комплексная утилизация

оценкам, будет быстро расти по мере того, как

В электронных отходах всегда имеется

будет обновляться парк электромобилей.

«Компания Vale традиционно применяет пирометаллургию для получения материалов из утилизируемых отходов, но также рассматривает возможность использования и гидрометаллургических процессов. У нас хорошо отлаженная схема технологических операций с несколькими опциями переработки данного материала, и мы будем продолжать совершенствовать наши возможности по переработке «чёрной массы».

никель, хотя его количество зависит от

Процессы, задействованные в

того, какие именно электронные детали

утилизации меди, никеля и благородных

перерабатываются. Утилизация этого металла —

металлов, включают пирометаллургию

довольно сложная процедура, поскольку

(высокотемпературный процесс),

никель является «социальным» металлом —

гидрометаллургию (растворение в кислотах)

т.е. перемешанным в сплавах с другими

или обе эти технологии одновременно.

металлами. Как правило, содержание никеля

Некоторые компании могут утилизировать и

в общем весе детали может варьироваться

другие металлы, используемые в электронике,

от 0,5% до 2%, то есть его намного меньше,

такие как индий, селен, висмут и иные

чем медной и железной составляющих.

металлы, присутствующие в ещё меньших

Никель применяется в электронике благодаря

количествах.

ряду своих основных свойств, которые

Важное сырьё

«Наш металлургический комбинат Rönnskär в северной Швеции является одним из самых больших в мире предприятий по получению металла из электронных отходов. К тому же производство минимизирует свои выбросы парниковых газов и вырабатывает из электронных отходов тепло для отопления района».

Вот уже тридцать лет утилизацией отходов

— Компания Boliden

продемонстрированы на примере его использования в многослойных керамических конденсаторах (МКК) (см. стр. 6). Благородные металлы — золото, палладий и серебро, — даже присутствуя в намного меньших количествах, могут иметь бóльшую стоимость в денежном выражении. Но в многооборотной экономике замкнутого цикла мы должны утилизировать как можно больше материалов, чему помогают компании-члены Института никеля.

электроники занимаются некоторые из

— Компания Vale

компаний-членов Института никеля. Это очень важный источник сырья, и они собираются заниматься его переработкой в ещё бóльших объёмах в будущем. Из материала, добытого много лет назад и теперь ставшего отходом, можно произвести новые

«С 1990-х г.г. мы утилизировали уже более одного миллиона тонн электронных отходов».

— Компания Glencore

важнейшие электронные детали во благо всем нам. Даже несмотря на то, что количество никеля в электронных отходах относительно

Фирменные технологические схемы

невелико, никелевая промышленность

Каждый вовлечённый в утилизацию

является ценным партнёром общества в

производитель никеля владеет собственной,

достижении цели создания многооборотной

зачастую фирменной, запатентованной

экономики замкнутого цикла.

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 9

ЖИЗНЕННО НЕОБХОДИМЫЙ НИКЕЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВАКЦИН

Установка тангенциальной фильтрации потока, используемая при производстве вакцин

Хотя 2020 и 2021 годы были полны плохими новостями и страданиями, вызванными COVID-19, лучом света на этом фоне стала разработка вакцин. Это продолжает вселять надежду на то, что пандемию можно обуздать. Быстрое создание фармацевтическими компаниями, учёными и государствами высокоэффективных вакцин будет, несомненно, сохранено в памяти человечества как одно из величайших достижений нашего времени.

КОМПАНИЯ COTTER BROTHERS CORP

Следующей по сложности после разработки вакцин задачей стала необходимость произвести сотни миллионов доз в максимально короткие сроки, но традиционные фармацевтические мощности для производства вакцин не были готовы к таким объёмам производства. На строительство, получение необходимых разрешений и вплоть до начала функционирования нового фармацевтического производственного предприятия с биореакторами и сопутствующими системами производства воды для инъекций (ВДИ) и «самоочищающимися» системами (СС) может потребоваться восемнадцать и более месяцев. Во время пандемии это слишком долгий период.

10 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

Чтобы ускорить производство, промышленность обратилась к одноразовым технологиям. При таком подходе для создания биореакторов применяются полимерные материалы. Биореакторы дезинфицируются с помощью гаммаизлучения и выбрасываются после однократного использования. Для такой технологии не требуются сопутствующие системы ВДИ и СС, а производство может быть введено в эксплуатацию в более короткие сроки. Самый широко используемый строительный материал на традиционных фармацевтических предприятиях — это никельсодержащая нержавеющая сталь марки 316L (UNS S31603), а если требуется

повышенная коррозиестойкость, то

фильтрацию, при которой поток исходного

выбираются нержавеющие стали или

продукта идёт параллельно поверхности

никелевые сплавы с более высоким

мембраны. Часть потока при этом

содержанием легирующих элементов.

