НИКЕЛЬ
ВЕЗДЕСУЩИЙ НИКЕЛЬ «НИКЕЛЬ»,
2024
руды. Латериты и сульфиды Морской транспорт. Переход судна на СПГ Вопросы и ответы с Хезер Алайн, Институт технологии материалов
т. 39, № 1,
г. Никелевые
ЖУРНАЛ ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ
ГОРДИ ХОУ
ACS Infrastructure, Fluor, Aecon, и Dragados
с г. Виндзором, провинция Онтарио. Мост будет обслуживать самый насыщенный по товарообороту пограничный переход в Северной Америке. Ещё в начале двухтысячных росла озабоченность
2 | «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. 2 | «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г.
ИЗ ПРАКТИКИ
30
ПРИМЕР
№
МОСТ ИМЕНИ
Проектированием, строительством, техобслуживанием и поддержкой этого проекта стоимостью 6,4 млрд канадских долларов занимается
компании
По завершении строительства мост будет иметь шесть полос движения, а также велосипедные и пешеходные дорожки с великолепным художественным оформлением. Общая протяжённость: 2,5 км Ширина: 37,5 м Высота: 220 м Самый длинный пролёт: 853 м © 2022 GORDIE HOWE INTERNATIONAL BRIDGE (МЕЖДУНАРОДНЫЙ МОСТ ИМЕ НИ ГОРДИ ХОУ) Названный в честь одного их самых выносливых и прославленных хоккеистов мира международный мост имени Горди Хоу будет являть собой величие — это потрясающая внешне трасса через реку Детройт, которая соединит Канаду и США. Шестиполосный переезд длиной 2,5 км станет самым длинным вантовым мостом в Северной Америке. Его главный пролёт протяжённостью свыше 850 м свяжет г. Детройт, штат Мичиган,
обеих стран по поводу того, что существующий мост Амбассадор-бридж, возведённый в 1929 г. и находящийся в частном владении, нуждается в коренной реконструкции, тогда как это четырёхполосное сооружение уже не может обеспечить необходимую интенсивность трансграничного движения. Канадско-американский орган управления мостами через реку Детройт Windsor-Detroit Bridge Authority (WDBA) создал совместно с североамериканским консорциумом компаний Bridging North America, обладающим необходимым опытом для реализации этого внушительного инфраструктурного предприятия, партнерство с государственным и частным капиталом (public-private partnership (PPP)). Строительство сооружения с проектным сроком службы в 125 лет началось в начале июля 2018 г. Для выбора самых подходящих материалов требовался развёрнутый план оценки работ. Чтобы обеспечить долговечность критически важных железобетонных структурных элементов, непосредственно подвергающихся воздействию антиобледенительной соли, и зоны заплесков, инженеры партнёрства остановили свой выбор на выдающихся качествах нержавеющей стали ASTM 955 марок 2304 (UNS S32304) или 2205 (S32205). С возобновлением стремительного роста торговли между двумя странами после её сокращения во время пандемии КОВИДа выросли и ожидания, связанные с завершением строительства и введением в строй моста осенью 2025 г. Этот новый мост — большая победа Канады и США.
консорциум компаний, в том числе
Canada.
Никель ценится по причине своих уникальных свойств, использующихся в бесчисленных технологиях, распространённых в самых разных областях конечного потребления. Львиная доля никеля идёт на производство нержавеющей стали, которая предназначена для широкого использования. Он вносит свой
2022 г.
Никель.
2022 г.
«НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. | 3
в
и устойчивое развитие
продукции — от потребительских товаров до промышленных строительных проектов. И всё же быстрее всего растёт доля его использования в аккумуляторных батареях — до 30% в 2022 г.1 В этом выпуске журнала «Никель» мы предлагаем широкий выбор различных вариантов использования никеля, анализируя некоторые из несметного количества ролей, которые этот многогранный металл играет в разных отраслях промышленности — от предоставления возможности использовать ту или иную технологию до обеспечения устойчивости к внешнему воздействию. Вы узнаете о принципиально новом медицинском приборе, о революционной методике пуска в повторный оборот аккумуляторных батарей, а также о безопасном для рыб применении нержавеющей стали, об образце поражающего воображение уличного искусства и методах продления срока службы мостов. Во всём этом никель играет свою жизненно важную роль. В этом номере журнала мы также запускаем новую серию статей о производстве никеля. Мы будем обсуждать устойчивое развитие, процессы обработки и инновации, начиная с рассказа о никелевых рудах на стр. 6. Этот выпуск журнала «Никель» освещает многогранный мир производства и использования никеля и воздаёт должное его незаменимой роли в создании сегодняшнего мира. Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель» 1 Агентство Benchmark Mineral Intelligence ИСТОЧНИК: SMR GMBH ВИКИМЕДИЯ КОММОНС (WIKIMEDIA COMMONS) На обложке Вес находящегося в Намибии метеорита Гоба (Hoba) размером 2,7 × 2,7 × 0,9 метров (8,6 × 8,6 × 3 футов) оценивается в более 60 т. Он классифицируется как железный метеорит, состоящий почти на 84% из железа и на 16% из никеля.
