«НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.

Никель обеспечивает устойчивое развитие Самопассивирующаяся сталь обеспечивает рост использования солнечных панелей Возобновляемая энергетика в блескесолнечнойконцентрированнойэнергии Системы «электромобиль-сеть» — то ли ещё будет! Как электромобили смогут питать электросеть «НИКЕЛЬ», т. 37, № 1, 2022 НИКЕЛЬг. ЖУРНАЛ ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ

2 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.2 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 25 НЕБОСКРЁБ КОМПАНИИ «АБДИ ИБРАГИМ» Примечательным примером итальянской архитектурной мысли является штабквартира фармацевтической компании «Абди Ибрагим» в Стамбуле. Во внутренних и внешних конструктивных элементах 25-этажного небоскрёба высотой 120 м и площадью 21 тыс. кв. м широко применялась никельсодержащая нержавеющая сталь. Для вертикальных щитов экстерьера здания, изготовленных из микроперфо рированных листов нержавеющей стали, была выбрана марка 316 (UNS S31600). Эти панели не только скрывают системы кондиционирования воздуха, но также фильтруют дневной свет, чем помогают созданию комфортных климатических условий рабочего пространства. Экраны на южных стенах небоскрёба, связанные с наклонно установленной цилиндрической конструкцией, также произведены из стали марки 316. В интерьере здания царит поражающая воображение подвесная лестница, имеющая выходы на три уровня атриума и создающая впечатление парения в пустоте. У неё всего лишь две точки крепления профилированными подвесками, которые охватывают нижнюю часть цилиндриче ских несущих элементов конструкции. Эти трубы диаметром 210,3 мм, а также попе речные штанги парапета диаметром 12 мм и 40-миллиметровые сварные трубчатые перила ограждения также выполнены в ста ли марки 316 с сатинированной финишной отделкой. Детали из нержавеющей стали, такие как ограждения, ворота, резные накладки и другие декоративные элементы интерьера, завершают оформление здания. Источник: Centro Inox/ Inossidabile 225 http://www.centroinox.it/ Небоскрёб компании «Абди Ибрагим» спроектирован архитекторами компании «Данте О. Бенини и партнёры» (Dante O. Benini & Partners), Милан. NICOLINI)(TONIНИКОЛИНИТОНИ

экологически чисты. Если же сомнения остаются, свяжитесь со службой технической помощи Института никеля. Мы будем рады вам помочь. Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель» Shares(%)КОЛОНКА РЕДАКТОРА: НИКЕЛЬ УСТОЙЧИВОЕОБЕСПЕЧИВАЕТРАЗВИТИЕ 4-х миллионномильная аккумуляторная батарея открывает возможность использования аккумуляторы —наэлектросети.электромобилейприпаркованныхдляпитанияЧитайтестатьюстр. 11«4-хмиллионномильныетолиещёбудет!». АГЕНТСТВОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕМЕЖДУНАРОДНОЕ—СЕКТОРАЭНЕРГЕТИЧЕСКОГОВСЕМИРНОГОДЛЯКАРТАДОРОЖНАЯГ.2050КБАЛАНСНУЛЕВОЙИСТОЧНИК: (2021)H.TEKINER-MOĞULKOÇ,&B.,BIBAK,ИСТОЧНИК:Электрическая мощность (ГВт) Доля (%) среднегодовойСовокупныйтемпроста(%) 2019 2020 2030 2040 2050 2020 2030 2050 2020-2030 2020-2050 Общая мощность 7484 7795 14933 26384 33415 100 100 100 6.7 50 источникиВозобновляемые 2707 2994 10293 20732 26568 38 69 80 13 75 Солнечнаяфотогальваническая 603 737 4956 10980 14458 9 33 43 21 10 Ветровая 623 737 3101 6525 8265 9 21 25 15 84 Гидро 1306 1327 1804 2282 2599 17 12 8 3.1 23 Биоэнергетика 153 171 297 534 640 2 2 2 5.7 45 Из которой Биоэнергетика со связыванием и хранением углерода 28 125 152 0 0 Неприменимо Неприменимо солнечнаяКонцентрированнаяэнергия 6 6 73 281 426 0 0 1 28 15 Геотермальная 15 15 52 98 126 0 0 0 13 74 Морская 1 1 11 32 55 0 0 0 34 16 Аккумуляторная|батареяэлектромобиляДвустороннийЭлектрошнур|длязарядкипотокэнергии между электромобилем и энергосетью УПРОЩЁННАЯ СХЕМА «ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ-СЕТЬ»СИСТЕМЫ(V2G) Счётчик| / Электросеть

источников энергии на создание необходимых электрогенерирующих мощностей. Свойства никеля, используемые в нержавеющих сталях, аккумуляторных батареях, никелевых сплавах и низколегированных сталях, вносят свой вклад в каждую из технологий возобновляемой энергетики. В этом выпуске журнала мы обращаем особое внимание на солнечную энергетику — как на фо тогальваническую, так и на концентрированную солнечную. Согласно плану развития, к 2050 г. этим технологиям предстоит стать значительным источником возобновляемых ресурсов. Сочетание возобновляемой энергетики и электромобилей привлекательно особо. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, в 2020 г. львиная доля эмиссий парниковых газов пришлась на транспорт. С целью повышения привлекательности электромобилей проводится большая работа по созданию высокоёмких аккумуляторов длительного срока пользования. Мы расскажем о проводящихся в Канаде разработках,

т. 37, № 2, 2022 г. | 3

«НИКЕЛЬ», Никель играет критически важную роль в обеспечении успеха низкоуглеродной возобновляемой энергетики, которая нам крайне необходима для борьбы с изменениями климата. «Дорожная карта» — план развития, сформулированный Международным энергетическим агентством для достижения нулевого баланса выброса парниковых газов к 2050 г., — определяет влияние различных технологий на основе возобновляемых обещающих создание 4-х миллионномильной аккумуляторной батареи. Работа Института никеля всецело посвящена тому, чтобы способствовать правильному использованию никельсодержащих материалов. Если вас заинтересовали различия между внимание при поиске альтернативных и, возможно, менее дорогих материалов. Знание свойств разных семейств нержавеющей стали поможет как избежать дорогостоящих ошибок, так и убедиться в том, что указанные в спецификации материалы