проходит сквозь мембрану — это пермеат.

технологиях, в качестве биореактора применяется полимерный пакет. Этот метод требует меньшего количества нержавеющей стали и прочих коррозиестойких сплавов, чем традиционное производство. Хотя одноразовое производство и вытесняет некоторое количество нержавеющей стали, никельсодержащие аустенитные

Оставшаяся часть, ретентат, подаётся назад в поток исходного продукта. При производстве вакцины этот процесс осуществляется в блоке очистки. Каркасная конструкция блока изготавливается из полированной нержавеющей стали марки 304L, а контактирующие с продуктом трубы производятся из электрополированной нержавеющей стали марки 316L.

нержавеющие стали продолжают играть

Фармацевтическое оборудование чаще всего

жизненно важную роль в изготовлении

производится согласно стандарту ASME

вакцин. Полимерные пакеты-

BPE (оборудование для биотехнологий),

биореакторы необходимо поместить в

который регламентирует материалы,

металлические контейнеры или каркасы.

дизайн, изготовление, инспектирование,

Они используются для механического

тестирование и сертификацию при особо

крепления и температурного контроля.

высоких требованиях к уровню гигиены.

Каркасы конструируются из полированной нержавеющей стали марки 304L (S30403) для поддержания санитарно-гигиенических условий и чистоты производственной среды.

Большие прямоугольные каркасы, используемые при производстве вакцин

В обозримом будущем мировой спрос на вакцины от COVID-19 сохранится, и большие традиционные производственные мощности

КОМПАНИЯ COTTER BROTHERS CORP

При подходе, основанном на одноразовых

будут в конце концов построены. Но до

Очистка вакцины — это важный и

тех пор для быстрого производства этих

необходимый этап производственного

спасительных средств будет использоваться

процесса. В одноразовом производстве

одноразовое производство. В любом случае

очистка производится с помощью

никельсодержащие сплавы остаются

тангенциальной фильтрации потока (ТФП).

на службе как жизненно необходимые

Эта методика использует мембранную

конструкционные материалы.

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 11

НИКЕЛЬ — «ОБЩИТЕЛЬНЫЙ» МЕТАЛЛ Никель без труда смешивается с железом, медью, хромом, молибденом, титаном, кобальтом и вольфрамом, создавая полезные и критически необходимые конструкционные сплавы.

Помните свои ранние школьные годы, когда учитель, бывало, писал в дневнике «хорошо контактирует с другими»? Такими же словами можно описать и никель, гибкий в использовании элемент, который можно добавлять в сплав к большинству металлов. Широта диапазона никельсодержащих сплавов и их применения не знает себе равных. Никель входит в бинарные

коррозиестойкость сплава. К тому же никель

(двухкомпонентные) сплавы с медью,

играет существенную роль в поддержании

молибденом, титаном, железом и хромом.

аустенитной микроструктуры, которая

Он также входит в трёхкомпонентные

придаёт этим сплавам великолепные

сплавы, в которых третьим компонентом является железо (либо по той причине, что железо существенно важно для свойств сплава, либо его присутствие не вредит заданным свойствам сплава, и поэтому оно добавляется для снижения стоимости). А ещё существуют многокомпонентные сплавы, содержащие многие из

технологические и сварочные свойства. По мере увеличения доли остальных компонентов необходимо увеличивать и концентрацию никеля. Благодаря «коммуникабельности» никеля оказывается возможным существование многих стойких к коррозии сплавов. А без них производство большинства химических веществ,

вышеупомянутых элементов, в частности,

применяемых в промышленности, было бы

нержавеющие стали и сплавы на основе

более сложным и дорогостоящим, так как

никеля. Присутствие хрома, молибдена

пришлось бы использовать другие менее

и прочих компонентов обеспечивает

подходящие для этой цели металлы.

