NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024

MAGAZINE

NICKEL

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024

Nickel einfach überall Nickelerz Laterite und Sulfide

Seetransport LNG-Umbau

Fragen und Antworten mit Heather Allain, Materials Technology Institute

FALLSTUDIE 30 GORDIE HOWE INTERNATIONAL BRIDGE © 2022 GORDIE HOWE INTERNATIONAL BRIDGE

Die nach einem der robustesten und ikonischsten Eishockeyspieler aller Zeiten benannte Gordie Howe International Bridge steht vor allem für Großartigkeit. Sie ist eine rein von ihrer Optik her atemberaubende Transitroute über den Detroit River und verbindet Kanada mit den USA. Die 2,5 km lange sechsspurige Brücke mit einer Hauptspanne von mehr als 850 m ist die längste Schrägseilbrücke in Nordamerika und verbindet Detroit, Michigan, mit Windsor, Ontario.

Sie wird den in puncto Handelsvolumen betriebsamsten Grenzübergang in Nordamerika unterstützen.

Für Entwurf, Bau, Wartung und Betrieb dieses Projekts im Wert von 6,4 Milliarden kanadischen Dollar ist ein Konsortium zuständig, dem ACS Infrastructure, Fluor, Aecon und Dragados Canada angehören.

Nach dem Abschluss der Bauarbeiten wird die Brücke sechs Fahrspuren sowie Fahrradund Fußgängerwege aufweisen, und die beeindruckende künstlerische Ausgestaltung wird ihre Attraktivität weiter erhöhen.

Gesamtlänge: 2,5 km Breite: 37,5 m Höhe: 220 m Längste Spanne: 853 m

NICKEL, JHRG. JHRG. 39, 39, Nr. Nr. 1, 1, 2024 2024 22 || NICKEL,

Anfang der 2000er Jahre kamen beide Länder zu dem Schluss, dass die 1929 gebaute und in Privathand befindliche Ambassador Bridge dringend repariert werden musste und mit ihren vier Spuren mit dem zukünftigen Verkehrsaufkommen nicht mehr würde Schritt halten können.

Jahren vorgegeben wurde, wurden im Juli 2018 aufgenommen. Zur Sicherstellung, dass die richtigen Baumaterialien ausgewählt wurden, war ein umfassender Evaluierungsplan erforderlich. Wegen seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit entschieden sich die Ingenieure der öffentlich-privaten Partnerschaft für ASTM 955-Edelstahl des Typs 2304 (UNS S32304) bzw. 2205 (S32205). Dieses Material gewährleistet eine lange Lebensdauer der kritischen Stahlbeton-Statikelemente, die Enteisungssalzen und ständigen Wasserspritzern ausgesetzt sind.

Die Windsor-Detroit Bridge Authority (WDBA) gründete eine öffentlich-private Partnerschaft mit Bridging North America, einem Unternehmenskonsortium mit der nötigen Expertise für dieses massive Infrastrukturprojekt.

Nach der vorübergehenden Flaute während der Coronapandemie boomt der Handel zwischen den beiden Ländern wieder, weshalb der Abschluss der Bauarbeiten und die Eröffnung im Herbst 2025 heiß herbeigesehnt werden.

Die Bauarbeiten an der neuen Brücke, für die eine Lebensdauer von 125

Ein Riesenerfolg für Kanada wie auch für die USA!

EDITORIAL: NICKEL EINFACH ÜBERALL

Nickelerstanwendung 2022 Plattierung 5% | Legierungsstahl 3 %—

WIKIMEDIA COMMONS

Nickel wird für seine einzigartigen Eigenschaften in unzähligen Anwendungen auf den verschiedensten Endanwendungssektoren geschätzt. In erster Linie wird Nickel zur Herstellung von Edelstahl für ein breites Spektrum von Endanwendungen genutzt. Es trägt zur Funktion und Nachhaltigkeit verschiedenster Anwendungen bei, von Verbrauchergütern bis hin zu großen Bauprojekten. Die höchste Wachstumsrate verzeichnet Nickel bei der Akku- und Batterieproduktion – auf diesem Markt ist seine Nutzung allein im Jahr 2022 um 30 % gestiegen.1 Sonstige 3% |

Akkus/Batterien 17 % Nickelhaltige Edelstähle 66 %

Nickelbasierte— Legierungen 6%

Nickelendanwendung 2022

QUELLE: SMR GMBH

Energie 12 %—

Sonstige Industriekomponenten 4 % | Sonstige 4% Verarbeitende Industrien 14 % Mobilität und Verkehr 25 %

Architektur, Gebäudebau 12 %

Verbraucherwaren, Catering, Lebensmittelverarbeitung 28 %

Auf der Titelseite Das Gewicht des 2,7 × 2,7 × 0,9 m großen Hoba-Meteoriten in Namibia wird auf über 60 Tonnen geschätzt. Klassifiziert wird er als ein Eisenmeteorit, der zu ca. 84 % aus Eisen und zu ca. 16 % aus Nickel besteht.

In dieser Ausgabe von Nickel präsentieren wir eine eindrucksvolle Vielfalt von Nickelanwendungen und werfen einen genaueren Blick auf einige der vielen Rollen, die dieses vielseitige Metall in verschiedenen Branchen spielt, von Anwendungen in der Technik bis zur Resilienzverbesserung.

Wir informieren Sie über ein bahnbrechendes Medizinprodukt, ein revolutionäres Batterie-Recycling-Verfahren wie auch über fischfreundliche Edelstahlanwendungen, spektakuläre Straßenkunst sowie Methoden zur Verlängerung der Lebensdauer von Brücken. Nickel spielt hier überall eine wichtige Rolle.

Angefangen mit dieser Ausgabe präsentieren wir auch eine neue Serie von Artikeln zur Nickelherstellung. Wir werden Nachhaltigkeit, Behandlungsprozesse und innovative Entwicklungen besprechen. Los geht's auf Seite 6 mit Nickelerzen.

Diese Ausgabe von Nickel erkundet die facettenreiche Welt dieses Metalls und verweist auf seine Unentbehrlichkeit bei der Gestaltung der Welt, in der wir heute leben.