вклад
функциональность
разнообразной
Никельсодержащие нержавеющие стали 66% Транспорт и перевозки 25% Энергетика 12% Потребительские товары, приготовление и доставка пищи, пищевая промышленность 28% Архитектура и строительство 12% Обрабатывающая промышленность 14% Прочее 14% Другие промышленные комплектующие 4% | Аккумуляторные батареи 17% Никелирование и другие покрытия 5%— Легированная — сталь 3% Сплавы на — никелевой основе 6% Никель. Начальное использование.
КОЛОНКА РЕДАКТОРА: ВЕЗДЕСУЩИЙ НИКЕЛЬ
Конечное потребление.
Прочее 3% |
02
Пример из практики № 30 Международный мост имени Горди Хоу
03 Колонка редактора Вездесущий никель 04 Никель. Занимательные факты
06 Переработка никеля Латериты
Водозаборное сооружение, безопасное
Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org
Д-р Хадсон Бейтс (Hudson Bates), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор communications@nickelinstitute.org
Авторы статей: Гари Коутс (Gary Coates), Рик Хуза (Rick Husa), Ричард Матесон (Richard Matheson), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Лиссель Питчер (Lissel Pilcher), Лайл Триттен (Lyle Trytten), Бенуа Ван Хекке (Benoît Van Hecke), Одетт Зизолд (Odette Ziezold) Художественное оформление: компания Constructive Communications
Публикация предназначена для общей
iStock©fabio lamanna стр. 4 iStock©selimaksan, стр. 6 iStock©Nanang Sugianto, стр. 8 iStock©DaveAlan, стр. 13 iStock©pricelessphoto, стр. 15 VectorStock FancyTapis, Sergio34
(Qiao
4 | «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. Эволюция сердечного клапана Профессор Донг Ниангуо (Dong Nianguo) совместно с коллегами, работающими в госпитале при Пекинском объединённом медицинском колледже (Peking Union Medical College Hospital), стоит у истоков создания первого успешного «живого» клапана, который облегчает эндотелизацию, что делает его крепче и долговечнее использующихся сейчас клапанов, полностью изготовленных из свиной животной ткани. С течением времени клапан из свиной ткани подвергается кальцинозу, что оставляет сердечную «дверку» открытой и позволяет крови течь в обратном направлении. Для исправления этого учёные создали каркас из нитинола (UNS N0155), обладающего свойствами памяти формы. Вместе с клапаном из свиной ткани он формирует сетеобразную структуру, близкую по свойствам к человеческому сердечному клапану, что даёт возможность человеческим клеткам постепенно прикрепляться к его стенкам и прорастать в клапан. В итоге этот «живой клапан» позволяет постепенно удалить все свиные клетки, тем самым устраняя возможность кальцинации и потенциальное отторжение свиного клапана. Каков же результат? «Сердечная дверка» лучше открывается и крепче закрывается, а её структура очень похожа на структуру сердечного клапана человека. «Мы никогда не сдавались и, наконец, объявили о рождении надежды», — сказал Киао Вейхуа
Weihua), член исследовательской группы.
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.
Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group. Графические материалы предоставлены: Обложка:
ISSN 0829-8351
08
для рыб 10 Институт материаловедения Интервью с Хезер Аллайн. 12 Очистка морского транспорта Модернизация – переход на СПГ 13 Никелевые сплавы Жаропрочные сплавы 14 Технические вопросы и ответы 15 Почему никель? 15 Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов 16 Сплющенный боб Аниш Капур
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ФАКТЫ
и сульфиды
СОДЕРЖАНИЕ НИКЕЛЬ
Выигрышное решение
Получившая
Познавая никель
Earthshot* компания GRST из Гонконга (GRST —
— зелёная, возобновляемая технология устойчивого
предложила удостоенный награды процесс производства более чистых батарей для электромобилей с использованием компонентов, легко перерабатываемых и возвращаемых в повторный
Это
Уильямом, ныне принцем Уэльским, отмечает инновационные решения самых актуальных экологических проблем мира — загрязнение воды и воздуха, обеднение окружающей среды, рост отходов и изменение климата. Компания GRST разработала способ изготовления аккумуляторной батареи с использованием растворимого в воде связующего композитного материала вместо летучих растворителей и материалов, трудно поддающихся повторной обработке и использованию. В результате литий, кобальт и никель можно экономичнее извлекать в конце жизненного цикла аккумуляторной батареи и пускать в повторный оборот для производства нового аккумулятора, что снижает потребность в дополнительной добыче этого сырья. Это ещё одно решение, выгодное как для аккумуляторов, так и для окружающей среды. * премия от принца Уильяма за лучшие решения по защите окружающей среды КОМПАНИЯ GRST АДАМ МАЛИН (ADAM MALIN)/ЛАБОРАТОРИЯ ORNL/ДЕПАРТАМЕНТ ЭНЕРГЕТИКИ США (U.S. DEPT. OF ENERGY) «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. | 5 КРЕПКИЙ ЩИТ Использование этого новшества в нержавеющей стали и других сплавах усилит их прочность и улучшит их свойства. Исследователи из Национальной лаборатории Оук Ридж (Oak Ridge National Laboratory (ORNL)), находящейся в штате Теннесси, США, продемонстрировали, как покрытие гексагональным нитридом бора (hBN) приводит к улучшенной и продолжительной защите от жёсткой коррозии, а также ослабляет высокотемпературное окисление в воздушной среде. Покрытия hBN производятся из соединения твёрдого бора с молекулярным азотом при помощи так называемого процесса осаждения из газовой фазы при атмосферном давлении. Этот дополнительный защитный слой hBN, используемый для покрытия сплавов, содержащих никель и железо, открывает возможности широкого промышленного применения, что улучшит рабочие характеристики таких изделий, как солнечные панели, полупроводники и лопасти авиационных турбин. Сотрудник лаборатории ORNL Иван Власюк (Ivan Vlassiouk), возглавлявший исследование, отмечает и ещё одно преимущество: «Использование этого процесса для синтеза однослойного и малослойного hBN могло бы улучшить характеристики появляющихся сейчас двумерных электронных и фотонных приборов». Работа была опубликована в журнале Advanced Materials Interfaces.
