《镍杂志》第38卷，2023年，第2期

案例研究27 沃尔伯特 纳拉 大桥

为方便 1250 万居民出行，狭长的孟买半岛设有 440 座大 桥。Mrinaltai Gore 高架桥是一个庞大的基础设施项目，旨在缓 解印度人口最大城市的拥堵状况。该项目分为几个阶段实施。最 近，Oshiwara 区域中心建设了沃尔伯特 纳拉大桥，以满足这个迅速 发展郊区的长期需求。

Brihanmumbai 市政公司 （BMC）负责委托该项目，并 于 2022 年完成。

位置：孟买 Oshiwara区域中心

项目业主：Brihanmumbai 市政公司

（BMC）

供应商：Jindal Stainless 不锈钢重量：450 公吨

等级：双相 2205（UNS S32205）

其目标是建造一座能够满足未

来几十年苛刻条件的新大桥，大 桥应能承受极端天气、海水和废 水的水流组合。新的桥梁将需要 一种高耐腐蚀性和高强度的材料。

不锈钢是这一挑战的理想选择。

所有大梁和结构件均由 Jindal

Stainless 提供的双相不锈钢 2205（UNS S32205）制成。之所 以选择该等级，是因为其镍和钼 含量提供了高强度和卓越耐腐蚀 性。

含镍不锈钢的解决方案在桥梁使 用寿命期间易于维护。这使其成 为经济实惠的选择，降低了桥梁 的整体碳足迹。大梁和结构件共 使用450吨不锈钢。

编者按： 镍在交通中的应用

本社论在编撰时使用了人工智能。尽管 ChatGPT 这项革命性技术在最 近几个月已经可以使用，但并非 ChatGPT 的高风险应用。但当人工智能 涉及到生命攸关场景时，它的建议能有多准确？如果你是人工智能使用者，

请参见第14页的“专家问答”，了解如何使用这一新技术进行材料选择。

为工程确定适当的材料是实现可持续运输系统的基础。在本期《镍》中， 我们将探讨这种最受欢迎金属对交通运输的各种贡献，以及它如何以最 可持续或最低碳的方式帮助人们将货物从A运输到B。镍所发挥的重要作 用是隐形的。然而，镍为交通基础设施带来了耐用性和韧性，使其使用寿 命更长并节省宝贵资源。在本期中，我们还展示了镍如何增加交通相关应 用的功能，如电动车的电池和可再生燃料生产中的催化剂。

镍在交通中发挥作用的最好示例就是印度。接下来，我们了解一下列车、

摩托车、桥梁中的镍如何帮助这个幅员辽阔的国家及其庞大人口的出行。

尽管镍在我们日常生活中有许多作用，但它往往被忽视。在新系列中，为

什么选择镍？我们的专家解释道，即使是新手，也能理解镍这种神奇元 素的有趣原理。把它（并非人工的智能）分享给你生命中的年轻人！

Clare Richardson 《镍》编辑

印度领先的电动摩托车制造商 Ola 正在提供一种解决方案，帮助印度 将最流行的交通方式从汽油驱动 转型为电动。参见第 16 页，了解有 关NMC 电池和超级工厂的信息， 这将有助于推动气候变化的应对 过程。

40 英亩 100 英亩 扩建两轮 车工厂 电池 工厂

目录

02 案例研究编号 28

Walbert Nalla大桥

03 编者按：

镍在交通中的应用

04 镍要闻

06 全速发展

印度飞速的铁路进步

10 碳减排中的镍催化剂

12 可持续船用燃料 驱动的力量

13 镍合金 B型合金的100年

14 技术问答

15 为什么选择镍？

15 UNS详细资料

16 Ola电动摩托车

镍要闻 要 闻

《镍杂志》由国际镍协会出版 www.nickelinstitute.org

总裁：Hudson Bates博士 编辑：Clare Richardson communications@nickelinstitute.org

撰稿人： Parul Chhabra、Gary Coates、Steve Deutsch、 Rohit Kumar、Richard Matheson、Geir Moe、 Kim Oakes、 Juerg Schweizer、Odette Ziezold 设计：Constructive Communications公司 期刊内容仅供读者参考，未征求专家意见，不得用于特定应 用或以此为依据。虽然期刊中的信息在技术上是正确的， 但国际镍协会及其成员、工作人员和顾问不承诺，也不保 证它们适用于任何一般或特定用途，对期刊中的不承担任 何责任和义务。