Нержавеющие стали МногоТрёхкомкомпо- понентные Двухкомпонентные и сплавы на основе нентные сплавы никеля сплавы сплавы

Состав, массовая доля в %* Наименование Сплав 400 Cu-Ni 70-30 Сплав B-2 Nitinol Сплав 36 Nichrome 80-20 Kovar ® Сплав 80 Сплав 600 Сплав 33 MP35N® Сплав 188 Сплав 617 316 6% Mo SS Сплав 625 Сплав C-276 Сплав 718 310 330

Ni 66 30 72 55 36 80

32 Cu 70 Cu 28 Mo 45 Ti 64 Fe 20 Cr

Коррозиестойкость Коррозиестойкость Коррозиестойкость Память формы и сверхупругость Малый коэффициент расширения Электронагревательный элемент

K94610 N14080 N06600 R20033 R30035 R30188 N06617 S31600 S31254 N06625 N10276 N07718 S31000 N08330

29 80 75 32 35 22 54 10 18 60 58 52 20 35

17 Co, 54 Fe 5 Mo, 14 Fe 15 Cr, 8 Fe 33 Cr, 34 Fe 35 Co, 20 Cr, 10 Mo 40 Co, 22 Cr, 14 W 12.5 Co, 22 Cr, 9 Mo 16 Cr, 2 Mo, 70 Fe 20 Cr, 6 Mo, 55 Fe 21 Cr, 8 Mo, 3.5 Nb, 4 Fe 15 Cr, 16 Mo, 5 Fe, 3.5 W 19 Cr, 5 Nb, 3 Mo 25 Cr, 52 Fe 19 Cr, 1.2 Si, 44 Fe

Малый коэффициент расширения Высокая магнитная проницаемость Коррозиестойкость Коррозиестойкость Высокая прочность, коррозиестойкость Эксплуатация в условиях высоких температур Эксплуатация в условиях высоких температур Коррозиестойкость Коррозиестойкость Коррозиестойкость Коррозиестойкость Высокая прочность, коррозиестойкость Эксплуатация в условиях высоких температур Эксплуатация в условиях высоких температур

* Примерный состав значимых элементов

12 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

Прочие

Свойства

UNS N04400 C71500 N10665 N01555 K93600 N06003

АРХИВ ИЛЛЮСТРАЦИЙ ЭМИЛИО СЕГРЕ (EMILIO SEGRÈ VISUAL ARCHIVES)

ИНВАР — НОБЕЛЕВСКИЙ СПЛАВ В температурном диапазоне от комнатной температуры до максимальной степени нагрева кухонной плиты (около 260 °C (500 °F)) сталь, являющаяся сплавом железа и углерода, увеличивается в объёме. Как правило, это увеличение незаметно глазу и не столь существенно, чтобы создавать какие-либо трудности, но для некоторых приборов, таких как аппаратура для прецизионного измерения и механические часы, тепловое расширение в этом диапазоне температур создаёт значительную проблему. В 1895 г. швейцарский физик Шарль Эдуар Гийом (Charles Edouard Guillaume) открыл уникально низкий коэффициент теплового расширения ферроникелевого сплава, состоящего из 64% железа и 36% никеля, за который в 1920 г. он получил Нобелевскую премию по физике. Этот сплав был назван инваром. Название происходит от английского слова invariable, что означает «неизменяемый» и указывает на относительное отсутствие расширения или сжатия в этом диапазоне температур. Коэффициент теплового расширения инвара при температурах от 20 °C до 100 °C (68 °F до 212 °F) составляет около одной десятой коэффициента теплового расширения обычной стали. С ростом процентного содержания никеля с

аэрокосмических приборов по жёстким

36% до 50% растёт и коэффициент теплового

допускам. Биметаллические полосы из

расширения. Это привело к возникновению

сплава с низким коэффициентом теплового

целого семейства ферроникелевых сплавов, у

расширения с одной стороны и сплава

которых коэффициент теплового расширения

с высоким коэффициентом теплового

оптимизирован для определённых

расширения с другой будут действовать

температурных диапазонов. Они известны

как термоактивированный переключатель.

под общим названием «сплавы с заданным

Инвар также сохраняет хорошую

коэффициентом теплового расширения».

прочность и вязкость (пластичность) при

Швейцарский физик и лауреат Нобелевской премии Шарль Эдуар Гийом (Charles Edouard Guillaume)

Инвар (Invar®) можно использовать как мембранный слой в танкерах для перевозки СПГ.

криогенных температурах и используется

Эти сплавы позволяют специально подобрать

для изготовления мембран в танкерах для

коэффициенты теплового расширения,

перевозки сжиженного природного газа

подходящие для различных типов стекла и металлостеклянные и металлокерамические

Такая система железоникелевых сплавов

спаи для защиты электроники от

критически важна для производства

воздействия газов и жидкостей. Из них

точной измерительной аппаратуры,

можно производить литейные формы для

термопереключателей и для защиты

изготовления композитных материалов для

электроники.