марками нержавеющей стали, тогда переходите прямо к нашей статье на стр. 12, подсказывающей, на что стоит обращать

4 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. Как вовремя узнать, что вашим растениям требуется полив? Исследователи из Бразилии создали портативный датчик для листьев растений, произведённый из никеля, осаждённого в виде узкой волнистой структуры. Он может обнаружить потерю воды на ранней стадии. В журнале Американского химического общества ACS Applied Materials & Interfaces («Прикладные материалы и интерфейсы»), исследователи сообщают, что они прикрепили металлические электроды к живым растениям в теплице. Устройство передало данные по каналу беспроводной связи на приложение в смартфоне и на вебсайт, а простой и быстрый алгоритм машинного осмысления успешно конвертировал эти данные в показатель процента водопотери. Доказав надёжность работы этих устройств в закрытом помещении, учёные теперь протестируют их на открытом воздухе, чтобы определить, когда растениям будет необходим полив — это потенциально сэкономит ресурсы и повысит урожай. Листва хочет пить? SOCIETY)CHEMICAL(AMERICANОБЩЕСТВОХИМИЧЕСКОЕАМЕРИКАНСКОЕЖурнал «Никель» издается Институтом никеля Д-рwww.nickelinstitute.orgХадсонБейтс(Hudson Bates), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), ПарвинАвторыcommunications@nickelinstitute.orgредакторстатей:Адели(ParvinAdeli),ПарулЧабра(Parul Chhabra), Гари Коутс (Gary Coates), Ричард Матесон (Richard Matheson), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Филип Сонг (Philip Song), 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 Отпечатано0829-8351вКанаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group. Графические Материалы Предоставлены: Обложка: Istock©Xijian Стр. 5 Shutterstock Rich T Photo Стр. 6. Istock©Jiang Suying Стр. 9 Istock©Simonkr СОДЕРЖАНИЕ НИКЕЛЬ ФАКТЫЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ02 Пример из практики № 25 Небоскрёб компании «Абди Ибрагим» 03 Колонка редактора Никель обеспечивает устойчивое развитие 04 ЗанимательныеНикель. факты 06 Самопассивирующаяся сталь Фотогальванические монтажные системы 08 солнечнаяКонцентрированнаяэнергия Возобновляемая энергетика 11 4-х аккумуляторымиллионномильные Системы «электромобиль — сеть» — то ли ещё будет! 12 Выбор никелевого сплава Всё в семью 14 Технические вопросы и ответы 15 Новые публикации Обновлённые публикации ИНКО (INCO). Основа для «обоев» со сплавами никель-хром-молибден. Как выявить эмиссии парниковых газов. 15 Выдержки из Универсальной системы металловобозначенийисплавов 16 Скамья «Орегонский дракон» Инновационная объёмная печать

2011 г. Данные можно прочесть с помощью смартфона или другого устройства. Они дают отсылку на 14-значный номер в файлах лаборатории Wada Precision. Если идея найдёт отклик, целью станет распространение её среди конкурирующих производителей стоматологических протезов с дальнейшим расширением и использованием её по всей территории страны в качестве элемента социальной инфраструктуры.

Экстра экстракт! Новая технология биовыщелачивания, позволяющая извлекать из шахтных отходов такие минералы, как никель и кобальт, произвела сенсацию. Расположенная в Торонто, Канада, компания BacTech Environmental Corp., открыла опытное предприятие на севере Онтарио, где в районе Большого Садбери находится 75-100 млн тонн шахтных отходов. Породы шахтных отвалов, которые, как правило, являются бросовым продуктом, будут помещаться в биореакторы из нержавеющей стали, где в течение шести дней бактерии станут отделять ценные металлы от скальных пород, «буквально атакуя их», — говорит г-н Росс Орр (Ross Orr), руководитель компании BacTech. Высокий спрос на аккумуляторы для электромобилей повысил ценность таких минералов, как никель и кобальт, и сделал этот процесс более рентабельным. Поскольку каждый реактор работает автономно, масштаб производства может быть легко увеличен. Достижение в области топливных элементовe Никель с покрытием из углеродного волокна оказывается решением проблемы создания водородного топливного элемента, полностью свободного от драгоценных металлов. Команда исследователей из Висконсинского университета в Мадисоне, а также Корнеллского и Уханьского университетов разработала электрокатализатор на основе никеля с оболочкой из легированного азотом углерода толщиной в 2 нанометра. Это революционное достижение, использующее анод из Ni@CNx совместно с катодом из кобальт-марганцевой шпинели, показало рекордное пиковое значение удельной мощности, превышающее 200 МВт/см 2 . Ni@CNx продемонстрировал продолжительность срока службы, превосходящую срок службы катализатора из наночастиц никеля благодаря повышенной сопротивляемости к окислению, обеспечиваемой слоем CNx. По мнению исследователей, «топливным элементам не нужно специальное отделение для удаления монооксида углерода (угарного газа); в них может использоваться менее очищенный водород, что ещё больше снижает затраты». INSTITUTERESEARCHDENTALPRECISIONWADAИНСТИТУТНАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙORR)(ROSSОРРРОСС «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. | 5 Малюсенькаяименнаяметка Производитель стоматологических протезов из Японии, лаборатория Wada Seimitsu

Dental Laboratory, стала предоставлять услуги по прикреплению именной метки к протезам, чтобы облегчить установление личности владельца в случае катастрофы. На малюсенькой пластинке из хромоникелевого сплава, прикреплённой к внутренней стороне вставки, выгравированы фамилия и двумерный код зубоврачебной клиники, поставившей протез. Для большего удобства метка покрыта пластиком. Эта простая идея возникла после Великого восточно-японского землетрясения