Clare Richardson Redaktion, Nickel 1

Benchmark Mineral Intelligence

NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024 | 3

02

Fallstudie Nr. 30 Gordie Howe International Bridge

03

Editorial Nickel einfach überall

04

Beachtenswertes zum Thema Nickel

06

Nickelverarbeitung

NICKEL

BEACHTENSWERTES

INHALT

Laterite und Sulfide

08

Wasserentnahmeanlage effektiv und fischfreundlich

10

Materials Technology Institute Interview mit Heather Allain

12

Maritime Sanierung LNG-Umbau

13

Nickellegierungen Hitzebeständige Legierungen

14

Technische Fragen und Antworten

15

Warum Nickel?

15

UNS-Details

16

Eingeklemmte Bohne Anish Kapoor

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin communications@nickelinstitute.org Mitwirkende: Gary Coates, Rick Husa, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Lissel Pilcher, Lyle Trytten, Benoît Van Hecke, Odette Ziezold Entwurf: Constructive Communications Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt Bildnachweise: Titelseite: iStock©fabio lamanna S. 4 iStock©selimaksan, S. 6 iStock©Nanang Sugianto, S. 8 iStock©DaveAlan, S. 13 iStock©pricelessphoto, S. 15 VectorStock FancyTapis, Sergio34

4 | NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024

Klappenevolution Professor Dong Nianguo und sein Team am Peking Union Medical College Hospital haben erstmals erfolgreich eine „lebende“ Klappe entwickelt, die eine Endothelialisierung ermöglicht. Damit ist sie stärker und widerstandsfähiger als die heute üblichen Klappen, die ganz aus Schweinegewebe bestehen. Die Schweineklappe verkalkt im Lauf der Zeit, was dazu führt, dass die „Tür“ zum Herzen offen bleibt und das Blut zurückfließen kann. Um das zu korrigieren, stellten die Wissenschaft ler ein Skelett aus Nitinol (UNS N0155) mit Formgedächtnis-Eigenschaften her. Auf diese Weise schufen sie ein „Netz“, in dem die Schweineherzklappe nahe an der menschlichen Herzklappe verbleibt, sodass die Körperzellen langsam anhaften und in die Klappe hineinwachsen können.

Dank dieser „lebenden Klappe“ können letztlich alle Schweinezellen entfernt werden, sodass es zu keiner Verkalkung und möglichen Abstoßung der Schweineherzklappe kommt. Das Ergebnis: eine „Tür zum Herzen“, die sich kraftvoller öffnet und schließt und eine Gewebestruktur aufweist, die der menschlichen Herzklappe sehr ähnlich ist. „Wir haben nie aufgegeben und letztendlich einer neuen Hoffnung den Boden bereitet“, so Quiao Weihua, Mitglied des Forschungsteams.

Starke Armierung Wir sprechen von einer absoluten Neuerung, die bei ihrer Implementierung die Festigkeit von Edelstahl und anderen Metalllegierungen steigern und zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten schaffen wird. Forscher am Oak GRST

Ridge National Laboratory (ORNL) im

Preisgekrönte Lösung GRST (Green, Renewable, Sustainable Technology) mit Sitz in Hongkong wurde Ende 2023 für die Entwicklung von umweltfreundlicheren Akkus mit einfach recycelbaren Komponenten für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle – EV) mit einem Earthshot-Preis ausgezeichnet.

Die von Prinz William 2020 ins Leben gerufene jährliche Preisverleihung würdigt innovative Lösungen für die drängendsten Umweltherausforderungen der Welt – Luft– und Wasserverschmutzung, Umweltschäden, Müll und Klimawandel. GRST entwickelte ein Verfahren zum Bau von Akkus mithilfe eines wasserlöslichen Verbundstoffes statt flüchtiger Lösungsmittel und schwer recycelbarer Materialien. Das Ergebnis: Am Ende der Lebensdauer des Akkus können Lithium, Cobalt und Nickel auf wirtschaft liche Weise wiedergewonnen und in einem anderen Akku wiederverwendet werden, wodurch die Nachfrage nach weiteren Abbauaktivitäten reduziert wird. Eine weitere wichtige Erfolgsgeschichte für EV und die Umwelt!

US-Bundesstaat Tennessee konnten nachweisen, dass eine Beschichtung mit hexagonalem Bornitrid (hBN) zu einem verbesserten Langzeitschutz vor umgebungsbedingter Korrosion sowie einer Reduzierung der Hochtemperaturoxidation in der Luft führte.

Mit einem als chemische Dampfabscheidung bei Atmosphärendruck bezeichneten Verfahren werden die hBN-Beschichtungen aus einer Kombination von festem Bor und molekularem Stickstoff hergestellt. Diese zusätzliche hBN-Schutzschicht für Niund Fe-haltige Legierungen eröffnet viele Möglichkeiten für industrielle Anwendungen im großen Maßstab, um die Leistung von Produkten wie Solarzellen, Halbleitern und Turbinenschaufeln in der Luft- und Raumfahrt

Knowing Nickel (Nickel kennen) ist das neueste Video des Nickel Institute. Diese kurze Animation bietet eine Einführung in zwei wichtige wissenschaftliche Konzepte – Bioverfügbarkeit und Bio-Elution –, die der sicheren Anwendung von Nickel zugrunde liegen. Während die dahinter steckende Wissenschaft überaus komplex ist, will dieser Kurzfilm auf unterhaltsame Weise über Nickel informieren. Falls das Ihr Interesse geweckt hat, finden Sie ausführlichere Informationen auf der Website des Nickel Institute unter www.nickelinstitute.org

auf einen weiteren Vorteil hin: „Mit diesem Verfahren zur Synthetisierung von ein- oder weniglagigem hBN kann möglicherweise die Leistung neuer zweidimensionaler elektronischer und photonischer Geräte verbessert werden.“ Die Arbeit wurde in Advanced Materials Interfaces veröffentlicht.