РОЛАН МУРОН (ROLAND MOURON) РЕЗЕРВУАР ТАНКЕРА

(СПГ).

керамики, чтобы производить герметические

Controlled expansion alloys Ni

Fe

Invar® (инвар) 36®

K93600

36

бал.

Kovar® (ковар)

K94610

29

бал.

Сплав 42

K94100

41

бал.

Сплав 52

N14052

52

бал.

Co 17

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 13

СПРОСИ ЭКСПЕРТА ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ

В О

В.: Хотелось бы знать, необходима ли антикоррозионная защита для внешней

поверхности заглубленного трубопровода из нержавеющей стали (т.е. для

ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ»

О Н Л А Й Н

Гир Мо (Geir Moe), лицензированный инженер, является координатором Службы технической консультации Института никеля. Наряду с другими специалистами-материаловедами, находящимися в разных странах мира, Гир Мо помогает конечным пользователям и спецификаторам никельсодержащих материалов, заинтересованным в получении технической помощи. Для того, чтобы пользователи с уверенностью применяли никель, эта команда всегда готова бесплатно предоставлять технические консультации по широкому ряду тем, таких, например, как нержавеющие стали, никелевые сплавы и никелирование

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickelinstitute.org ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/library/ ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2009 г. www.nickelinstitute.org/library/ СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) — зайдите на страничку Института никеля СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube www.youtube.com/user/NickelInstitute

поверхности, соприкасающейся с почвой).

О.: Этот вопрос не прост, поскольку типы почвы различаются по своей коррозионной

нержавеющую сталь таких марок, как 2205

агрессивности, которая, в свою очередь,

(S32205), 2507 (S32750) или 6Mo (S31254),

может меняться в зависимости от времени

либо обернуть трубы в петролатумную

года. В общем, заглубленные трубопровод

ленту. Плакирование труб применяется

и контейнеры страдают от коррозии, когда

редко из-за вероятности механических

почвенные условия обладают одной или

повреждений.

несколькими из следующих характеристик: • Высокое содержание влаги • Показатель кислотности почвы ниже 4,5 • Удельное электрическое сопротивление ниже 1000 Ом/см • Наличие хлоридов, сульфидов и бактерий • Наличие блуждающих токов

Дополнительные статьи по этой теме: Тестирование почвенной коррозии для прокладки трубопровода из нержавеющей стали — Отчет

о результатах десятилетнего

испытания (Soil Corrosion Test for Stainless

Steel Pipes – 10-year Burial Test Result

Если почва хорошо уплотнена таким

Report). — Можно бесплатно загрузить с

образом, что наличие кислорода

веб-сайта

исключено, тогда коррозия подавляется.

www.nickelinstitute.org

Свободно дренируемые почвы, быстро теряющие водонасыщенность, как правило, находящиеся выше уровня грунтовых вод, менее агрессивны, чем почвы, долго удерживающие влагу. Присутствие хлоридов в почвах приморских районов или в почвах, примыкающих к дорогам, где применяется антиобледенительная соль, тоже чревато проблемами. А органическая материя или сульфиды обеспечивают питательные вещества для микробиологической активности, что может вызвать микробиологическую коррозию (МБК). В большинстве случаев подходящим сплавом является марка 316L (UNS S31603). Но если агрессивные почвенные условия не могут быть смягчены применением хорошо дренируемого насыпного грунта, или они характеризуются наличием таких агрессивных сред, как хлориды,

14 | «НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г.

можно выбрать более коррозиестойкую

Коррозиестойкость нержавеющих

сталей в почвах и железобетоне

(Corrosion Resistance of Stainless Steels in Soils and Concrete). — Пьер-Жан Кунá (Pierre-Jean Cunat). — Можно бесплатно загрузить с веб-сайта www.worldstainless.org

НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ Опубликовано два новых стандарта AISC AISC (American Institute of Steel Construction) (Американский институт стальных

свойства нержавеющей стали в строительных, конструкторских и крупных инфраструктурных проектах, таких как мосты. Значение этих норм

конструкций) опубликовал два новых

велико, потому что это первые в США

стандарта для нержавеющей стали.