6 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. САМОПАССИВИРУЮЩАЯСЯ СТАЛЬ НА ГРЕБНЕ ПОПУЛЯРНОСТИ Детали из самопассивирующейся стали для фотогальванических систем подачи.HTTP://M.CHINACORTEN.COM/LTD).CO,TRADEMULTINATIONAL(TIANJIN)GNEE(©LTDCO,TRADEMULTINATIONAL(TIANJIN)GNEEКОМПАНИЯ «Солнечные фермы», дающие новый урожай — солнечную энергию, расцвели по всему земному шару. Фотогальванические (ФГ) системы, собранные из солнечных панелей, быстро становятся самыми узнаваемыми из всех технологий использования возобновляемых источников энергии. Типовая панель ФГ состоит из двух слоёв, вставленных в раму из сплава, — слоя кристаллического кремния, специально предназначенного для солнечных батарей, и защищающего его слоя стекла. Хотя никель и не играет непосредственную роль в обуздании солнечной энергии системами ФГ, его присутствие может оказаться крайне важным для обеспечения их функционирования опосредованно: он используется в крепёжных конструкциях, наводящих солнечные панели на солнце для оптимального светопоглощения.

Монтажные конструкции состоят из свай для монтажа на земле, опор, колонн, рельсов, фиксаторов и прочих приспособлений для сборки. Ключевыми свойствами материалов для кронштейнов солнечных панелей являются прочность, ударная вязкость и сопротивляемость коррозии. Они должны быть износостойкими, чтобы обеспечить проектный срок службы солнечной панели — около тридцати лет — с минимальными затратами на обслуживание и отсутствием негативного воздействия на окружающую среду. Обычно монтажные кронштейны для ФГ систем производятся из алюминия, горячеоцинкованной стали и иногда из нержавеющей стали, но в последнее время в Китае для этой цели всё больше выбирается самопассивирующаяся сталь, которую часто называют сталь COR-TEN®. Материалы — за и против В Китае около 50% монтажных кронштейнов для ФГ панелей производится из горячеоцинкованной стали, а 40% из алюминия. Меньшее количество делается из нержавеющей стали или пластика, армированного стекловолокном. По сравнению с горячеоцинкованной сталью прочность на разрыв алюминия относительно низка; он хотя и обладает хорошей сопротивляемостью коррозии, но требует высоких затрат. К тому же для повышения коррозиестойкости алюминий нуждается в поверхностной обработке. Он, как правило, используется в ФГ панелях для жилых домов, где низка аэродинамическая нагрузка и не требуется частого обслуживания и ремонта. Горячеоцинкованные стали обладают более высокой прочностью и обычно используются в местах с высокой аэродинамической нагрузкой. Горячая гальванизация необходима для улучшения коррозиестойкости, но требует регулярного технического обслуживания и сопряжена с экологическими рисками. Нержавеющая сталь также годится для монтажных структур ФГ, обладая превосходной прочностью и сопротивляемостью коррозии по сравнению с другими материалами, однако она дороже и, следовательно, применяется не так широко. В Китае самопассивирующаяся сталь была недавно использована в нескольких получивших особый резонанс конструкциях с применением ФГ систем и имеет хорошие перспективы более широкой эксплуатации.

2, 2022 г. | 7

«НИКЕЛЬ», т. 37, №

Это высокопрочная сталь, легированная небольшими добавками хрома, меди и никеля, на поверхности которой образуется оксидный слой, устойчивый к растрескиванию (потере металла посредством отслаивания ржавчины). Она демонстрирует лучшую сопротивляемость атмосферной коррозии по сравнению с обычными углеродистыми сталями и не требует нанесения защитного слоя — например, окрашивания или гальванизации. Преимущество самопассивирующейся стали по сравнению с алюминием и горячей гальванизацией состоит в более низкой стоимости и отсутствии необходимости в техническом обслуживании. Новый китайский стандарт на кронштейны для ФГ панелей NB/T 10642-2021 оговаривает самопассивирующуюся сталь в качестве одного из рекомендуемых для ФГ материалов. Даже несмотря на то, что количество никеля в самопассивирующейся стали невелико (около 0,1 – 0,65%), общий тоннаж пойдущего туда никеля может оказаться большим, если принять во внимание, сколько солнечных панелей предстоит установить в грядущие десятилетия. Это относительно небольшое количество никеля жизненно необходимо для достижения

значительнуюющиесяследаприоритетовлогий.себямонтажныхпика.ипономвционныхИспользованиеческойсталиществкомпаниями,проектныминимаемыхСвсамопассивирующейсякоррозиестойкостистали,используемоймонтажныхкронштейнахдляФГпанелей.ростоммаркетинговыхмер,предпри-сталепрокатнымизаводами,институтамиитехническимирастётпониманиепреиму-использованиясамопассивирующейсяповсейпроизводственно-технологи-цепочке.новыхматериаловииннова-технологийвКитаестимулируетсясоответствиисXIV-ымпятилетнимпла-вобластистратегийчистойэнергетикидостижениюуглероднойнейтральностиускоренномупрохождениюуглеродногоСамопассивириющиесясталивструктурахФГзарекомендовалиоднойизтакихэффективныхтехно-АпосколькувКитаевчисловысшихвходитснижениеуглеродногозданийиконструкций,самопассивиру-сталииникельбудутигратьвэтомроль. HTTP://M.CHINACORTEN.COM/LTD).CO,TRADEMULTINATIONAL(TIANJIN)GNEE(©LTDCO,TRADEMULTINATIONAL(TIANJIN)GNEEКОМПАНИЯ

8 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.

НТЭ, относятся к системам первого поколения, тогда как системы КСЭ, установленные в настоящее время, называются системами второго поколения.