в конце 2023 г. премию
Green, Renewable, Sustainable Technology
развития)
оборот.
ежегодное мероприятие, учреждённое в 2020 г. принцем
«Познавая никель» — новый видеоматериал Института никеля. Цель этой короткой анимации — глубже осветить две важные научные концепции — биодоступность и биоэлюцию, которые лежат в основе безопасного использования никеля. Хотя всё базируется на серьёзной науке, цель этого короткого фильма — информировать о никеле в занимательной форме. Если тема никеля вас заинтересует, то, конечно, на веб-сайте Института никеля вы сможете найти и более подробные сведения.
написанная теми, кто в ней работает, с намерением
рабатываемые материалы. Переработка вторичного сырья (нержавеющих сталей, никелевых сплавов или аккумуляторных батарей) является важным звеном никелевой производственно-сбытовой цепи. Исключительно высокая способность никеля к повторной переработке для пуска во вторичный оборот является критически
6 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024 Сегодня никель используется главным образом в двух областях — в производстве нержавеющей стали и прочих сплавов, а также в химических процессах, в том числе в аккумуляторных батареях. Самая большая часть никелевого рынка приходится на нержавеющую сталь, но область аккумуляторов растёт опережающими темпами.
два главных источника
мирового
на
— вновь добываемые руды и пере -
его
однако бóльшая
никеля сфокусирована на внесении в цепочку поставок первичного сырья — ныне около 3 млн
в год.
Никель
в двух общих типах руд — латеритных (оксидных) рудах, залежи которых в основном расположены в тропических и субтропических зонах, и сульфидных рудах, залежи которых главным образом находятся в зонах умеренного климата и субарктических регионах. На карте указаны главные места расположения никельсодержащих полезных ископаемых. На некоторых месторождениях ведётся множество горнодобывающих работ, на других добыча никеля — это единичный процесс. Более 50% производимого сегодня никеля добывается в Индонезии. Руда часто перерабатывается рядом с участком её добычи, но латеритные никелевые руды к тому же широко продаются как на региональном, так и на мировом уровне; продаются также и никелевые сульфидные концентраты, но не в таких больших количествах. Латеритные руды Латеритные руды встречаются как неглубоко залегающие месторождения и традиционно подразделяются на два главных типа — лимониты (более низкое содержание никеля, высокое содержание железа) и сапролиты (более высокое содержание никеля, низкое содержание железа). В лимонитах, как правило, содержится дополнительный ценный компонент — кобальт, а сапролиты разрабатываются только из-за ценного никеля. Сегодня лимонитовые руды в основном обрабатываются путём выщелачивания, в процессе которого руда вступает в реакцию с серной кислотой, и растворённые в ней никель и кобальт извлекаются в виде промежуточных продуктов, содержащих никель и кобальт. Эти промежуточные продукты могут быть очищены с извлечением металлического никеля или сразу направлены в цепочку поставок продукции для аккумуляторных батарей. Выделение металлов из руд с помощью водных растворов называется гидрометаллургией. Сапролитовые руды обрабатываются с помощью плавки, в процессе которой руда сушится и плавится при помощи энергии, вырабатываемой сжиганием угля и электричеством — как правило, этот процесс основан на использовании угля. В результате никель извлекается в виде железоникелевого сплава. Его обычно так напрямую и используют для производства НИКЕЛЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ЧАСТЬ 1. ПЕРЕРАБОТКА НИКЕЛЯ. ЛАТЕРИТЫ И СУЛЬФИДЫ Это первая из новой серии статей о никелевой промышленности,
глубже осветить ситуацию в этой отрасли и рассказать о ряде
возникающих в процессе производства
и
элемента.
будем
Начнём с
Существуют
удовлетворения
спроса
никель
важной частью
экологической характеристики,
часть рынка
тонн
Два общих типа руд
встречается
сложностей,
этого важного
многофункционального
Мы
обсуждать руды, способы обогащения, устойчивое и непрерывное развитие.
руд.
нержавеющей стали. С ростом спроса на
аккумуляторные батареи мы отмечаем и возрождение былой практики переработки этого сплава в материал с более
высоким содержанием никеля (никелевый штейн) для последующего рафинирования. Переработка с помощью плавления
материалов при высоких температурах
называется пирометаллургией.