ADAM MALIN/ORNL/US-ENERGIEMINISTERIUM

Knowing Nickel

zu verbessern. Ivan Vlassiouk vom ORNL, der die Studie leitete, weist

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NICKELINDUSTRIE TEIL 1 NICKELVERARBEITUNG LATERITE UND SULFIDE Dies ist der erste einer neuen Serie von Artikeln über die Nickelindustrie, die aus der Insider-Perspektive verfasst und fundiertere Einblicke darin bieten werden, was wir tun, wie wir es tun und welche Herausforderungen bei der Produktion dieses wichtigen und vielseitigen Elements auftreten. Wir werden uns mit Erzen, Behandlungsverfahren, dem Thema Nachhaltigkeit sowie laufenden Entwicklungen befassen.

Heute fangen wir mit Erzen an.

Nickel wird heute in erster Linie in zwei Bereichen verwendet: bei der Herstellung von Edelstahl und anderen Legierungen sowie bei chemischen Anwendungen wie Akkus.

Edelstahl macht den größten Anteil am Nickelmarkt aus, während bei Akkus das schnellste Wachstum zu verzeichnen ist.

Um die globale Nickelnachfrage zu

Lateriterze

decken, wird Nickel aus zwei Haupt-

Lateriterze kommen in Form von

quellen erzeugt: frischen Erzen und

Oberflächenlagerstätten vor und

recycelten Materialien. Recycling (ob

werden in der Regel in zwei Haupttypen

von Edelstahl oder Nickellegierungen

unterteilt: in Limonite (mit einem

oder Akkus) ist ein wichtiger Bestand-

niedrigeren Nickelgehalt und einem

teil der Nickel-Wertschöpfungskette.

höheren Eisenanteil) und in Saprolite

Die sehr hohe Recyclingfähigkeit

(mit einem höheren Nickelgehalt und

von Nickel ist ein wichtiger Aspekt

einem niedrigeren Eisenanteil). Limo-

seines Nachhaltigkeitsprofils, aber das

nite enthalten oft Cobalt – ein wertvolles

Hauptaugenmerk des Nickelmarkts

Zusatzelement –, während der Handel

liegt auf dem in die Lieferkette fließen-

mit Saprolit ausschließlich auf den

den Neumaterial. Insgesamt sind das

Nickelanteil zurückzuführen ist.

zurzeit ca. 3 Millionen Tonnen pro Jahr.

Limoniterze werden heutzutage meist

Zwei allgemeine Arten von Erzen

mittels Laugung behandelt. Dabei

Nickel kommt grundsätzlich in zwei Arten von Erzen vor: in Laterit (Oxid)-Erzen, die in erster Linie in tropischen und subtropischen Regionen zu finden sind, und in Sulfiderzen, die vor allem in gemäßigten bis subarktischen Regionen vorkommen. Auf der Karte sind die wichtigsten Produktionsstandorte abgebildet. Einige dieser

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reagiert das Erz auf Schwefelsäure und das gelöste Nickel und Cobalt werden als Nickel-Cobalt-Zwischenprodukte gewonnen. Diese Zwischenprodukte können zu Nickelmetall oder direkt für die Akkulieferkette raffiniert werden.

Diese als Hydrometallurgie bezeichnete Bearbeitung basiert auf dem Lösen in Wasser.

Standorte bestehen aus mehreren

Saproliterze werden durch Schmelzen

Bergwerken, andere aus nur einem.

behandelt. Dabei wird das Erz getrock-

Mehr als die Hälfte des heute herge-

net und geschmolzen, wobei Kohle

stellten Nickels wird in Indonesien

oder Strom (oft aus Kohle erzeugt) als

abgebaut. Das Erz wird oft in der Nähe

Energieträger genutzt wird, um das

der Förderstätte verarbeitet. Allerdings

Nickel als eine Eisen-Nickel-Legierung

gibt es auch einen erheblichen regio-

zu gewinnen. Aus dieser Eisen-Nickel-

nalen und globalen Handel mit Nickel-

Legierung wird dann in der Regel meist

lateriterzen sowie einen kleineren mit

direkt Edelstahl hergestellt. Dank der

Nickelsulfidkonzentraten.

wachsenden Nachfrage nach Akkus

Lateritbetriebe Sulfidbetriebe

wird verstärkt wieder auf eine frühere

delt werden kann. Die meisten von

Praxis gesetzt, bei der die Legierung

diesen sind Nickelhütten, wo das

in ein höherwertiges Material (Nickel-

Konzentrat mithilfe der aus dem enthal-

matte) für die Veredelung konvertiert

tenen Schwefel und Strom gewonnenen

wird. Die Verarbeitung basiert auf dem Schmelzen der Rohstoffe bei hohen Temperaturen und wird als Pyrometallurgie bezeichnet.

Energie zu Nickelmatte geschmolzen und dann weiter veredelt wird. Es gibt aber auch direkte hydrometallurgische Anwendungsansätze.

Sulfiderze Sulfiderze können an (oder in Nähe) der Oberfläche oder tief darunter vorkommen und ermöglichen außer Cobalt oft zusätzliche Wertströme wie Kupfer, Platin und Palladium. Insgesamt können diese mehr wert sein als Nickel.

Diese Verfahren und Techniken werden in kommenden Artikeln etwas näher beleuchtet werden. Wir werden auch einige der historischen und bis heute

Nickel kommt allgemein in zwei verschiedenen Arten von Erzen vor – in Laterit und in Sulfi d

anhaltenden Verbesserungen, von der Branche zu bewältigende Nach-

Diese Erze werden anders behandelt als

haltigkeitsherausforderungen und

Laterite. Sie können fast immer direkt

potenzielle alternative Möglichkeiten

am Abbauort in ein transportfähiges

besprechen, die neben den heute

Nickelkonzentrat umgewandelt werden,

üblichen kommerziellen Ansätzen zum

das dann in zentralen Anlagen behan-

Tragen kommen könnten.