Снижение эмиссий CO2 , связанных с энергетическим сектором, имеет кардинально важное значение для ограничения изменения климата. При этом основными движущими силами, способствующими требуемому сокращению выбросов углерода, являются возобновляемая энергетика и энергоэффективность. Концентрированная солнечная энергия (КСЭ) — это одна из технологий использования возобновляемых источников энергии, которой в обозримом будущем суждено значительно вырасти. Чтобы превзойти конкурентов, ей необходимо будет обеспечивать поставки энергии по конкурентоспособной цене. В технологии концентрированной солнечной энергии используются зеркала, отражающие, концентрирующие и фокусирующие солнечный свет на энергопринимающем устройстве, которое собирает и передаёт солнечную энергию жидкому теплоносителю. Он может использоваться непосредственно для поставки тепловой энергии по целевому назначению конечному пользователю либо для генерирования электричества с помощью обычных паровых турбин. Технология КСЭ в сочетании с накопителями тепловой энергии (НТЭ) даёт возможность непрерывно поставлять энергию и в пасмурные дни, и в предрассветные часы, и после заката солнца. Ранние системы КСЭ, использовавшиеся без

Никель в поколениях систем концентрированной солнечной энергии Рабочие температуры, достаточно высокие для выработки энергии станциями КСЭ, можно поддерживать только в районах мира с высоким прямым солнечным излучением. В настоящее время используются две различные технологии КСЭ — параболоцилиндрический концентратор либо «электростанция с центральной башней». Никельсодержащие нержавеющие стали и сплавы на никелевой

СОЛНЕЧНАЯКОНЦЕНТРИРОВАННАЯЭНЕРГИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА УсловнаясистемаПараболоцилиндрическаяиспользуетотражатели,фокусирующиесолнечноеизлучениеназаполненнуюжидкостьютрубуэнергоприёмника,почтивсторазувеличиваяегоконцентрацию.параболоцилиндрическаястанция,использующаясинтетическоемасло ENERGY)RENEWABLE&EFFICIENCYENERGYOFOFFICE(USСШАЭНЕРГЕТИКИВОЗОБНОВЛЯЕМОЙИЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИОТДЕЛ NREL/SAM Накопителитепловойэнергии Параболоцилиндры электропередачиЛинии охлаждениемсКонденсаторвоздушным Теплообменник Теплоприёмник Генератор/турбина

В технологии концентрированной солнечной энергии (КСЭ)

используются зеркала, отражающие, концентрирующие и фокусирующие солнечный свет на энергопринимающем устройстве, которое собирает и передаёт солнечную энергию жидкому теплоносителю..

NREL/SAM Технология

высокой эффективности, чем параболоцилиндрическихтехнологиясистем. Теплообменник-накопитель Параболоцилиндры электропередачиЛинии охлаждениемсКонденсаторвоздушным Теплоприёмник-гелиостат Парогенератор Накопителитепловойэнергии Генератор/турбина

основе играют ключевую роль в этих технологиях, так как они способны выдерживать высокие температуры и агрессивную среду соляных расплавов, сопротивляться воздействию ветра и эрозии почвы в жестоких климатических условиях пустыни, и к тому же с ними легко работать. Параболоцилиндрическая система использует отражатели, фокусирующие солнечное излучение на заполненную жидкостью трубу энергоприёмника, почти в сто раз увеличивая его концентрацию. Полученная таким образом тепловая энергия используется для генерирования пара, вращающего турбину генератора. В качестве жидкого теплоносителя могут быть использованы синтетические масла или соляные расплавы. В теплообменниках вода превращается в пар, приводящий в движение обычные турбины. В зависимости от природы используемого жидкого теплоносителя параболоцилиндры могут достигать рабочих температур от 393 °C до 550 °C (739 °F до 1,022 °F). Трубы энергоприёмника производятся из термостойкой никельсодержащей нержавеющей стали. Они покрыты селективным слоем и запечатаны в боросиликатную стеклянную трубу с вакуумной изоляцией. Одним из преимуществ никельсодержащей нержавеющей стали является лёгкость, с которой можно произвести её тонкополированную финишную обработку, что гарантирует механическую стойкость покрытия. К тому же нержавеющая сталь справляется как с температурными перепадами в пустынях, вызывающими образование конденсата и повышающими риск ржавления, так и с высокими рабочими температурами. Технология «электростанция с центральной башней» в качестве центрального энергоприёмника использует гелиостаты.

«НИКЕЛЬ», т. 37, №

Гелиостаты, являющиеся управляемыми компьютером зеркалами, отслеживают солнце вдоль двух осей координат и фокусируют солнечную энергию на центральном энергоприёмнике, расположенном на вершине башни. Нагреваемая там жидкость используется для производства пара и приведения в действие электрогенераторов. Трубы энергоприёмника должны отвечать многочисленным требованиям: противостоять механическому сопротивлению и трению, выдерживать перепады температур цикла работы в высокотемпературной среде и простоя в холодное (ночное) время, а также обеспечить ожидаемый срок службы от 25 до 35 лет. В настоящее время только никелевые сплавы способны отвечать этим условиям. Сплав 625 (UNS N06625) с почти 61%-ым содержанием никеля — это стандартная марка, обычно применяемая в данной технологии; в качестве альтернатив ему рассматриваются сплав 800HT (N08811), 30–34% никеля, либо сплав 230 (N06230), 47–65% никеля. Принцип работы энергоприёмника солнечной электростанции с центральной башней В данной технологии в качестве жидкого теплоносителя может использоваться соляной расплав. Соль удерживает больше энергии, чем субстанции, являющиеся жидкостями при комнатной температуре. Соляной расплав легче и эффективнее хранить в резервуарах, что позволяет использовать его круглые сутки для выработки энергии. Им также легче пользоваться в вертикальной конструкции системы «центральная башня», чем в преимущественно горизонтальной схеме размещения параболоцилиндрической системы. В настоящее время во введённых в эксплуатацию системах «центральная башня» используются хранилища как систем «центральная башня» может достичь более высоких температур (между 500 °C и 1,000 °C (932 °F и 1,832 °F)) и более

2, 2022 г. | 9

ровать с помощью подъёма температуры в системе. Исследование систем КСЭ третьего поколения показывает, что, наряду с другими возможностями, этому будет способствовать введение в цикл насыщенной углекислоты. Следовательно, для разработки концепции системы, способной показать и опытноконструкторских работ, признание возможностей хранения и гибкости второго поколения КСЭ, снижение их стоимости и увеличение масштабов этой индустрии». Международное агентство по энергетике. Отчёт о состоянии дел в КСЭ – ноябрь 2021 г.