Сернистые (сульфидные) руды
Сернистые руды могут залегать либо на
поверхности (или близко к поверхности),
либо глубоко под землёй и часто содержат
множество ценных материалов: они используются не только для получения
никеля, но и кобальта, меди, платины и
палладия. В совокупности эти материалы
могут представлять бóльшую ценность, чем сам никель. Обработка сульфидных руд отличается от обработки латеритных руд. Почти всегда их можно обогатить, превратив в готовый к транспортировке
никелевый концентрат прямо на участке добычи. В последствии этот концентрат можно переработать на центральном предприятии.
никеля, в которых концентрат плавится с применением энергии от содержащейся в нём серы и электричества, в результате чего получают никелевый штейн, который будет подвергнут дальнейшему рафинированию. Здесь, однако, сейчас используются и прямые гидрометаллургические процессы. В следующих статьях будут подробнее раскрыты эти технологии с рассказом о
некоторых исторических и современных новшествах, о ряде проблем устойчивого развития, стоящих перед промышленностью, и о потенциальных альтернативных
«НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. | 7 Никель встречается в двух больших типах руд — латеритах и сульфидах
—
печи для выплавки
Большинство таких установок
это
путях, которые смогут воплотиться в жизнь наряду с нынешним серийным производством Добыча сульфидов Добыча латеритов Обработка на участке добычи Плавление и рафинирование Общая блок-схема производства первичного никеля Плавление Конверсионная обработка Металлический никель Химическое использование (включая аккумуляторы) Использование в производстве нержавеющей стали и сплавов Железоникелевый сплав Выщелачивание Промежуточные продукты Латеритные разработки Сульфидные разработки
ДЛЯ РЫБ
8 | «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г.
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ Завершённый в 2022 г. проект Rangitata Diversion Race (RDR) играет существенную роль в заборе воды из реки Рангитата на острове Южный в Новой Зеландии, обеспечивая круглогодичные ирригационные нужды, водоснабжение и производство электроэнергии. Однако постоянная озабоченность по поводу экологического воздействия на рыбную популяцию региона привела к разработке инновационной технологии фильтрации. Для решения этой сложной задачи была
и произведена из никельсодержащих нержавеющих сталей марок
316 (S31600) экологичная система водоотведения. Эта система фильтрации поставляет необходимое количество воды, обеспечивая при этом прохождение назад в речную систему рыб для спортивной рыбалки, таких как лосось и форель, а также различных местных видов фауны, которые находятся под угрозой исчезновения. Всеобъемлющее исследование привело к выбору конструктивной самоочищающейся фильтрационной системы из проволоки клиновидного сечения, хорошо зарекомендовавшей себя в течение десятилетий успешного функционирования. Это эффективное технологическое решение представляет собой фильтрующую конструкцию из нержавеющей стали, которая не только самоочищается и безопасна для прохождения рыбы, но также пропускает водные потоки в необходимом количестве и демонстрирует низкую себестоимость на протяжении всего жизненного цикла. В проекте было использовано семь фильтров таврового соединения (в общей сложности 14 цилиндрических фильтров), плоский панельный фильтр и плоские шлюзные ворота. Всё это произведено из нержавеющей стали. Тремя главными приоритетными чертами проекта фильтров для защиты рыбы были размер ячеек, скорость входа и функция самоочистки. Размер ячеек
AWMA Water Control Solutions, занимающаяся водозащитными работами, спроектировала и возвела одну из самых больших в мире безопасных для рыб водозаборных систем, применив никельсодержащую нержавеющую сталь.
БЕЗОПАСНЫЕ
разработана
304 (UNS S30400) и
Компания
к конкретным условиям жизни существующей водной фауны и учитывал виды рыб и их способы размножения. Низкие скорости
входа предупреждают повреждения от ударов мусора и рыб с помощью низкого, равномерного распределения потока по всей площади фильтра.
Фильтры, произведённые из проволоки клиновидного сечения из нержавеющей стали, включают средства самоочистки — это внутренние и внешние щёткоочистительные механизмы, позволяющие эффективно удалять мусор и водоросли, при этом обеспечивая защиту рыб и оптимальный водный поток. 14-цилиндровые фильтры произведены
из проволочного элемента клиновидного сечения из нержавеющей стали марки 304
диаметром 2,1 м и длиной 3,0 м.
Каждая из
пошло около 1,8 тонн нержавеющей стали.
Эти ворота применяются как
для рыбы овершот для регулирования
подачи воды и водозащиты.
Перед установкой все детали из нержавеющей стали подверглись
поверхностному травлению.
В целом на производство фильтрующей системы пошло более 55 тонн нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обеспечила износостойкость, эффективность функционирования и долговечность водозаборного предприятия с предполагаемым 50-летним
«НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. | 9 КОМПАНИЯ AWMA WATER CONTROL SOLUTIONS. КОМПАНИЯ AWMA WATER CONTROL SOLUTIONS. В проекте было использовано семь фильтров таврового соединения (в общей сложности 14 цилиндрических фильтров), плоский панельный фильтр и плоские шлюзные ворота. Всё это произведено из никельсодержащей нержавеющей стали. фильтров был адаптирован
данных
была снабжена поворотной сцепкой с кожухом из нержавеющей стали марки 304 для защиты приводных валов из нержавеющей стали марки 316 диаметром 100 мм. Для подъёма и спуска решёток водозабора потребовалось 140 м проволочного троса из нержавеющей стали марки 316, оснащённого винтовыми стяжными муфтами и сборными деталями из нержавеющей стали. Размер 8-тонного плоского панельного фильтра — 30 м х 3,5 м
На изготовление плоских шлюзных ворот,
подачу воды и установленных в конце отводного канала,
семи систем сбора и хранения
о качестве воды высотой 8,75 м
(105 м2).