технические условия на несущие элементы

Стандарты ANSI/AISC 370-21

горячепрокатных и сварных секций

Спецификации для зданий из

конструкционной нержавеющей стали

(ANSI/AISC 370-21 Specification for

Structural Stainless Steel Buildings) и ANSI/

AISC 313-21 Типовые строительные нормы и правила для зданий из конструкционной нержавеющей стали (ANSI/AISC 313-21

Code of Standard Practice for Structural Stainless Steel Buildings) можно бесплатно загрузить с веб-сайта www.aisc.org/

большего сечения из нержавеющей стали. Стандарты ANSI используются инженерамипроектировщиками и во многих других регионах мира. В течение последних трёх лет Институт никеля и консультанты ассоциации Team Stainless Нэнси Бадду (Nancy Baddoo) (Институт стальных конструкций (Steel Construction Institute), Великобритания) и Кэтрин Хуска (Catherine Houska) совместно

publications/steel-standards/

с производителями нержавеющей стали

Эти долгожданные стандарты помогут

и производителями продукции из

инженерам, составителям спецификаций

нержавеющей стали тесно сотрудничали

на материалы и проектировщикам

с AISC в разработке этих важных новых

всесторонне использовать уникальные

стандартов.

Новый видеоматериал — никель, обеспечивающий чистую энергетику Институт никеля выпустил короткий

производителей, которая признаёт, что

развлекательный и динамичный

многое предстоит ещё сделать, и производит

видеоматериал, показывающий вклад никеля в технологии, которые помогают бороться с изменением климата. В этом видео отрасль производства никеля предстаёт промышленностью ответственных

продукцию, играющую критически важную роль в технологиях чистой энергетики. Этот видеоматериал можно посмотреть на канале YouTube и на веб-сайте nickelinstitute.org

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ UNS

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель»

C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30403 pg 11

0.03 max

18.020.0

-

bal

2.00 max

-

-

8.012.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

S30888 pg 2

0.03 max

19.522.0

0.50 max

bal

1.02.5

0.75 max

9.011.0

0.03 max

0.03 max

0.65 1.00

S31254 pg 14

0.020 max

19.520.5

0.501.00

bal

1.00 max

6.06.5

0.180.22

17.518.5

0.030 max

0.010 max

0.80 max

S31603 pg 5,10,11,14,16

0.030 max

16.018.0

-

bal

2.00 max

2.003.00

-

10.014.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

S32205 pg 14

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

S32750 pg 14

0.030 max

24.026.0

-

bal

1.20 max

3.05.0

0.240.32

6.08.0

0.035 max

0.020 max

0.80 max

«НИКЕЛЬ», т. 36, № 3, 2021 г. | 15

АЙВАН БААН (© IWAN BAAN)

ЛУЧЕЗАРНАЯ БАШНЯ АРТ-ЦЕНТРА LUMA ARLES Эта 56-метровая башня — совершенно поразительный знаковый объект во французском городе Арле. Её перекрученный фасад, вздымающийся из стеклянного цилиндра круглого

АДРИАН ДЕВИРДТ (© ADRIAN DEWEERDT)

сечения, облицован 11-ю тысячами несимметрично уложенных панелей из нержавеющей стали, перемежаемых стеклянными эркерами. Спроектированная лауреатом Притцкеровской премии архитектором Фрэнком Гери (Frank Gehry), она отдаёт должное окружающему пейзажу и тем, кто, возможно, стали в своё время самыми известными жителями Арля — римлянам и художнику Ван Гогу. Комплекс так называемого «творческого городка» располагается на месте бывшего железнодорожного депо, пустовавшего с 1986 г.

Цилиндрическое основание — это отсылка к двухъярусному римскому амфитеатру города Арля, построенному в 90 г. нашей эры. Сверкающие верхние уровни здания, облицованные нержавеющей сталью, навеяны «Звёздной ночью» Ван Гога, написанной им в 1889 г., когда он находился в психиатрической лечебнице Сен-Поль-де-Мозоль близ Арля.

16 «НИКЕЛЬ», | «НИКЕЛЬ»,т. т.36,36,№№3,3,2021 2021г. г.

Гери раскрыл своё видение башни: «Фасад

На облицовку здания пошло 220 т рельефной

нового здания навеян пиками известковых

нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603).

пород Малых Альп. Внешний вид здания

Рельефная нержавеющая сталь производится

меняется по мере продвижения вокруг него, так как каждая панель отражает свет по-своему. В выполненных в нержавеющей стали панелях здания одновременно видится

в процессе холодного проката, при котором на стальной лист наносится тиснение определённого образца. Процесс тиснения

ссылка и на традиционную для этого региона

ослабляет напряжение стального листа

каменную кладку, и на промышленное

и способствует достижению наибольшей

наследие именно этого места застройки».

отражательной способности.