ISSN 0829-8351

Hayes 印刷集团用再生纸在加拿大印刷

库存图片来源： 封面： iStock©Dinesh Hukmani 第8页 iStock©Dinesh Hukmani， 第12页 iStock© tawatchaiprakobkit 第12页 iStock© Vectorian，第13页 iStock©RYiosha

一种新型转轮

韩国基础科学研究所（IBS）的一个研究团队创造了一种新方法，利用水 平旋转反应器在容器中处理复杂的金属混合物，从废旧锂离子电池中回 收锂、镍、钴等有价值金属。与使用膜的其他反应器不同，这种反应器可 以在不混合各种液体的情况下剧烈搅拌。此过程可在几分钟内完成金属 分离。研究发现，与目前的方法相比，使用同轴液体反应器可以更有效 地从废旧电池中提取有价值金属，并且使用的萃取剂更少，还可以在各 种条件下运行。

陨石发现

英国剑桥大学的一个团队与奥地利同事合作发现了一种可能替代稀土 磁体：四硅镍矿的新方法⸺ “宇宙磁体”，它需要数百万年才能在陨 石中自然形成。Lindsay Greer 教授解释称“由地壳中常见的镍、铁和 磷元素构成人造四硅镍矿具有无稀土永磁体的潜力，从而避免了提取 大量材料以获得少量稀土的需要。只要加入磷，就能在几秒内生成四 硅镍矿。”这种方法将在低碳技术中发挥重要作用，例如电动车中使 用的高性能永磁体。

第五层

澳大利亚国立大学（ANU）的一个 团队发现了地球存在第五层的证 据，即内核中有一个固态铁镍合 金球。科学家们通过研究地震波 发现了这个隐藏的地核，这些地震 波在地球直径上传播五次⸺ 而以 前的研究仅观察到一次反弹。地 震波以不同的角度探测靠近中心 附近的地方，这表明内部深处有 一个不同的晶体结构。研究结果在 《自然·通讯》杂志发表，其中指出， 探测地球的中心对于了解行星的形 成和进化至关重要。ANU的研究 人员认为，最内层的地核有利于解 释地球磁场的形成。

新型合金发射升空

美国国家航空航天局与俄亥俄州立大学的创新团队展 示了一个重大突破，一种适用于极端环境的新型 3D 打 印合金。这种合金名为 GRX-810，由镍、钴、铬组成。 它能使飞机和航天器发动机内的部件更强、更耐 用。GRX-810 被称为“纳米级氧化物弥散强化（ODS） 合金”，可承受1080 °C（2000 °F）以上的高温。含氧原 子的微小颗粒散部在整个合金中，以增加其强度，使 其在达到临界点之前能承受更恶劣的条件。美国国家 航空航天局转型工具与技术项目的副项目经 理 Dale Hopkins称，“这种新型合金是一项重大 成就”。

全速发展 镍在印度快速发展的铁 路网络中的应用

从地铁到干线，印度铁路（IR）是世界上最大的统一管理的铁路网络 之一，每天处理超过 2200 万乘客和大约 350 万吨货物。被公认为世 界上最大的商业雇主之一，拥有超过 160 万名员工。为了跟上人口增长、 城市化和工业化带来的挑战，印度铁路部门正在快速发展，旨在创建一 个更快、更高效和更广泛的网络。印度铁路基础设施的未来需要谨慎 投资，确保其长期可行性。这正是含镍钢发挥作用的时候。