регулирующих
безопасный
сроком службы в пресной воде. Сочетание высококачественных материалов из нержавеющей стали и инновационной инфраструктурной разработки привело к экологичной технологии, которая обеспечивает подачу высококачественной воды, пониженное энергопотребление, надёжную подачу воды и при этом гарантирует защиту местной рыбы. Статья из австралийского журнала Australian Stainless Magazine, вып. 78, приведена в сокращённом варианте. Механизм управления клапанами Ворота Неподвижная внешняя щётка Вращающиеся сита из проволоки клиновидного сечения Отфильтрованная вода Внутренняя цилиндрическая щётка
ИНТЕРВЬЮ С
ИНСТИТУТА
МАТЕРИАЛОВ
Хезер Аллайн работает в Институте технологии материалов
В.: Расскажите, пожалуйста, о себе и о том, как вы заинтересовались темой материалов.
В старших классах школы мне очень нравилась химия, что и привело меня в Университет Райса, где моей профилирующей дисциплиной стало химическое машиностроение. Мой первый курс по материаловедению
увлёк меня представлением о том, как элементы величиной с атом и их заряды определяют кристаллические структуры металлов и тем самым свойства материалов. Это привело
10 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024 Вот уже более двух десятилетий Институт никеля (ИН) с энтузиазмом поддерживает Институт технологии материалов (MTI). ИН предоставляет информацию и экспертные советы по вопросам нержавеющих сталей, никелевых сплавов, сварочных работ и производства металлоконструкций, что облегчает успешное промышленное применение этих сплавов. Мы попросили Хезер Аллайн, исполнительного директора MTI, рассказать о своём страстном увлечении материалами и о важности работы MTI по информированию о безопасном, надёжном и устойчивом использовании материалов.
я поменяла профилирующую дисциплину на материаловедение, где учебные курсы, особенно по коррозии, углубили мой интерес в этой области, а многие годы спустя привели меня в MTI. В.: Чем является MTI, и почему он важен? MTI — это уникальная организация сотрудничающих компаний-членов, представляющих разные отрасли обрабатывающей промышленности, финансирующая не защищённые правами исследования и проекты по общим проблемам материаловедения, которые члены организации считают приоритетными. Проекты MTI сыграли важную роль в сборе экспертных знаний в области материаловедения и распространении их среди новых поколений инженеров, в разработке информационных ресурсов, которых просто нигде больше не найти. Эти проекты обращены к пробелам в технологии или техническом понимании с упором на безопасность, надёжность и устойчивое развитие разных отраслей обрабатывающей промышленности. В.: Например? В качестве примера приведу нашу серию книг «Выбор материалов» (Materials Selector), которые по праву считаются золотым стандартом в области некоторых типов подвергаемых коррозии материалов, и серию «Атласы микроструктур» (Atlases of Microstructures), которые иллюстрируют буквально все формы продукции по конкретному сплаву или семейству сплавов. В.: Кто члены вашей организации?
к тому, что
ХЕЗЕР АЛЛАЙН,
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ДИРЕКТОРОМ
ТЕХНОЛОГИИ
(Materials Technology Institute (MTI)) с 2008 г. До назначения на должность исполнительного директора она проработала 14 лет в должности первого заместителя директора и оказывала поддержку проектам европейской зоны MTI. У г-жи Аллайн степень бакалавра материаловедения Университета Райса. Её первым местом работы стала компания DuPont. Там она проработала 14 лет до перехода в MTI. ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ (MATERIALS TECHNOLOGY INSTITUTE)
Компании-члены MTI вовлечены как в производство химических полуфабрикатов, так и в нефте- и газопереработку. Это те компании, которые используют самые сложные процессы, считая своим приоритетом высокотехнологический уровень производства и безопасность. У нас идеальная структура, способная
поддержать наших членов, позволяя
им принимать инженерные решения с
помощью наших ресурсов и сети.
В.: Каковы преимущества членства?
Многие компании становятся членами
нашей организации, потому что
их интересует какая-нибудь одна
конкретная тема, исследуемая MTI, либо с целью предложить
исследовательский проект — это главная ценность работы MTI.
Став членами, они начинают осознавать ценность самих сетевых контактов. MTI является организатором Форума, где компании-члены задают вопросы
и получают ответы, часто в течение нескольких часов. В 2023 г. более 30 компаний-членов обратились за решением своих технологических проблем и за советом, у нас заархивировано более 10 тыс. постов с возможностью поиска по содержанию.
Также высоко ценится Библиотека технических материалов. По первому требованию члены получают ежедневный круглосуточный доступ к нашему архиву публикаций, презентаций, вебинаров и т.п.