10 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.

по сравнению с генерированием энергии на основе традици онных Анализисточников.капитальных затрат подсистем КСЭ, эффективности энергетики и границ интеграции указывает на то, что первые два поколения технологии КСЭ вряд ли смогут достичь целевого показателя УЗЭ в 5 центов за киловатт-час. Однако в настоящее время эту цель преследуют системы

климата.ценнуюблистатьскорееоценить.поколенияэтихкоманёвра.этойняютсяуглекислогоналогамивысокимзатратКбезростсвойствлитемпературытакоймереитеплоносителя,эффективность, максимальныеэкономическуютемпературыхранилищатеплоэнергииэнергоприёмникадолжныбытьвравнойувеличены.Посколькудлядостиженияповышеннойэффективностивырастутистрессовыенагрузки,врядэтополучитсябезнепревзойдённыхникелевыхсплавов.Кажется,чтоэффективностинеможетпроизойтиболеевысоколегированныхматериалов.томужеобременениеусреднённыхнаэлектроэнергиюизисточниковсуглероднымследом«углеродными»(налогинаколичествовыбросовгаза),которыенераспространаКСЭ,скореевсегопредоставитформеэнергетикипространстводляТемнеменеепройдётещёнескольлет,покаэкономическуюэффективностьэкспериментальныхсистемтретьегоможнобудетдействительноВышесказанноеговоритотом,чтовсегоникельещёдолгиегодыбудетнаэтойнивеипродолжатьигратьрольвограниченииизменения«Однако инвестиции последнего времени в мощности КСЭ недостаточны для достижения проектных целей введения мощностей к 2050 г. Необходимы усилия по поддержке исследовательских

кг Ni/MW и свыше 1300 кг Ni/MW в теплоприёмнике центральной башни и цистернах с расплавом солей. (DEWA))AUTHORITYWATERANDENERGY(DUBAIДУБАЙХОЗЯЙСТВАВОДНОГОИЭНЕРГЕТИКИУПРАВЛЕНИЕ

В трубах параболоцилиндратеплоприёмникавотделении Noor 1 солнечной электростанции им. Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума (Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park) в Объединённых Арабских Эмиратах использовано около 800

горячего (565 °C), так и холодного (290 °C) соляного расплава. Первые производятся из никельсодержащей нержавеющей стали для лучшей термо- и коррозиестойкости, а вторые выполняются в углеродистой стали. На пути к третьему поколению К 2030 г. величина усреднённых затрат на электроэнергию (УЗЭ), произведённую станциями КСЭ в странах G20, скорее всего снизится на 35% — до 8,6 центов США за киловатт-час (кВч) с расчётной стоимости 13,2 цента/ кВч в 2018 г. Переход с первого на второе поколение КСЭ позволил снизить УЗЭ с 21 до 9 центов/ кВч, при этом воз росло использование никеля. По мнению Департамента энергетики США, стоимость в 5 центов США за киловатт-час является той точкой отсчёта стоимости, с которой производство солнечной энергии становится конкурентоспособным КСЭ третьего поколения. Ключом к решению этой задачи является эффективность цикла энергетиче ской установки, которую можно максимизи

«НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. | 11 Идея системы «электромобиль-сеть» (или V2G) состоит в использовании аккумуляторов сделают«миллионномильнаяподзарядки»прорывов,зависетьнапряженияэнергиюмерекотораярешенийлиэнергииболееуправлениевозобновляемыхэлектросети.обеспечивалиэлектричествапринималиэлектромобилейприпаркованныхстем,чтобыонинахранениеизбытокитемсамымрезервпитанияСиспользованиемисточниковэнергииэлектросетямистановитсясложным,потомучтоналичиезависитоттого,светитсолнцеидуетливетер.ОднимизможетстатьсистемаV2G,будетвсостояниивполнойиспользоватьвозобновляемуюилучшеуправлятьколебаниямивсети.Онабудетоттакихтехнологическихкактехнология«умной(smartcharging)ибатарея»,которыеэтусистемувозможной. (TESLA)ТЕСЛА 4-Х АККУМУЛЯТОРЫМИЛЛИОННОМИЛЬНЫЕ—ТОЛИЕЩЁ БУДЕТ! КАК ЭЛЕКТРОМОБИЛИ СМОГУТ ПИТАТЬ ЭЛЕКТРОСЕТЬ Значительные технологические новшества в литий-ионных аккумуляторных батареях с их и без того чрезвычайно продолжительным сроком службы — важная новость для системы «электромобиль-сеть» (vehicle-to-grid (V2G)). Они заключаются в том, что технология «умной подзарядки» (smart charging) обеспечивает возможность возвращения энергии из аккумулятора электромобиля назад в электросеть. Этот двусторонний поток позволит солнечной и ветровой энергии храниться в аккумуляторах электромобилей и в нужный момент передаваться в электросеть. Группа исследователей из канадского университета Далхаузи, возглавляемая профессором Джеффом Даном (Professor Jeff Dahn), учёным в области аккумуляторных батарей с мировым именем и Председателем правления компании NSERC/Tesla Canada, уже разработала и продемонстрировала аккумуляторы со сверхдолгим рабочим ресурсом, которого хватает на 4 млн миль (почти на 6 млн км). После того как г-н Дан опубликовал статью общего доступа в «Журнале электрохимического общества» (Journal of the Electrochemical Society (JES)), в заключении к которой говорилось: «Электроэлементы этого вида должны быть в состоянии питать электромобиль на протяжении более, чем 1,6 млн км (1 млн миль), и затем работать в сети накопления энергии по крайней мере лет двадцать», в оборот вошёл термин «миллионномильная батарея» (“Million Mile” battery). Этот результат был достигнут с помощью электроэлементов с катодом из монокри сталлического LiNi0.5Mn0.3Co 0.2O2 (NMC532) и графитным анодом, испытание которых началось в октябре 2017 г. Оно продолжа ется до сих пор — элементы работают при комнатной температуре в непрерывном цикле в течение 4,5 лет со всего лишь ~ 5% ухудшением характеристик в соотношении 1C:1C. В своей публикации в журнале JES 2022 года коллектив проф. Дана также продемонстрировал воздействие верхнего предельного напряжения заряда батареи, придя к заключению, что «электроэлементы NMC811/графит только выиграют в плане огромного повышения рабочего ресурса, если будут работать при ограничении предельного напряжения заряда в 4,06 В; тогда при температуре 20–30 °C можно будет достичь многолетней (в течение десяти летий) продолжительности срока службы, при условии, что выбран графит самого лучшего качества». Авторы указали, что электроэлементы NMC532, сбалансирован ные и заряженные до 3,8 В, демонстрируют «лучшую кулоновскую эффективность, меньшее затухание ёмкости и более высокую величину удельной электроёмкости по сравнению с литий-железо-фосфатными ба тареями (LFP). По прогнозам, их срок работы при температуре 25 °C будет приближаться к ста «Тогдагодам».какдля