Allgemeines Ablaufdiagramm für neu abgebaute Nickelmaterialien

Sulfidabbau

Aufbereitung am Förderstandort

Verhüttung und Veredelung

Verhüttung

Eisen-Nickel -Legierung

Nickelmetall

Chemische Anwendung (Akku) Edelstahl und Legierungsanwendungen

Umwandlung

Lateritabbau

Laugung

Zwischenmaterialien

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EINE FISCHFREUNDLICHE WASSERENTNAHMEANLAGE

Der 2022 fertig gestellte Rangitata Diversion Race (RDR) spielt eine wichtige Rolle bei der Entnahme von Wasser aus dem Rangitata River auf Neuseelands South Island. Das Wasser dient das ganze Jahr über zur Be wässerung, Speicherung und Stromerzeugung aus Wasserkraft. Die Auswirkungen auf die einheimischen Fischpopulationen waren jedoch ein Problem, das den Anstoß zur Entwicklung einer innovativen neuen ScreeningLösung gab.

AWMA Water Control Solutions war für Entwurf und Bau eines der weltweit größten fischfreundlichen Wasserentnahmesysteme zuständig. Dabei kam nickelhaltiger Edelstahl zum Einsatz.

Um dieser Herausforderung zu begeg-

hatte. Diese effektive Lösung umfasste

nen, wurde ein nachhaltiges Umlei-

eine Screening-Struktur aus Edelstahl,

tungssystem entworfen und gebaut, bei

die nicht nur selbstreinigend und

dessen Herstellung die nickelhaltigen

fischfreundlich ist, sondern auch für

Edelstahltypen 304 (UNS S30400) und

einen zuverlässigen Wasserfluss bei

316 (S31600) zum Einsatz kamen. Diese Screening-Lösung erzeugt die nötigen Flussströmungen und gewährleistet gleichzeitig die sichere Passage von Angelfischarten wie Lachsen und Forellen, aber auch von verschiedenen bedrohten einheimischen Fischarten

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niedrigen Lebensdauerkosten sorgt.

Für das Projekt waren sieben T-Siebe erforderlich (insgesamt 14 Zylindersiebe), ein Flachsieb und eine Flachlegeschleuse, die alle aus Edelstahl hergestellt wurden.

zurück in das Flusssystem.

Die drei für die Fischschutzsiebe prio-

Nach umfassenden Forschungen

risierten Hauptdesignmerkmale waren

fiel die Wahl auf ein physisches,

Öffnungsgröße, Näherungsgeschwin-

selbstreinigendes Spaltsiebsystems,

digkeit und Selbstreinigungsfunktion.

das sich schon seit Jahrzehnten bei

Die Öffnungsgröße der Siebe wurde

verschiedenen Einsätzen bewährt

genau auf die vorhandene Wasserfauna

AWMA WATER CONTROL SOLUTIONS.

abgestimmt, wobei Fischarten und

und Fittings erforderlich. Das 8-Ton-

Brutmuster berücksichtigt wurden.

nen-Edelstahl-Flachsieb misst 30 m x

Niedrige Näherungsgeschwindigkeiten,

3,5 m (105 m2).

gleichmäßige Verteilung auf den gesamten Screening-Bereich verhindern ein Eindringen und Aufschlagen von Verunreinigungen und Fischen.

Die Siebe aus Edelstahl-Spaltsiebdraht sind mit einer Selbstreinigungsfunktion versehen, die interne und externe Bürstenreinigungsmechanismen

Zur Herstellung der Flachlege-Wassersteuerungsschleuse am Ende des Umgehungskanals wurden ca. 1,8 Tonnen Edelstahl eingesetzt. Dadurch entstand eine fischfreundliche Überlaufschleuse zur Wasserregulierung und -steuerung.

Insgesamt wurden bei der Herstellung des Screening-Systems mehr als 55 Ton-

zeitig werden der Schutz des Fischbe-

nen Edelstahl verbaut. Edelstahl stellt

stands und ein optimaler Durchfluss

die Widerstandsfähigkeit, Leistung und

gewährleistet.

Langlebigkeit der Wasserentnahmean-

Die 14 Zylindersiebe wurden aus

lage mit einer erwarteten Lebensdauer

ser von 2,1 m und eine Länge von 3,0 m.

Die sieben 8,75 m hohen Bergungssysteme wurden jeweils mit Spindelkastenabdeckungen aus Edelstahl des Typs 304 ausgerüstet, um die Antriebswellen aus Edelstahl des Typs 316 mit einem Durchmesser von 100 mm zu schützen. Zum Senken und Anheben der Eingangssiebe waren 140 m lange Edelstahlseile des Typs 316 mit Edelstahl-Spannschlössern

Interne Drehbürste

Edelstahlkomponenten gebeizt.

umfasst, um Verunreinigungen und

hergestellt und haben einen Durchmes-

Rotierende Spaltsiebe

Vor der Installation wurden alle

Algen effi zient zu entfernen. Gleich-

Edelstahl-Spaltsiebdraht des Typs 304

Gesiebtes Wasser

AWMA WATER CONTROL SOLUTIONS.

ein geringer Wasserfluss und eine

Stellglied Schleuse Festinstallierte externe Bürste

von mehr als 50 Jahren in Süßwasser sicher. Die Kombination aus hochwertigen Edelstahlmaterialien und einem innovativen Infrastrukturentwurf hat zu einer umweltfreundlichen Lösung geführt, die hohe Wasserqualität, reduzierten Energieverbrauch und einen zuverlässigen Durchfluss bei gleichzeitigem Schutz der einheimi-

Für das Projekt waren sieben T-Siebe erforderlich (insgesamt 14 Zylindersiebe), ein Flachsieb und eine Flachlegeschleuse, die alle aus nickelhaltigem Edelstahl hergestellt wurden.

schen Fischarten sicherstellt.

Artikel in gekürzter Form; ursprünglich erschienen im Australian Stainless Magazine, Ausgabe 78.