Дополнительные льготы для членов
включают тренинги на отраслевую тематику, круглые столы, одночасовые технические вебинары и наш
подкаст на тему о
совещания Технического консультативного совета (ТКС). Каждое региональное собрание предлагает тренинг на техническую тему, возможности рассказать о своих неудачах и сложных проблемах, возникающих на их участках, и о путях решения
решаемые при личной встрече. Собрания MTI регулярно включают
и тренинги, что также наиболее успешно осуществляется при личной встрече.
В.: Как вы выбираете проекты для финансирования?
Любой член MTI может предложить идею проекта. Наш процесс обеспечивает тщательный отбор проекта членами
коррозии
— всё
на интересующие
В качестве услуги, оказываемой промышленности в целом, наши предложения доступны и нечленам MTI. Гари Коутс (Gary Coates) из Института никеля участвовал во многих наших мероприятиях как докладчик и ведущий мероприятий или оказывал помощь в их организации, и мы счастливы пользоваться его знаниями и опытом в подобных форматах. В.: Как работает MTI? MTI начал свою деятельность в Северной Америке в 1976 г. Многие из наших членов находятся в разных регионах мира, поэтому в начале 2000х мы
свою деятельность на Азию и Европу.
в год на
этих проблем. В дополнение раз в два года мы проводим Всемирный симпозиум, открытый широкой публике. В.: В чём ценность личных встреч? Мозговой штурм и постановка целей
итоговых материалов — всё это задачи, наиболее эффективно
в себя и такие
как налаживание
ежемесячный
— Corrosion Chronicles,
это
членов темы.
распространили
Как правило, мы лично собираемся семь раз
и задач проекта, определение технических требований и
составляющие,
связей
повышает уровень общей поддержки. Член-лидер (куратор) представляет отобранный проект Техническому консультативному совету для голосования в соответствии с его техническими достоинствами. После технического одобрения Совет директоров утверждает финансирование. Часто проекты финансируются и в процессе их реализации в течение года. Финансируемые MTI текущие и потенциальные проекты можно увидеть на нашем веб-сайте mti-global.org. «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. | 11 Каждый год MTI организует несколько учебных курсов и круглых столов по целому ряду тем материаловедения. Полная программа мероприятий доступна на сайте www.mti-global.org. ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ (MATERIALS TECHNOLOGY INSTITUTE)
MTI, что
НИКЕЛЬ ПОМОГАЕТ ОЧИСТИТЬ
ТРАНСПОРТ
труб — внутренняя технологическая труба, по которой подаётся жидкость, и внешняя труба-оболочка, содержащая вакуум. Модернизация таких труб — занятие сложное, так как ремонтники должны работать в небольшом пространстве, окружающем уже установленное оборудование.
Этот новый предел содержания серы
заставляет судоходную отрасль пересмотреть варианты использования возможного топлива. Их можно
подразделить на три основные категории: переход на альтернативные виды топлива, применение низкосернистого топлива нефтяного происхождения и использование скрубберов (воздухоочистительных установок) для удаления оксидов серы из выхлопных газов.
К альтернативным видам топлива относятся
12 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024
МОРСКОЙ
снизить загрязнение окружающей среды оксидами серы, с января 2020 г. Международная морская организация (International Maritime Organization (IMO)) установила лимит
в топливе нефтяного
используемом в качестве
для кораблей.
Чтобы
содержания серы
происхождения,
источника энергии
аммиак, метанол, водород и сжиженный природный газ (СПГ) — всё это топливо с низким содержанием серы. Испанская компания, специализирующаяся на криогенном оборудовании, Cryospain, недавно модернизировала двигатель и топливную систему одного из кораблей для работы на СПГ. Проект модернизации заключался в поставке труб для транспортировки, хранения и подачи как СПГ, так и природного газа в двигатели. Точка кипения СПГ — -162 °C (-260 °F), что требует использования никельсодержащей нержавеющей стали. Компания Cryospain поставила конструкцию «труба в трубе» из нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603), что обеспечивает поддержание СПГ в жидком
в морской атмосфере, так и устойчивость к низким температурам. Был установлен трубопровод длиной около 275 м, из которых 160 м приходилось на трубы с вакуумной изоляцией (с двойными стенками и удалённым из пространства между двумя слоями трубы воздухом). Вакуумная изоляция обеспечивает требуемую эффективность охлаждения там, где нужно сохранить природный газ в сжиженном состоянии (например, по пути от наземных бункерных станций до борта танкера). Секции, где не требуется сжиженный газ, такие как бортовые топливные котлы, могут быть оснащены трубами с двойной стенкой без вакуумной изоляции. На всё это ушло в общей сложности около 6 тонн нержавеющей стали марки 316L. Теперь этот корабль и чище, и экологичнее, и эффективнее, чем раньше. Трубы с вакуумной изоляцией производятся из двух концентрических
КОМПАНИЯ CRYOSPAIN КОМПАНИЯ CRYOSPAIN Всасывающее отверстие вакуумного насоса Оболочка
Компенсатор Сепаратор
состоянии. Марка 316L обеспечивает как коррозиестойкость
Многослойное покрытие
Технологическая труба
ГОРЯЧАЯ ТЕМА
ЖАРОПРОЧНЫЕ
СПЛАВЫ
и аустенитный. Аустенитные сплавы находят наибольшее применение, поскольку их микроструктура обеспечивает превосходную по сравнению с углеродистой сталью ковкость и жароупорность. Эти свойства обязаны наличию в них никеля, содержание которого в таких сталях варьируется от 8 до 75%, что и создаёт аустенитную микроструктуру.