потребуется более 10 тыс. циклов, поскольку во время парковки они будут периодически заряжаться и разряжаться», — сказал проф. Дан. Если взглянуть более масштабно, долгосроч ной целью неизбежно является не столько способность электромобиля проездить миллионы миль, сколько возможность интегрировать автомобильный аккумулятор в систему «электромобиль-сеть», используя ёмкость аккумуляторных батарей транспорт ных средств, которые бóльшую часть дня стоят «на приколе», для хранения солнечной и ветровой энергии.

аккумулятора электромобиля вполне достаточно 800 [циклов] (100%-ная глубина разрядки), для транспортных средств, работающих в системе «электромо биль-сеть»,

12 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.

ратурах, и губительные микроструктурные изменения могут произойти при повышен ных температурах, начиная с 270 °C. Ещё одна сложность состоит в том, что в каждой подгруппе семейства существует множество разных сплавов, что создаёт трудности, когда формируется пакет поставок, состо ящий из изделий разных размеров и форм. Доля современных легированных азотом дуплексных марок в общем объёме рынка, которая, как широко ожидалось, должна была значительно вырасти, все последние 10 лет колеблется в районе всего 1% из-за сложности Стали 200-ой серии Вот уже 70 лет существуют нержавеющие стали 200-ой серии, являющиеся полностью аустенитными. В них содержится более высокое количество марганца, поэтому доля никеля может быть снижена, но не полностью исключена. Сегодня большинство продукции 200-ой серии — это низколегиро ванные хромом сплавы с содержанием этого металла, как правило, от 12% до 16%. Это можно сравнить с минимальным содержа нием хрома 17,5% в сплавах марки 304, что способствует их более высокой сопротивляе мости коррозии. Тогда же, когда нужна лишь минимальная коррозиестойкость, стали 200-ой серии могут найти своё достойное применение. Во время холодной штамповки 200-ой

их использования.

серии очень быстро упроч ВЫБОР НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ВСЁ В СЕМЬЮ 400-ая20,8%серия 300-аяДуплекс1%Прочие0,3%серия56,8%200-ая21,1%серияSTAINLESSWORLDАССОЦИАЦИЕЙПРЕДОСТАВЛЕНЫЛЮБЕЗНОЦИФРЫ Процентное сталипроизводствасоотношениенержавеющейпосемействам(2021г.)

сплавы

Как можно улучшить изделие и можно ли, сохранив качество, удешевить его? Все — от инженеров-проектироващиков до руководителей производств и покупателей — задаются такими вопросами. Учёт этих важных факторов даёт возможность компании на шаг опережать своих конкурентов. Когда же в состав изделия входит нержавеющая сталь, разработчики спецификаций товара могут решить остановить свой выбор на другом сплаве — возможно, том, что подешевле. Зачастую это означает выбор сплава из другого семейства нержавеющих сталей. Итак, что же именно необходимо брать в расчёт при смене семейства сплава для конкретной продукции? Семейство дуплексных сплавов У дуплексного семейства (аустенитно-фер ритного) показатели предела текучести и прочности на растяжение намного выше, чем у аустенитных и ферритных сталей по отдельности, поэтому к нему проявля ется большой интерес тогда, когда за счёт повышенной прочности можно уменьшить толщину стенок танкера или контейнера высокого давления. Ковкость сталей этого семейства ниже, но, тем не менее, в общем остаётся относительно высокой. Но если важна способность к деформации, форму емость стали, то повышенная прочность может стать и недостатком. Сварка тоже может создать проблемы — не потому, что её выполнить тяжело, но сам её процесс отличается от процесса сварки аустенитных сплавов, которым сварщики владеют намно го лучше. Существует также значительная разница, и это стоит иметь в виду, даже в технологиях сварки разных подгрупп стали одного и того же семейства — например, малолегированных дуплексных, стандарт ных дуплексных и супердуплексных. Важна также рабочая температура предполагаемого процесса, так как дуплексные сплавы имеют некоторые ограничения. Ферритная фаза становится хрупкой при криогенных темпе

2, 2022 г. | 13

они используются в форме листовой стали (толщиной ≤ 4 мм), так как крайне высокий рост зерна металла может оказаться проблемой в более толстых пластинах, особенно во время сварки. Так же, как и в случае с дуплексными сталями, ферритная фаза

теплового расширения и немногим более высокая теплопроводность ферритных Еслисталей.вы думаете о переходе с одного сплава нержавеющей стали на другой, принадлежащий ли тому же семейству стали, относящийся ли к другому семейству, Служба технической поддержки Института никеля сможет предоставить консультацию по его конкретному применению в режиме www.inquiries.nickelinstitute.org«он-лайн». (JUV),ULTRAVACJOHNSENКОМПАНИЯ CO.TUBEPLYMOUTHКОМПАНИЯ Пучок труб, выполненных в суперферритной нержавеющей стали Sea-cure® (UNS S44660), используется для охлаждения неочищенной нефти, поступающей из соляных куполов — природных подземных хранилищ СварноенефтяногоСтратегическогорезерваСША.оборудование,такое как эта барокамера, состоящая из деталей различной формы, металла самой разнообразной толщины и имеющая тщательно отполированную финишную поверхность, легче всего производится из аустенитной нержавеющей стали 300-ой серии.