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INTERVIEW MIT HEATHER ALLAIN, EXECUTIVE DIRECTOR, MATERIALS TECHNOLOGY INSTITUTE Das Nickel Institute ist seit mehr als 20 Jahren ein leidenschaftlicher Unterstützer des Materials Technology Institute (MTI). Das NI trägt Informationen und Know-how zu Edelstahl, Nickellegierungen, Schweiß- und Fertigungsverfahren bei und erleichtert damit die erfolgreiche Anwendung dieser Legierungen in der Branche. Wir unterhielten uns mit Heather Allain, Executive Director des MTI, über ihr großes Interesse an Werkstoffen und die Bedeutung der Arbeit des MTI, das öffentlichkeitswirksam für eine sichere, zuverlässige und nachhaltige Materialanwendung eintritt.

MATERIALS TECHNOLOGY INSTITUTE

F: Erzählen Sie uns doch bitte ein bisschen

Problemen, die von Mitgliedern

Ihr Interesse an Werkstoffen zurückge-

als Prioritäten angegeben werden.

führt werden kann.

MTI-Projekte haben eine wichtige Rolle

Chemie war schon in der Schule eines

dabei gespielt, materialtechnisches

meiner Lieblingsfächer. Sie öff nete mir auch die Tür zur Rice University, wo ich Verfahrenstechnik studierte.

Schon in meinem ersten Seminar zur Werkstoff wissenschaft war ich davon Heather Allain ist seit 2008 beim MTI. Bevor sie sein Executive Director wurde, arbeitete sie 14 Jahre lang als Associate Director an der Unterstützung von Projekten und in der MTI-Region Europa.

Allain hat an der Rice University ein Bachelor-Studium in Werkstoff wissenschaften abgeschlossen.

Ihr erste Arbeitsstelle war bei DuPont, wo sie vor dem Wechsel zum MTI 14 Jahre lang beschäft igt war.

Studien und Projekte zu typischen

was über sich selbst und darüber, worauf

Wissen zu dokumentieren und einer neuen Generation von Ingenieuren zur Verfügung zu stellen. Außerdem haben sie Ressourcen entwickelt, die sonst nirgendwo zu fi nden sind. Diese

fasziniert, wie die grundlegenden Fak-

Projekte schließen Verständnislücken

ten zu Atomgrößen und -ladungen die

in Technik und Technologie, wobei

kristallinen Strukturen von Metallen

die Betonung auf Sicherheit, Zuver-

und die resultierenden Eigenschaften

lässigkeit und Nachhaltigkeit für die

von Werkstoffen bestimmen. Das

Prozessindustrien liegt.

führte dazu, dass ich mein Hauptfach wechselte und Werkstoff wissenschaften studierte. Die Seminare in diesem Fachbereich, insbesondere zum Thema Korrosion, verstärkten mein Interesse an diesem Studienfeld noch weiter und führten mich Jahre später ans MTI. F: Was ist das MTI und warum ist es wichtig?

F: Zum Beispiel?

Gute Beispiele sind unsere Buchreihe Materials Selector, die allgemein als Goldstandard für Informationen zu bestimmten Arten korrosiver Medien gilt, und eine Serie von Mikrostruktur-Atlanten (Atlases of Microstructures), die praktisch alle Produktformen für eine bestimmte Legierung oder Legierungsfamilie illustrieren.

Das MTI ist eine einzigartige, kooperative Organisation und besteht aus Mitgliedsunternehmen, die der

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F: Wer sind Ihre Mitglieder?

verarbeitenden Industrie angehö-

MTI-Mitgliedsunternehmen sind sowohl

ren. Es fi nanziert nicht proprietäre

an der Herstellung chemischer Zwi-

schenprodukte als auch an der Öl- und Gasraffinerie beteiligt. Dazu gehören

F: Wie arbeitet das MTI?

Firmen, die die schwierigsten Prozesse

Das MTI wurde 1976 in Nordamerika

überhaupt angehen und für die betrieb-

gegründet. Weil viele unserer Mit-

liche Exzellenz und Sicherheit oberste

glieder global tätig sind, haben wir

Prioritäten sind. Dank unserer Struktur

Anfang der 2000er Jahre auch in Asien

können wir unsere Mitglieder optimal

und Europa expandiert. In der Regel

unterstützen und in die Lage versetzen, auf der Basis unserer Ressourcen und unseres Netzwerks gute technische Entscheidungen zu treffen.

treffen wir uns sieben Mal im Jahr bei Präsenz-Meetings unseres Technical Advisory Council (TAC). Bei jedem regionalen Treffen werden Schulungen und technische Inhalte angeboten,

F: Was sind die Vorteile eines Beitritts?

Viele Unternehmen treten bei, weil sie an einem bestimmten Thema interessiert sind, zu dem das MTI Untersuchungen durchführt, oder um Forschungsprojekte vorzuschlagen.

Dies ist das eigentliche Nutzenversprechen des MTI.

darüber hinaus aber auch Gelegenheiten zu Berichten über Probleme und Herausforderungen an bestimmten Standorten und Möglichkeiten, wie diese Schwierigkeiten gemeistert werden können. Zudem findet jedes Jahr ein der Öffentlichkeit zugängliches globales Symposium statt.

Wenn sie einmal beigetreten sind, erkennen sie schnell den Wert und die

F: Worin liegt der Wert von Präsenz-

Unverzichtbarkeit unseres Netzwerks.

Meetings?

ten auf ihre Fragen erhalten, und zwar oft innerhalb weniger Stunden. Im Jahr 2023 suchten mehr als 30 Mitgliedsunternehmen dort nach Lösungen und Informationen. Zudem gibt es mehr als 10.000 archivierte Diskussionsbeiträge, die leicht durchsucht werden können.

Großer Wertschätzung erfreut sich auch unsere technische Ressourcenbibliothek. Die Mitglieder haben rund

Brainstorming und Entwicklung des Umfangs, der Ziele und der erhofften

MATERIALS TECHNOLOGY INSTITUTE

Das MTI stellt ein Online-Forum zur Verfügung, auf dem Mitglieder Antwor-

Ergebnisse von Projekten sind Aufgaben, die am effizientesten und effektivsten angegangen werden können, wenn die Teilnehmer persönlich anwesend sind. Die MTI-Meetings beinhalten regelmäßig auch Networking- und Schulungskomponenten, die bei einer Präsenz der Teilnehmer mit größerer Wahrscheinlichkeit zum Erfolg führen.

um die Uhr Zugriff auf unser Archiv von Publikationen, Vorträgen, On-Demand-Webinaren und mehr.