印度铁路系统的现代化（包括地 铁和干线）涉及各个方面，包括提 高货运和客运系统的速度，使整 个铁路网络电气化，以及迅速扩 大城市内部和城市之间的铁路网。

这种里程碑式的转变需要采用创 新列车技术，以前所未有的规模 发展车站和站台。

在强度、耐用性、能源效率和减少

主要城市地铁规模倍增

地铁系统于 2002 年在德里首次 开通，如今在印度的主要城市已

经随处可见，一些已投入运行，一 些仍处于不同的建设阶段。这些 地铁系统大量依赖于未喷漆的奥

氏体不锈钢，几乎 100% 的地铁 车厢外壳由含镍钢制成。这种材 料重量轻、强度高，具有卓越的耐 用性和韧性。每节地铁车厢含有 大约8吨301LN（UNS S30153） 不锈钢，这种不锈钢具有 345690 MPa（50-100 ksi）冷加工屈 服强度水平。优势包括减轻重量， 提高能源效率，消除喷漆要求，显 著降低维护需求。

目前，已有 3000 多节地铁车厢投 入运营，未来三到五年内还将新增 3000 节。为满足这一激增需求，有 三家地铁车厢制造厂正在运营，有

维护要求方面，含镍不锈钢的优势 无与伦比。

两家处于建设后期阶段，两家处 于规划阶段。这些发展有可能使 印度成为地铁车厢的全球中心。

不锈钢在车站的应用

印度的地铁网络目前有 660 个车

站正常运营，还有 228 个正在建 设中，213 个处于规划阶段。此外，

在可预见的将来，还将新建 500 个 车站。鉴于地铁系统全天长时间

运行，基础设施（尤其是车站）的

维护成为一项高成本、高挑战的 任务。

为了最大限度减少维护需求，增 加可用性和寿命，强烈建议使用 含镍不锈钢栏杆系统、包层、天篷、 柜台、标志和各种其他实用功能。

所有这些应用的投标书均指定使 用304（S30400）不锈钢。

迄今为止，已建成或在建的地铁

站需要 3 万吨不锈钢。

得益于在建的新地铁系统，20 多 个印度城市正在迅速改变。目前， 印度城市拥有超过 840 公里的运 营地铁线路，另有 480 公里正在 建设中，有 375 公里已获得批准。 此外，印度正在考虑未来开发大 约 1060 公里的拟议线路。

地铁

每节车厢 8 吨 301LN 不锈钢

3000 节在用不锈钢 车厢

未来 3-5 年生产 3000 节不锈钢车厢

目前 840 km 地铁线路

480 km 在建

375 km 拟议

目前 660 个车站

228 个在建车站

213 拟议车站

6 万节铁路车厢

7000 节车厢生产中

2024 年 7800 个铁路车 厢投入使用

铁路

每年2.9万吨304含镍不锈钢 附件需要3600吨316L不锈钢

目前有8000个车站

目前重新开发100个车站

确定有1275个车站进行重新开发

干线进入高产阶段

干线列车为城市间的客运和货 运提供便利，是印度铁路的重要 组成部分。这部分铁路网络有超 过 6 万节车厢。

自 2018 年起，印度铁路全部采 用不锈钢制造的车厢，包括干线 和快速列车。易腐蚀部件，如车顶、

槽式地板、厕所嵌入件、生态厕所

消化池、储水箱和入口通道，均使 用含镍奥氏体等级的不锈钢制造。

侧板和车端下墙板使用新型不锈 钢，并根据客车类别的要求进行 喷漆。

印度铁路最近宣布其年度车厢生 产计划，预计将增加不锈钢需求。

今年，共有 7000 节车厢投入生 成，计划明年达到 7800 节。这将 需要每年超过 29000 吨含镍304 不锈钢产量。另外，车厢附件还需 要 3600 吨 316L（S31603）不锈钢，

如生态消化池。

随着新车厢设计的发展和政府对 轻量化的重视，目前正在考虑用回 火冷轧含镍不锈钢制作侧板。这 将扩大其未来两年的市场份额。

大规模开发计划

印度有大约 8000 个干线和其他 车站，因此制定了一个全面再开 发计划，以优先考虑建设项目。约 有 100 个车站正在重建，目标是成 为自负盈亏的商业不动产项目。值 得注意的是，德里、艾哈迈达巴 德和孟买的主要车站正在进行重 建，总投资超过 12.5 亿美元。其 他五个重要车站也在进行大量工 程。在这些大型政府项目中，含镍 不锈钢因其耐腐蚀性、耐用性、易 于制造和较低或最低的维护需求， 成为外立面、栏杆系统和各种设 施的首选。