«НИКЕЛЬ», т. №

чиков спецификаций ферритное семейство, это перспективой низкой стоимости, так как эти стали вообще не содержат или содержат очень мало никеля. Однако производствен ные расходы здесь, как правило, выше, чем у аустенитных сталей,

37,

няются наклёпом, что иногда приводит к холодному растрескиванию намного позже обработки. В эти сплавы часто добавляется медь, чтобы снизить скорость низкотемпе ратурного упрочнения. Поэтому выбирать сплавы 200-ой серии с низким содержанием хрома надо очень тщательно, убедившись, что они имеют требуемую сопротивляемость коррозии и подходящие технологические свойства. Ферритные нержавеющие стали Производство ферритных нержавеющих сталей возникло после того, как более 110 лет назад были открыты их уникальные свойства. Содержание хрома в этом семействе колеблется от абсолютного минимума в 10,5% до почти 30%. Чаще всего имеет свои ограничения как при низких, так и высоких температурах. Чем первоначально привлекает многих разработ а ограничения по толщине, в использовании при различных температурах и свариваемости сократили рост их применения. Фактически, с 2010 г. производство семейства ферритных нержа веющих сталей снизилось в процентном соотношении к общему производству почти на 30%. Как и при любой возможной смене материала важно понимать, как каждое из свойств сталей влияет и на их изготовление, и на конечное использование. Однако существует множество подходящих областей их надлежащего применения — например, тонкостенные трубы теплообменников, где могут выше цениться более низкий коэффи циент

сплавов, обладающих большей коррозиестойкостью.Всенержавеющие стали содержат определённый минимум и максимум хрома, молибдена и азота. Таким образом, их фактический показатель устойчивости к точечной коррозии будет зависеть от конкретного содержания этих элементов. Например, нижеприведённая таблица демонстрирует процентное содержание минимального и максимального количества Cr, Mo, и N для различных марок никельсодержащих нержавеющих сталей в соответствии со стандартной спецификацией ASTM A240 и их расчётные минимальные и максимальные показатели СледуетPREN.

PREN никельсодержащей супердуплексной марки 2507 должен быть равен 41. углублённое обсуждение темы можно найти в нашей

PREN

PREN для

14 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. ВО СПРОСИ ЭКСПЕРТА ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ НИКЕЛЯРЕКОМЕНДАЦИЙТЕХНИЧЕСКИХИНСТИТУТА 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 «НИКЕЛЬ»ЖУРНАЛ ОНЛАЙН Гир Мо (Geir Moe), лицензированный инженер, является координатором Службы технической консультации Института никеля. Наряду с стали,таких,консультациибесплатноникель,пользователитехническойзаинтересованнымникельсодержащихпользователяммира,находящимисяспециалистами-материаловедами,другимивразныхстранахГирМопомогаетконечнымиспецификаторамматериалов,вполучениипомощи.Длятого,чтобысуверенностьюприменялиэтакомандавсегдаготовапредоставлятьтехническиепоширокомурядутем,например,какнержавеющиеникелевыесплавыиникелирование 14 «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, г. В.: Я слышал, что существует эквивалентный показатель устойчивости к точечной коррозии (Pitting Resistance Equivalent Number (PREN)) для нержавеющих сталей. Как его использовать при выборе материала? О.: PREN — это формула, позволяющая классифицировать сопротивляемость началу питтинговой коррозии различных марок нержавеющей стали, в основе которой лежит их состав. Существует много формул, разработанных для различных семейств нержавеющей стали, которые показывают соотношение состава стали и результатов испытаний на склонность металла к точечной коррозии. Наверное, самой известной является следующая формула для никельсодержащих нержавеющих PREN=%Crсталей:+3.3%Mo + 16%N

Сама по себе эта формула не может применяться для конечного выбора материала для конкретной среды. Но если уже используемый сплав нержавеющей стали не справляется с питтинговой коррозией, можно применять определения подчеркнуть, что хотя PREN часто используется для сравнения сплавов, он основывается только на их составе, при этом не учитываются прочие факторы, влияющие на питтинговую коррозию. В число таких факторов входит гетерогенность или наличие в микроструктуре сегрегаций, шероховатость поверхности или количество существующих включений. Опыт эксплуатации показывает, что нержавеющая сталь с показателем PREN ≥ 40 считается коррозиестойкой в морской воде. Таким образом PREN может использоваться как инструмент контроля качества, позволяющий удостовериться, что конкретный материал действительно производится с показателем PREN, превышающим 40. Например, согласно ASTM A240, минимальный показатель

Более

публикации «Нормы применения нержавеющей стали и никельсодержащих сплавов в воде» (11003) (Guidelines for the use of stainless steel and nickel-containing alloys in water (11003)). %Mo %N %Ni (minPREN–max) Марка 304L 17,5–19,5 8,0–12,0 17,5–19,5 Марка 316L 16,0–18,0 2,00–3,00 10,0–14,0 22,6–27,9 Марка 2205 22,0–23,0 3,0–3,5 0,14–0,20 4,5–6,5 34,1–37,8 Марка 2507 24,0–26,0 3,0–5,0 0,24–0,32 6,0–8,0 37,3–47,6 S31254 19,5–20,5 6,0–6,5 0,18–0,25 17,5–18,5 42,2–46,0