Und dann wären da noch bestimmte sekundäre, keineswegs aber unerhebliche Vorteile für Mitglieder, z. B. Branchenschulungen, Podiumsdiskussionen, einstündige technische Webinare und unser monatlicher Podcast Corrosion Chronicles, die für die Mitglieder besonders interessante Themen behandeln. Diese Angebote werden als Dienst an der Industrie auch Nichtmitgliedern zur Verfügung gestellt. Gary Coates vom Nickel Institute war an vielen unserer Veranstaltungen als Referent und Event-Leader beteiligt

F: Wie entscheiden Sie, welche Projekte finanziert werden?

Jedes MTI-Mitglied kann eine Projektidee vorschlagen. Unser Prozess sieht ein gründliches Screening durch die Mitglieder vor, was der Unterstützung insgesamt förderlich ist. Der zuständige Beauftragte im Unternehmen des Mitglieds (der „Champion“) präsentiert

Das MTI veranstaltet jedes Jahr mehrere Kurse und Podiumsdiskussionen zu verschiedenen Werkstoffthemen. Das vollständige Veranstaltungsprogramm ist unter www.mti-global.org zu finden.

das geprüfte Projekt dem TAC, der dann über den technischen Wert abstimmt.

Nach der technischen Genehmigung autorisiert das Direktorium die Mittelbereitstellung. Projekte werden oft innerhalb eines Jahres finanziert

oder hat bei ihrer Ausrichtung mitge-

und in Angriff genommen. Die derzeit

holfen. Wir schätzen uns glücklich, in

vom MTI finanzierten sowie potenzielle

diesen verschiedenen Foren anderen

Projekte sind auf unserer Website

sein Know-how anbieten zu können.

mti-global.org zu finden.

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NICKEL MACHT SEETRANSPORTE SAUBERER

Mantelrohr

Prozessrohr

Vakuumverbindung

Abscheider

CRYOSPAIN

CRYOSPAIN

Mehrlagig

Kompensator

Vakuumisolierte Rohrleitungen werden aus zwei konzentrischen Rohren gefertigt: einem Innen- oder Prozessrohr, in dem die Flüssigkeit befördert wird, und einem Mantelrohr, in dem das Vakuum aufrechterhalten wird.

Eine Nachrüstung ist nicht einfach, weil die Teams auf sehr begrenztem Raum rund um die vorhandene Ausrüstung arbeiten müssen.

Seit Januar 2020 hat die International Maritime Organization (IMO) einen Grenzwert für Schwefel in als Treibstoff für Schiffe eingesetztem Öl festgelegt, um die Verschmutzung durch Schwefeloxide zu reduzieren.

Dieser neue globale Schwefelhöchstwert zwingt die Schifffahrtsbranche, ihre in drei Hauptkategorien eingestuften Treibstoffoptionen zu überdenken: alternative Treibstoffe, Treiböl mit niedrigem Schwefelgehalt und Behandlungsanlagen zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen.

Zu den alternativen Treibstoffen zählen Ammoniak, Methanol, Wasserstoff und verflüssigtes Erdgas (LNG), ein Kraftstoff mit niedrigem Schwefelanteil. Cryospain, ein spanisches Fachunternehmen für kryogene Ausrüstungen, hat den Motor und das Treibstoffsystem eines Schiffes vor Kurzem auf LNG umgerüstet.

Bei einem Umrüstungsprojekt werden Rohrleitungen für LNG und Erdgas für den Transport, die Speicherung und die Versorgung der Motoren mit diesem Treibstoff bereitgestellt. LNG hat einen Siedepunkt von -162 °C, was die Verwendung von nickelhaltigem Edelstahl erforderlich macht. Cryospain stellt eine Typ-316L(UNS S31603)-Pipe-in-Pipe-

12 | NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024

Technologie bereit, die sicherstellt, dass das LNG jederzeit flüssig bleibt.

Typ 316L bietet Korrosionsbeständigkeit in Meerwasserumgebungen sowie Niedrigtemperatur-Resilienz.

Es wurden Rohrleitungen in einer Gesamtlänge von ca. 275 m verlegt, wovon 160 m vakuumisoliert sind (doppelwandig; die Luft zwischen den beiden Rohrschichten wird entfernt).

Wenn Erdgas verflüssigt bleiben muss (z. B. beim Befördern von Bunkerstationen an Land in Bordtanks), sorgt die Vakuumisolation für die erforderliche Kühlleistung. Abschnitte, in denen das Gas nicht verflüssigt bleiben muss, z. B. Brenner an Bord, können mit doppelwandigen Rohren (ohne Vakuumdämmung) ausgestattet werden. Insgesamt wurden etwa 6 Tonnen Edelstahl vom Typ 316L verbaut.

Das betroffene Schiff ist jetzt sauberer, umweltfreundlicher und effizienter als je zuvor unterwegs.

HEISSES THEMA HITZEBESTÄNDIGE LEGIERUNGEN Eine der ersten Eigenschaften, die uns beim Thema nickelhaltige Legierungen in der Regel einfällt, ist deren Korrosionsbeständigkeit in aquatischen Umgebungen, etwa bei Kontakt mit Meerwasser, bei der Lebensmittelverarbeitung und bei der Chemikalienherstellung.

Es gibt aber auch eine Gruppe von Legierungen, die fast ausschließlich bei Temperaturen im Bereich von 540–1230 C eingesetzt werden und allgemein als hitzebeständige Legierungen (Heat Resistant Alloys, HRA) bezeichnet werden.

Es wird zwischen zwei grundsätzlichen

und diesen Metallverlust reduziert.