В приведённой ниже таблице показаны некоторые типичные ЖС, самой
известной из которых является марка 304.
При повышенных температурах в результате взаимодействия с кислородом в стали формируется оксидный слой (окалина), что вызывает потерю металла. Высокие уровни содержания хрома в
NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024 | 13
Как правило, рассуждая о никельсодержащих сплавах, мы принимаем во внимание их сопротивляемость коррозии в жидких средах, таких как морская вода, в пищевой или химической промышленности. Однако существует группа сплавов, которые почти исключительно применяются при температурах в диапазоне 540–1230 °C (1000–2200 °F). Их мы обобщённо
Существуют
ферритный
называем жаропрочными сплавами (ЖС).
два основных типа ЖС —
Увеличение содержания хрома увеличивает сопротивляемость образованию окалины, но вместе с этим для поддержания аустенитной микроструктуры требуется и увеличение никелевой составляющей. Добавки алюминия или кремния могут улучшить окалиностойкость, обеспечиваемую хромом. Да и никель привносит дополнительные преимущества: он увеличивает сопротивляемость цементации (науглероживанию), которая может происходить в печах для термической
и при переработке углеводородов; он также помогает противостоять атаке галогеновых газов — например,
Эти
ЖС являются незаменимыми сплавами, поскольку дают возможность использовать оборудование при высоких температурных режимах и в химической промышленности. «НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. Примеры использования ЖС: • Печи для термической обработки • Печи для науглероживания • Озоление отходов хлорсодержащих пластических масс Номинальный состав Максимальная температура.* Сплав Ni Cr Fe Other
(S30400) 8 18 72 925 °C (1700 °F) 310
20 25 52 1150 °C (2100 °F) 330 (N08330) 35 19 43 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) * Предлагаемые максимальные температуры в воздушной среде, непрерывное функционирование Феррит Объёмноцентрированная кубическая структура Аустенит Гранецентрированная кубическая структура Добавить никель
ЖС замедляют утолщение окалины и снижают потерю металла.
обработки
хлора.
никельсодержащие
304
(S31008)
Гир Мо (Geir Moe), лицензированный инженер, является координатором Службы технической консультации Института никеля. Наряду с другими специалистами-материаловедами, находящимися
14 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024 О В СПРОСИ ЭКСПЕРТА ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ
мира,
Мо помогает конечным
и спецификаторам никельсодержащих материалов, заинтересованным в получении технической
чтобы пользователи с уверенностью применяли никель, эта команда всегда готова бесплатно предоставлять технические консультации по широкому ряду тем, таких, например, как нержавеющие стали, никелевые сплавы и никелирование «НИКЕЛЬ», т. 39, № г. В.: Мы выгнули пластину из сплава марки 304L (UNS S30403) толщиной 10 мм с помощью холодной деформации в эллиптическое выпуклое днище. Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», послеформовочная термообработка (отжиг) ей не требуется. Наш клиент установил 3%-ый предел максимального содержания феррита. С помощью ферритоскопа Фишера (a Fischer Feritscope®) мы определили, что феррит в месте перехода в донышко составляет 35–45%, в то время как вдали от этого места уровень феррита в материале <3%. Тест на подтверждение марки материала показывает, что материал соответствует составу марки 304L. Почему происходит такое большое расхождение в уровнях феррита и как это исправить? О.: Ферритоскоп не измеряет именно феррит — он измеряет присутствие магнитных микроструктур в металле. Самой известной магнитной микроструктурой является феррит. Аустенитные нержавеющие стали, такие как марка 304L, в состоянии полного отжига фактически немагнитны из-за своей аустенитной микроструктуры благодаря содержанию никеля. Однако аустенит марки 304L метастабилен. Это означает, что часть аустенита может трансформироваться в другую микроструктуру. Она известна как мартенсит деформации. При пластической деформации (деформация в холодном состоянии) он приобретает магнитные свойства. Ферритоскоп не может различить эти две разные микроструктуры — феррит и мартенсит, так как они обе являются магнетиками. Другие нержавеющие стали с более высоким содержанием никеля являются устойчивыми к этой мартенситной трансформации, как показано на рисунке. Если бы вы протестировали пластину до деформации, вы бы обнаружили, что вся пластина показывает содержание феррита <3%. Содержание феррита не может увеличиться при холодной деформации. Если же вы хотите убрать мартенсит, единственный способ это сделать — отжечь выпуклое днище. Эта теплообработка трансформирует мартенсит обратно в аустенит. Для стали марки 304L минимальная температура отжига — 1040 °C (1900 °F). Влияние холодной обработки на магнитную проницаемость хромоникелевых нержавеющих сталей Обжатие в холодном состоянии (%) Магнитная проницаемость H=50 15 12 9 6 3 0 20 40 60 80 301 (6% Ni) 304 (8% Ni) 316 (10% Ni) 310 (20% Ni) 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.
СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере
ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) — зайдите на страничку Института никеля СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube
«НИКЕЛЬ» ОНЛАЙН
в разных странах
Гир
пользователям
помощи. Для того,
www.nickelinstitute.org/library/
X @NickelInstitute
www.youtube.com/user/NickelInstitute ЖУРНАЛ
Кухонная раковина из нержавеющей стали Никельсодержащая нержавеющая сталь — это идеальный материал для раковин. Он обладает великолепной коррозиестойкостью и благодаря добавкам никеля (как в марке 304 (UNS S30400)) её можно подвергнуть деформации и выгнуть глубокую чашу. деформацию: чем можно
Никель в марке 304 (UNS S30400) создаёт структуру с высоким коэффициентом низкотемпературного упрочнения, что помогает равномернее распределить деформацию: у неё этот коэффициент выше, чем у углеродистой стали
усиливается, что начинает оказывать сопротивление дальнейшей растяжке, и тогда другие более слабые участки тоже начинают растягиваться.
NICKEL, VOL. 39, Nº 1, 2024 | 15
низкотемпературного
означает,
прочность растягиваемого участка. В конце концов она настолько
или ферритной нержавеющей стали. Высокий коэффициент
упрочнения
что по мере растягивания материала значительно увеличивается
В результате растяжка не концентрируется только на одном участке, но распространяется на бóльшую часть материала, что позволяет равномерно выгнуть
глубокую
Если бы использовались материалы с более
низкотемпературного упрочнения, то растяжка была бы сконцентрирована только в одном определённом месте, что привело бы к преждевременному разрыву до того, как материал оказался достаточно растянут. UNS C Co Cr Cu Fe Mn Mo N Nb Ni P S Si Ti N01555 Pg 5 0.07 max 0.05 max 0.01 max 0.01 max 0.05 max - -0.05 max 54.057.0 - - - bal S30400 Pg 8, 15 0.08 max18.020.0 - bal 2.00 max - -8.010.5 0.045 max 0.030 max 1.00 maxS30403 Pg 14 0.030 max18.020.0 - bal 2.00 max - -8.012.0 0.045 max 0.030 max 1.00 maxS31603 Pg 8, 12, 16 0.030 max16.018.0 - bal 2.00 max 2.003.00 -10.014.0 0.045 max 0.030 max 1.00 maxS32205 Pg 2 0.030 max22.023.0 - bal 2.00 max 3.003.50 0.140.204.506.50 0.030 max 0.020 max 1.00 maxS32304 Pg 2 0.030 max21.524.5 0.050.60 bal 2.50 max 0.050.60 0.050.203.05.5 0.040 max 0.030 max 1.00 maxНикель можно обнаружить везде — от нанонитей до нержавеющих сталей. Но каковы свойства никеля, которые делают его неотъемлемой частью предметов, использующихся в нашей каждодневной жизни? ПОЧЕМУ НИКЕЛЬ? Кухонная раковина из нержавеющей стали ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель»
более
чашу.
низким коэффициентом
«НИКЕЛЬ», т. 39, № 1, 2024 г. ЭФФЕКТНЫЙ СПЛЮЩЕННЫЙ БОБ ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПРЕДОСТАВЛЕН: IMAGE © IWAN BAAN Под этим необычным небоскрёбом, башней Дженга (Jenga Tower), расположилась долгожданная первая в Нью-Йорке постоянная инсталляция британского художника Аниша Капура. Известный как Half Bean («Полфасолины» – это неофициальное наименование), этот блестящий боб как бы протиснулся под здание компании Герцог и де Мюрон (Herzog & de Meuron) на улице Леонард-стрит, 56, квартала Трибека. Инсталляция торжественно открылась в январе 2023 г., через пятнадцать лет после того, как была заказана, что говорит о сложности проекта, влиянии на него экономических факторов и ограничения поездок в связи с пандемией COVID-19. Компания Performance Structures, Inc., также
установленную в Чикаго
«Облачные ворота» («Фасолина»)
Gate
Bean)), успешно справилась со многими сложностями, возникавшими в процессе сварки и обеспечения обтекаемости конструкции, и создала безупречно гладкую поверхность скульптуры. Каждый срез фигуры опирается на отдельную несущую конструкцию, причём опорные рамы нижней части прикреплены болтами к поверхности площади и кабелям, на которые подвешены сами срезы. При ветре, под снегом и дождём и даже просто при перепаде температур пружинные захваты позволяют скульптуре немного шевелиться. Выполненная в вырезанных с высокой точностью панелях из полированной нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603) с идеальной зеркальной поверхностью, эта 40-тонная фигура, напоминающая эллипсоид размерами 15 м (длина) х 6 м (высота) (48 фут. х 19 фут.), своим основанием опирается на мостовую. Завершающая часть скульптуры была собрана вокруг массивной внутренней конструкции, сварена, отшлифована и отполирована прямо на месте установки. А. Капур прокомментировал это так: «Эта работа представляет собой форму, выполненную в нержавеющей стали, которая вместе с тем мягка и эфемерна. Зеркала останавливают нас, поглощают, затягивают так, что время нарушает свой привычный темп и, похоже, замедляется. Именно этот материал создаёт новый тип бесплотного, нематериального пространства». Проект, инициатором которого стала группа Alexico Group, — это блестящий пример инновации в искусстве и архитектуре.
изготовившая
инсталляцию Капура
(Cloud
(the