2, 2022 г. | 15

металлического никеля и связанного с этим углеродного следа всего производственного цикла

количестве

«НИКЕЛЬ», т. № Обновлённые публикации ИНКО (INCO). Двадцать две важные технические публикации, когда-то изданные компанией ИНКО и много лет хранившиеся Институтом никеля, переизданы в новой редакции. Улучшилось электронное качество справочных пособий, добавлена функция контекстного поиска во всех публикациях. Оригиналы публикаций были написаны экспертами в своих областях, и представленная ими информация не теряет актуальности и сегодня. Эта высококачественная техническая информация позволит специалистам-практикам с уверенностью работать с никельсодержащими материалами и поможет наиболее полно использовать предоставляемые этими материалами преимущества в широком спектре технологий. Эта информация особенно ценна для составителей спецификаций, сварщиков, металлообработчиков и инженеров. Основа для «обоев» со сплавами никель-хром-молибден (11020) — это недавно обновлённое второе издание данной содержательной публикации, предназначенной для проектировщиков модулей по десульфуризации дымовых газов в энергетической промышленности и прочего оборудования, используемого в химических процессах. В этой публикации обсуждаются проектные решения и планирование, подготовка к сварочному процессу, методика проведения сварочных работ и очистка сварного шва. Как рассчитать эмиссию парниковых газов. Институт никеля опубликовал руководство в помощь производителям никеля для расчёта их эмиссий парниковых газов. Оно учитывает сложности разных технологий производства никеля и обеспечит получение научно обоснованных и надёжных данных, сопоставимых между предприятиями этой отрасли промышленности. В руководстве уточняются принципы и требования методологии определения и отчёта о выбрасываемых парниковых процессе производства очищенного от начальных стадий производства металлического никеля — таких, например, как добыча никелевой руды из шахт, получение никелевых концентратов в результате обогащения руды, а также никелевых полуфабрикатов после первичного извлечения как из сульфидных, так и латеритных месторождений, до получения конечной продукции. Применение этого руководства позволит производителям никеля, а также их контрагентам и прочим заинтересованным лицам рассчитать влияние производства металлического

никеля Первого класса на изменения климата. Все публикации можно бесплатно загрузить с веб-сайта Института никеля. www.nickelinstitute.org НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель» UNS Al B C Co Cr Cu Fe Mn Mo N Nb Ni P S Si Ti W Other N06230 Стр. 9 0,20-0,50 0,015 max 0,150,05 5,0 max 24,020,0 3,0 max 1,000,30 1,03,0 бал. 0,03 max 0,015 max 0,750,25 15,013,0 N06625 Стр. 9 0,40 max 0,10 max 20,0-23,0 5,0 max 0,50 max 10,08,0- 3,154,15 бал. 0,015 max 0,015 max 0,50 max 0,040 max N08811 Стр. 9 0,600,15 0,06-0,10 19,0-23,0 0,75 max 39,5 min 1,5 max 35,030,0 0,045 max 0,015 max 1,0 max 0,15-0,60 Al+Ti 1,200,85S31600 Стр. 2 0,08 max 16,0-18,0 бал. 2,00 max 2,00-3,00 10,0-14,0 0,045 max 0,030 max 1,00 max S39209 Стр. 16 0,03 max 21,5-23,5 бал. 2,00,5- 2,5-3,5 0,080,20 7,0-9,0 0,03 max 0,03 max 0,90 max S44660 Стр. 13 0,030 max 25,0-28,0 бал. 1,00 max 3,00-4,00 0,040 max 1,00-3,50 0,040 max 0,030 max 1,00 max Nb+Ti

37,

к

газов в

16 | «НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г.«НИКЕЛЬ», т. 37, № 2, 2022 г. СКАМЬЯ «ОРЕГОНСКИЙ ДРАКОН» LAARMAN)(JORISЛААРМАНДЖОРИС Компания MX3D, создатель первого в мире металлического моста с помощью 3D печати в Амстердаме, торжественно открыла свой самый последний строительный проект — металлическую скамью, созданную с помощью объёмной печати, которая раздвигает границы возможного в сфере инноваций. Получившая название «Орегонский дракон» (Oregon Dragon Bench) скульптура установлена перед зданием им. ЛеБрона Джеймса (LeBron James Building) — центром инноваций Всемирной штаб-квартиры компании Nike в г. Бивертоне, штат Орегон. Используя для объёмной печати дуплексную никельсодержащую нержавеющую сталь марки 2209 (UNS S39209), голландский дизайнер Йорис Лаарман (Joris Laarman) связал воедино все детали в структурный градиент (непрерывное пространственное изменение), обеспечив стабильность и одновременно сократив общий вес скамьи. Он использовал метод оптимизации топологии для определения точек максимальной нагрузки и разместил материал только там, где это было абсолютно необходимо. Для изготовления впечатляющей скамьи в виде дракона Й. Лаарман сам разработал робота для объёмной печати (MX3D), который рисует в воздухе линии из расплавленного металла, создавая тем самым форму. Специально приспособленная роботизированная «рука» плавит и сваривает металл (им может быть нержавеющая сталь, алюминий, медь или бронза) вне зависимости от его пространственной ориентации и без нужды в опорных конструкциях. Подход, использующий роботизированную печать компании MX3D, допускает бóльшую гибкость в выборе геометрических форм и текстур металла, используя при этом меньшее количество материала. Скамья «Орегонский дракон» представляет собой результат непрекращающихся изысканий Й. Лаармана в области создания металлоконструкций с помощью инноваций в объёмной печати. Используя инновационный принтер компании MX3D, дизайнер Йорис Лаарман смог создать сложные переплетающиеся формы, напоминающие замыкающиеся кольцом извивы тела дракона. Размеры скамьи из нержавеющей стали — 10 м x 3 м x 2,5 м.