Arten von HRAs unterschieden, dem

Durch die Erhöhung des Chromanteils

ferritischen und dem austenitischen

wird die Beständigkeit gegenüber der

Typ. Austenitische Legierungen

Schuppenbildung verstärkt. Parallel

werden am häufigsten eingesetzt, weil

dazu ist jedoch ein erhöhter Nickelan-

ihre Mikrostruktur Leitfähigkeit und

teil erforderlich, um die austenitische Mikrostruktur beizubehalten. Das

Hochtemperaturfestigkeit bietet, die

Hinzufügen von Aluminium oder

Kohlenstoffstahl überlegen sind. Diese

Silikon kann die Schuppenbeständig-

Attribute sind auf den Nickelanteil

keit durch Chrom noch verstärken.

zurückzuführen, der zwischen 8 und

Beispiele für HRA-Anwendungen: • Wärmebehandlungsöfen • Aufkohlungsöfe n • Müllverbrennung chlorierter Kunststoffe

Nickel bietet aber noch weitere Vorteile.

75 % betragen kann und die austeniti-

Es erhöht die Beständigkeit gegenüber

sche Mikrostruktur erzeugt.

einer Aufkohlung, zu der es in Wärme-

Die nachstehende Tabelle zeigt einige

behandlungsöfen und bei der Verarbei-

häufige HRAs. Die bekannteste davon

tung von Kohlenwasserstoffen kommen

ist Typ 304.

kann, und es widersteht Angriffen

Bei erhöhten Temperaturen bildet

durch Halogengase wie Chlor.

Stahl durch die Reaktion mit Sauerstoff

Diese nickelhaltigen HRAs sind wichtige

eine Oxidschicht (Schuppenbildung),

Legierungen, mit deren Hilfe Ausrüs-

die zu Metallverlust führt. HRAs

tungen bei hohen Temperaturen und bei

besitzen hohe Chromanteile, was die

der Herstellung wichtiger Chemikalien

Verdickung der Schuppen verlangsamt

betrieben werden können.

Nominelle Zusammensetzung

Max. Temp.*

Legierung

Ni

Cr

Fe

304 (S30400)

8

18

72

925 °C (1700 °F)

310 (S31008)

20

25

52

1150 °C (2100 °F)

330 (N08330)

35

19

43

Zugabe von Nickel

Sonstiges

Si: 1,25

1150 °C (2100 °F)

800H (N08810)

31

21

45

980 °C (1800 °F)

600 (N06600)

76

15,5

8

1090 °C (2000 °F)

601 (N06601)

61,5

22,5

14

Al: 1,4

1200 °C (2200 °F)

602CA (N06025)

63

25

9

Al: 2,2

1230 °C (2250 °F)

Ferrit Körperzentriert, würfelförmig

Austenit Frontzentriert, würfelförmig

* Empfohlene Höchsttemperatur in Luft, Dauereinsatz

NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024 | 13

FRAGEN AN EXPERTEN FAQ VON DER TECHNISCHEN BERATUNGS-HOTLINE DES NICKEL INSTITUTE

NICKEL

O N L I N E

Geir Moe P.Eng. ist der Technical Inquiry Service Coordinator beim Nickel Institute.

Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt hilft Geir Moe Endanwendern und Spezifikateuren von nickelhaltigen Materialien, die technische Unterstützung benötigen. Das Team steht bereit, um kostenlose technische Beratungsleistungen zu einer breiten Palette von Anwendungen wie Edelstahl, Nickellegierungen und Vernickelung anzubieten, damit Nickel bedenkenlos eingesetzt werden kann. https://inquiries.nickelinstitute.org/

F A

F: Wir haben eine Platte aus Typ 304L (UNS S30403) mit einer Stärke von 10 mm zu

einem elliptischen, ge wölbten Deckel kaltge walzt. Laut Druckbehältervorschriften ist nach der Formgebung keine Wärmebehandlung (Ausglühen) erforderlich. Unser

Kunde hat einen Ferrithöchstwert von 3 % vorgegeben. Mit einem Fischer Feritscope® werden am Gelenkteil 35–45 % Ferrit gemessen; abseits vom Gelenkteil sind es

dagegen weniger als 3 %. Eine positive Materialidentifi zierung ergibt, dass die Materialzusammensetzung der des Typs 304L entspricht. Wie ist diese große Varianz beim Ferrit zu erklären und was kann dagegen unternommen werden?

A: Ein Ferritscope misst nicht speziell

metastabil. Das bedeutet, dass ein

Ferrit, sondern die Anwesenheit

Teil des Austenits in eine andere

magnetischer Mikrostrukturen im

Mikrostruktur umgewandelt

Metall. Die bekannteste magnetische

werden kann. Dies entsteht durch

Mikrostruktur ist Ferrit. Austeniti-

plastische Verformung (wie etwa

sche Edelstähle wie Typ 304L sind im

durch Kaltwalzen) und wird daher als

voll ausgeglühten Zustand aufgrund

Verformungsmartensit bezeichnet.

ihrer durch den Nickelgehalt beding-

Dieser ist magnetisch. Ein Ferritscope

ten austenitischen Mikrostruktur im

kann nicht zwischen diesen beiden

Grunde nicht magnetisch.

verschiedenen Mikrostrukturen

Der Austenit in 304 (304L) ist aber Auswirkungen des Kaltwalzens auf die magnetische Permeabilität von Chrom-Nickel-Edelstahlen

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LESEN Sie das Nickel Magazine online in verschiedenen Sprachen. www.nickelinstitute.org/library/ DURCHSUCHEN Sie ältere Ausgaben des Nickel Magazine in unserem Online-Archiv, das Exemplare enthält, die bis ins Jahr 2009 zurückreichen. www.nickelinstitute.org/library/ FOLGEN SIE UNS auf X @NickelInstitute BESUCHEN SIE UNS auf der LinkedIn-Seite des Nickel Institute.

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die beide magnetisch sind.

Andere Edelstähle mit höheren Nickelanteilen widerstehen, wie aus der Abbildung ersichtlich, dieser

15

Magnetische Permeabilität bei H=50

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(Ferrit und Martensit) unterscheiden,

301 (6 % Ni) 304 (8 % Ni)

12

Martensitumwandlung.