今年早些时候，印度铁路宣布了 Amrit Bharat车站计划，在全国 范围内额外确定 1275 个车站进行 再开发。下个财政年度的预算支出 为300亿美元，预计含镍不锈钢将 在这些开发中发挥突出作用。这 将确保印度的重要铁路网络将继 续为世界第一人口大国的城市化 和工业化挑战提供可持续解决方 案。

随着印度铁路基础设施的扩展， 含镍材料越来越重要。这种材料 可确保铁路网络的长期可持续性 和成功，支持国家的经济增长，并 满足迅速增长的人口需求。

镍在印度铁路行业的利用不可或缺， 这种铁路将成为高效、有韧性的网 络，并在未来几十年为国家提供服 务。

镍催化剂

交通运输脱碳的多种途径

镍基催化剂是我们为货物和人员运送提供能源的关键，在陆运、海运 和空运中都是如此。除了在生物柴油、可再生柴油和 SAF（可持续航空 燃料）的生产中发挥作用外，镍催化剂还可用于制氢水电解槽。氢气可 以直接燃烧，用于燃料电池，用于加氢处理其他可再生燃料，也可转化 为另一种燃料，如甲醇或氨。氢气还可以用于其他化学品的净零生产， 或用于铁矿石炼钢。

电解槽

AEM 阴离子交换膜

AWE 碱性水电解槽

PEM 聚合物电解质膜/质子交换膜

SOEC 固体氧化物电解池

AWE 电解槽的扩展视图

AWE 的阳极、阴极和电解槽 流场组件中均含有镍。

电解槽和燃料电池 电解槽将水分解成氢和氧。燃料电 池是一种反向电解槽，通过将氧气 和氢气结合成水来产生电能。当使 用可再生能源制氢时，这种氢被称 为“绿”氢，国际能源署预测，未 来 25 年对绿氢的需求将呈爆炸式 增长。

目前可供使用的电解槽有四种：

聚合物电解质膜（也称为质子 交换膜，PEM）、碱性水电解槽 （AWE）、阴离子交换膜（AEM） 和固体氧化物电解池（SOEC）。虽 然 PEM 电解槽效率最高，但它需 要使用铂和铱作为电催化剂，而其 他三种技术使用镍基电催化剂。在 含镍的类型中，AWE 是商业上最 先进的。AWE 的阳极、阴极和电 解槽流场组件中均含有镍。

AWE 的阳极、阴极和电解槽流场 组件中均含有镍。

流场由一个松散的镍网组成，以

便于传输电解质和析出气体。阳极 通常是由烧结纤维组成的工程镍

网，而阴极是涂有催化剂的类似镍 纤维网。这些催化剂是供应商专用 的，但常用的是 NiFeOx。

不同催化剂的优点和缺点 因为AWE的资本成本相对较低， 所以使用的越来越多，但为了最大 限度降低生产升本和满足可再生 电力的需求，AEM 和 SOEC 也正 在被引进。与 AWE 相比，AEM 的 电效率更高，使用的材料也类似， 因此通常认为是 AWE 与 PEM 的 中间体。与 AWE 一样，AEM 使用 镍网来控制流量和输送电流，也使 用镍催化剂。与 AEW 中使用的相 对简单的催化剂相比，AEM 催化 剂往往设计得更高级。建议的具有

高性能的阳极催化剂包括附在碳 纸上的 NiFe 层状双氢氧化物和附 在 Ni泡沫上的 NiCoSe 合金。阴 极催化剂倾向于采用附在镍网上 的 NiFe 和 NiCo 合金。

SOEC可在非常高的温度下 （>600 °C）运行，并具有较高效率， 能够将废热集成到工业应用中。在 SOEC 中，电催化剂（通常是 Ni 金 属颗粒）直接附在电解质上，电解 质是一种在高操作温度下对离子 导电的金属氧化物。

独一无二的镍

这些仅仅是使用镍催化剂和其他 成分在未来低碳环境中发挥作用 的例子。镍相对较低的成本，对腐 蚀性物质的惰性，以及在电解槽中 的具体性能特点，使其成为这些新 兴技术不可替代的一部分。

北美第一辆氢动力客运列车于 2023 年在魁北克至圣保罗的线路 上首次亮相。

引导可持续海洋燃料的发展

国际海事组织（IMO）的目标是到2050年将温室气体总排放量（GHG） 减少至少 50%，基于此，含镍不锈钢将在所考虑方案中发挥重要作用。 为实现这一目标，海洋产业需要低碳、碳中和、零碳燃料。三个主要选择 是氢、氨和甲醇。甲醇最容易处理，因为它在室温下即可保持液态，而氢 和氨需要分别在 -33 °C 和 -253 °C 下保持液态。

氨

氢作为燃料，可以燃烧也可通 过燃料电池发电。然而，液态氢

含镍不锈钢在可持续船用燃料的生 产中必不可少。

在 -253 °C 的存储更为复杂，由于 其体积能量密度较低，所以需要 比甲醇和氨水更大的储罐。如果

可以建造专用的海洋油轮（氢也 能为船舶提供燃料），氢作为燃料 是可行的。

目前，氢气是通过天然气的蒸气重 整来生产的。为了实现碳中和或零

碳，需要使用可再生能源或核能将 水电解，或通过蒸汽重整，包括碳 捕获。

氢气的特殊性质对材料提出了 很高要求。例如，含镍不锈钢能 抵抗氢对其性能的渗透和降解， 而 -253 °C 的存储特点要求含镍不 锈钢在极低温下具有韧性。

人们对氨的兴趣也很大。虽然毒性 很高，但它通常应用于氮基化肥的 生产过程。使用氨作为内燃气的 直接替代燃料的计划项目包括： 日本 NYK 将现有拖船从液化天 然气燃料改造为氨燃料，以及 Viking Energy 将海上供应船转换 为氨燃料电池。氨通过哈柏法生产， 该工艺是在高温高压下使用金属催 化剂使大气中的氮气和氢气反应。 含镍不锈钢在此过程中的几个环节 是必须可少的。

甲醇

甲醇目前被用作船用燃料，但它是 一种由天然气生产的碳基燃料。虽 然可以从生物质中生产碳中和甲醇， 但也有通过二氧化碳和氢气反应来 生产甲醇的技术。

随着技术的不断发展，含镍不锈钢 在生产可持续船用燃料以减少温室 气体的排放方面发挥了关键作用。

B型镍基（镍钼） 合金 100 周年

在 20 世纪 30 年代初推出主力“C”系列镍基（镍铬钼）合金之前，人 们已经对镍钼合金的成分进行了研究。镍钼合金成分最终在 1921 年 被授予专利，在 1923 年引进了镍含量为 60%、钼含量为 30% 的 B 型 （镍钼）合金。

B 型合金具有特殊的耐还原酸能 力，如盐酸、硫酸、醋酸和磷酸，但 对氧化环境的耐腐蚀性较差。因此， 不建议在氧化介质中，或在可能导 致快速过早腐蚀的铁盐或铜盐的 环境中使用。当盐酸与铁和铜接触 时，可能会形成这种盐。

在第二次世界大战之前，B 型合金 在飞机发动机的增压器涡轮叶片中 使用，以提高性能、增加马力。这一 应用最终被其他超合金取代。

20 世纪 70 年代推出的 B-2 合金是

“B”系列合金的典型组分

原始 B 成分的改进型。它的特点是 减少硅和碳的含量，以提高热稳定 性，抵制晶界碳化物的形成。这种 耐腐蚀性的改善尤其有利于焊接 后的热影响区。

在 B-3 型合金中，该成分被进一步 优化，以提高热稳定性和制造特性， 以及应力腐蚀开裂的抗性。

钼主要对酸性还原环境具有耐腐 蚀性，但镍基为工程合金提供了基 础，并为制造和焊接到工业设备中 提供便利。

B合金主要在盐酸、硫酸以及乙酸、 磷酸和甲酸环境中使用。具体应 用包括反应容器、热交换器、阀门、 泵和管道。

Geir Moe P .Eng. 是国际镍协会技 术咨询服务协调员。Geir 与世界各 地的材料专家一同为寻求技术支持 的含镍材料最终使用者和规则制定 者提供帮助。该团队可以随时针对 多种应用（例如不锈钢、镍合金和 镀镍）免费提供技术建议，使人们 有把握地使用镍。