316 (10 % Ni)

Bei einem Test der Platte vor dem

310 (20 % Ni)

Formen hätten Sie festgestellt, dass die gesamte Platte einen Anteil von

9

<3 % ergeben hätte. Der Ferritgehalt nimmt beim Kaltwalzen nicht zu.

6

Wenn Sie den Martensit entfernen möchten, besteht die einzige Abhilfe

3

in einem Ausglühen des Deckels, also einer Wärmebehandlung, bei

0

20

40

60

Kaltverformung (%)

80

der der Martensit wieder in Austenit umgewandelt wird, was bei 304L mindestens 1040 °C erfordert.

14 | NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024

Nickel ist in vielen Formen zu finden, von Nanodrähten bis hin zu Edelstahllegierungen. Aber welche Eigenschaften machen Nickel zu einem so grundlegenden Bestandteil vieler Alltagsobjekte?

Warum Nickel?

NICKEL IN IHRER KÜCHENSPÜLE

Edelstahlküchenspüle Nickelhaltiger Edelstahl ist ein ideales Material für Waschbecken und Spülen. Er weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf und kann aufgrund der Zugabe von Nickel wie bei Typ 304 (UNS S30400) zu einem tiefen Becken geformt werden.

Das Nickel in Typ 304 (S30400) erzeugt eine Struktur mit einer hohen Kaltverfestigungsrate, die Belastungen gleichmäßiger verteilt und besser geeignet ist als die von einfachem Kohlenstoff stahl und ferritischem Edelstahl.

Die hohe Kaltverfestigungsrate bedeutet, dass die Festigkeit beim Dehnen des Materials im gedehnten Bereich signifikant zunimmt und sich letztendlich so sehr verfestigt, dass es einem weiteren Dehnen widersteht und stattdessen andere, schwächere Bereiche gedehnt werden.

Daher wird die Dehnung über einen größeren Materialbereich verteilt, wodurch ein tieferes Becken möglich ist, als wäre die Dehnung auf einen einzelnen Bereich konzentriert. Bei Werkstoffen mit einer niedrigeren Kaltverfestigungsrate bleibt die Dehnung auf einen lokalisierten Bereich konzentriert, was zum Bruch führt, bevor das Material ausreichend gedehnt wird.

UNS-DETAILS

Chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen und Edelstahltypen in dieser Ausgabe von Nickel.

UNS

C

Co

Cr

Cu

Fe

N01555 S. 5

0,07 max.

0,05 max.

0,01 max.

0,01 max.

0,05 max.

Mn -

S30400 S. 8, 15

0,08 max.

-

18,0– 20,0

-

Rest

S30403 S. 14

0,030 max.

-

18,0– 20,0

-

S31603 S. 8, 12, 16

0,030 max.

-

16,018,0

S32205 S. 2

0,030 max.

-

S32304 S. 2

0,030 max.

-

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

-

-

0,05 max.

54,0– 57,0

-

-

-

Rest

2,00 max.

-

-

-

8,010,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

Rest

2,00 max.

-

-

-

8,0– 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

-

Rest

2,00 max.

2,00– 3,00

-

-

10,0– 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

22,0– 23,0

-

Rest

2,00 max.

3,00– 3,50

0,14– 0,20

-

4,50– 6,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

-

21,5– 24,5

0,05– 0,60

Rest

2,50 max.

0,05– 0,60

0,05– 0,20

-

3,0– 5,5

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

NICKEL, JHRG. 39, Nr. 1, 2024 | 15

FOTO © IWAN BAAN

SPEKTAKULÄRE QUETSCHBOHNE Direkt unter dem Jenga Tower, einem außergewöhnlichen Wolkenkratzer, befindet sich jetzt die lang erwartete erste permanente Installation des britischen Künstlers Anish Kapoor in New York. Die als „The Half Bean“ – also die „halbe Bohne“ (nicht der offi zielle Name!) – bezeichnete Hochglanzskulptur scheint unter dem Gebäude des Architekturbüros Herzog & de Meurons unter der Adresse 56 Leonard Street im Stadtteil Tribeca eingeklemmt zu sein. Sie wurde im Januar 2023, ganze 15 Jahre nach der Auft ragsvergabe, enthüllt, was auf die Komplexität des Projekts, wirtschaftliche Faktoren und die Corona-Reisebeschränkungen zurückzuführen ist.

Das von der Alexico Group initiierte Projekt ist ein glanzvolles Beispiel für Innovation in Kunst und Architektur.

Performance Structures, Inc., eine Firma, die auch für die Herstellung von Kapoors Cloud Gate (liebevoll als „The Bean“ bekannt) in Chicago verantwortlich zeichnete, stellte sich den vielen Herausforderungen beim Schweißen und Verkleiden, um eine absolut nahtlose Skulptur zu schaffen. Jede einzelne Scheibe der Skulptur hat ihren eigenen Stützrahmen; die Rahmen für die unteren Teile sind im Bürgersteig verschraubt und die Scheiben selbst sind an Kabeln aufgehängt. Federelemente ermöglichen es der Skulptur, sich bei Witterungseinflüssen wie Wind, Schneelast und Temperaturschwankungen leicht zu bewegen.

Die 15 m lange und 6 m hohe 40-Tonnen-

16 NICKEL, | NICKEL,JHRG. JHRG.39,39,Nr.Nr.1, 1,2024 2024

Ballonform aus präzisionsgeschnittenen und polierten Edelstahl-Paneelen des Typs 316L (UNS S31603) mit spiegelpolierter Oberfläche ruht auf dem Asphalt. Das letzte Element wurde um eine massive Innenstruktur montiert, verschweißt, geschliffen und vor Ort poliert.

Kapoor beschreibt seine „halbe Bohne“ so: „Dieses Werk suggeriert eine Form aus Edelstahl, die gleichzeitig weich und flüchtig ist. Spiegel bringen uns dazu, innezuhalten und auf eine Weise absorbiert und gezogen zu werden, die den Lauf der Zeit unterbricht und vielleicht auch verlangsamt. Es ist ein Material, das eine neue Art von immateriellem Raum schafft.“