咨询专家 国际镍协会技术咨询专线 问题解答

问

问：人工智能（如 ChatGPT）生成的含镍材料性能和应用的信息 是否可取？

答

答：ChatGPT 是 OpenAI 开发的 大语言模型。它使用多个数据集 进行训练，大部分数据集均基于 Web，但其训练未受到监督，而监 督需要主题专家的指导，并且非常 昂贵耗时。AI 通过基于概率的序 列预测下一个单词，来生成回复。

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因为其结果基于概率，所以不能 在其回复中引用数据的来源。因此， 最后回复的质量取决于训练期间 提供的信息质量。

大多数关于含镍材料的信息均有 付费门槛，这些信息的出版物无 法通过数字方式免费获取，或由

主题专家所掌握。国际镍协会的 出版物为数字出版物，因此可以 搜索，但据我们所知，它们没有纳 入ChatGPT 的训练数据集。这些 出版物可在我们网站上免费获取： 我们用一些简单的问题测试了 ChatGPT，得到的回复让我们印 象深刻。但在每种情况下，均发 现有错误。就连 OpenAI 也承 认，回复有时会产生误导或不准 确。因此，其回复可以帮助指导信 息搜索，但不应作为最终答案并 依赖于回复。

从纳米线到不锈钢合金，镍的存在形式多种多样。但是，镍的哪些特性是其成为日常用品中

必不可少的元素？

为什么选择镍？

烤箱加热元件中的镍

普通烤箱

面包在一些国家很常见，人们经常把 面包切成薄片出售，大多数家庭的 厨房里都有电烤箱。烤箱可加热面包， 使面包外层变成金黄色、酥脆，改变 面包的质地和味道。

它是如何发挥作用的呢？ 热量来自于有电流通过的小直径电 线。由于电线对电流有高电阻，因此 可以发出红光，但我们感受到（眼睛 看不到）的热量来自红外线波。

这些电线由一种常见的镍铬合金制 成，其中包含约80%的镍和20%的 铬。在使用时，电线变得非常热，高达 620 °C（1150 °F）。然而，面包周围的 空气可能只有 150 °C（300 °F），仍然 足以烧伤你的手指。

UNS详细资料

为什么选择镍？ 镍铬合金中的镍是为了防止金属丝在数千次加热和冷却后变脆。 镍和铬的组合提供了快速升温和保持高温所需的高电阻。铬可 以防止导线与空气中的氧气发生反应，因此不会随着时间的推 移而变薄。

印度向电动化转型

这是印度最受欢迎、最方便的个人出行方式，预计能占道路车辆的80%以 上。政府补贴有利于化石燃料向电力的转变，印度现在有超过 130 万量电 动两轮车行驶在繁华的街道上。但占比仅为 4.6%，未来7年的宏伟目标是 达到 80%。

Ola Electric 表示“我们致力于为 十亿人打造出行方式的使命”，并 将其称为“电动使命”，他们承诺 支持印度在 2025 年后不再销售两 轮汽油车。大规模改用电动摩托 车将对气候危机产生重大积极影 响。

Ola 是一家领先的电动摩托车制造 商，旨在帮助电动摩托车成倍量 产。Ola Electric 的创始人兼 CEO  Bhavesh Aggarwal表示，“电池 是电动车革命的核心。Ola 正在建 设世界上最先进的电池研究中心， 这将使我们能够更快地扩大规模 和创新，并快速生产出世界上最先 进、最实惠的电动车产品。”

Ola Electric 在 2022 年 0� 月发布了 印度第一款自研锂离子电池 NMC  21�0。此前，印度的电动车公司依

赖于来自韩国、台湾、中国和日本的 电池。

Aggarwal 称“最先进的高镍圆柱 形 Ola 电池在阴极侧使用 NMC， 在阳极侧使用石墨和硅，特定化学 物质和材料的使用能够使电池在给 定空间中存储更多能量，同时也能 改善电池的使用寿命。这意味着 充 一次电可以跑的更远。”

Ola 内部开发的 NMC 21�0 电池将 于 2023 年晚些时候在其超级工厂 开业时批量生产。