低合金鋼中の ニッケル
NICKEL MAGAZINE
ニッケルとその用途に関する専門誌
ニッケル 2024 年 39 巻 2 号
ちょうどいい量のニッケル
火星上のニッケル スペースXメガロケット打ち上げ
トプソー社の マリア・ホセ・ランデイラ・エス テルゴーアとの質疑応答
ケーススタディ31 ロイヤル・カリビアン アイコン・オブ・ザ・シーズ
アイコン・オブ・ザ・シーズはロイヤル・カリビアン・インターナショナル社向 けに建造されたクルーズ客船です。全長 365 メートル、全幅 50 メートル、総 トン数 248,663 トンの世界最大のクルーズ客船は 2024 年1月 27 日にマイア ミ港から就航しました。この船の乗組員は 2,350 人、乗客定員は 2 人部屋で 5,610 人、最大定員で 7,600 人となります。
このプロジェクトで使用されたスタラ チューブ社の製品は以下の通りです：
316L系（UNS S31603）（EN 1.4404） 中空部サイズ 100 x 60 x 5.0 mm およ び100 x 100 x 5.0 mm
316Ti系（UNS S31635）（EN 1.4571） 中空 部 80 x 60 x 5.0 mm
最も過酷な気象条件にも耐えられる よう、特定のアイテムにはニッケル含 有ステンレス鋼が選ばれました。 ステンレス鋼製品メーカーのスタラチ ューブ社は、長期にわたるパートナー である海運業界のサプライヤー、ト ゥテカ社と協力し合いました。スタラ チューブ社はトゥテカ社にステンレス 鋼の梁と形材を供給しましたが、それ らは階段の手すりや船の上甲板にあ るウオーターパーク・エリアのガラス 張りの防風設備に使われました。こ の防風設備は風速 270 キロ(170 マイ
ル: 75 m/秒)といった極端な気象条 件にも耐えるように設計されていま す。さらに、防風ガラスのパネルは重 いため支柱には剛性が必要ですが、 さらに海洋環境に対する耐食性も求 められます。また、船のビジュアルデ ザインと一体化した円錐形の換気パ イプにもステンレス鋼の構造製品が 使用されました。この 2 社は、今後数 年の間にフィンランドのトゥルク造船 所で建造される2隻の最新鋭クルー ズ客船に向けて準備を進めていると ころです。
論説：
ちょうどいい量
新しい合金を開発するというのはやっかいな仕事です。ある用途に最適な合金 鋼を製造するための合金元素の組み合わせを決めるのは、科学であると同時に 芸術でもあります。特定の用途に「ちょうどいい」量のニッケルを見つけることは、 冶金学者やエンジニアにとっての課題です。目標は、必要な特性が得られて、最 もコストパフォーマンスが良い最適なニッケル含有量を発見することです。そして 下の表が示すように多くの場合、合金に適度な靭性、強度、耐熱性、溶接性を付 加し、差をつけるのは、ほんの少量のニッケルです。今回のニッケル誌では、ま すます高まる洋上風力タービンの要求に応えるための最適な合金を探求する特 集をしています。
コーラル・グリーンハウス
ニッケル含有ステンレス鋼は水中温 室の安定した骨組みとなり、オース トラリアのグレート・バリア・リーフ にあるジョン・ブリュワー・リーフの サンゴと海洋生物の成長を支えて います。
宇宙旅行の過酷な環境は、腐食の激しい海洋環境よりもさらに過酷であること はまず間違いありません。8 ページの記事では、イーロン・マスクがニッケル含有 ステンレス鋼を利用してスターシップをさらに進化させ、火星まで往復させるとい う計画を紹介しています。
これとは対照的に厳しい条件の下で、ステンレス鋼中のニッケルを見事に使いこ なしている例があります。裏表紙を飾っている英国人彫刻家ジェイソン・ドゥケー ル・テイラーのオーストラリアにおける水中アート構造物は、絶滅危惧種に聖域 を用意しています。水深16メートルの「コーラル・ガーデニング」のための海洋温 室をご覧ください。
これらは、ちょうどいい量のニッケルが、より高く、より遠く、より深いところへ行く ためのどういう助けとなっているかを示すほんの一例です。
クレア・リチャードソン ニッケル誌編集長
目次
02 ケーススタディ31 ロイヤル・カリビアン アイコン・オブ・ザ・シーズ
03 論説
ちょうどいい量
04 ニッケルの注目話題
06 ニッケルの製錬加工 ラテライトと硫化物
08 スペースXメガロケット ニッケルで打ち上げ
10 トプソー マリア・ホセ・ランデイラ・エステ ルゴーア博士にインタビュー
12 ちょうどいい量 低合金鋼中のニッケル
13 ニッケル合金 ニチノール：記憶する金属
14 技術に関する Q＆A
15 なぜニッケル？
15 UNS詳細
16 海中美術館 ジェイソン・ドゥケール・テイラー
Nickel magazine はニッケル協会が発行しています www.nickelinstitute.org
ハドソン・ベイツ博士（社長） クレア・リチャードソン（編集長） communications@nickelinstitute.org
寄稿者：Gary Coates, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Lyle Trytten, Odette Ziezold デザイン：コンストラクティヴ・コミュニケーションズ
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ISSN 0829-8351
Hayes Print Groupによりカナダで再生紙に印刷 ストック写真クレジット 表紙：bytecodeminer pg 6 iStock©enviromantic, Pg 12 iStock©ratpack223
NICKEL NOTABLES
ニッケル・ニュース
二元機能触媒の改良
韓国の研究者グループが、電極の可逆性と耐久性を向上させるために、二元機能 の白金-ニッケル合金触媒を使った革新的な方法を考案しました。POSTECH（浦 項工科大学）と延世大学の研究チームは、韓国科学技術研究院（KIST）のクリー ンエネルギー研究センターと共同で別々の触媒を二元機能白金-ニッケル触媒に 置き換えました。この新しく作られた合金触媒は八面体構造を持っており、酸素 の還元と発生の両方の反応を示します。この研究は、電気化学的エネルギー変 換の重要な技術である二元機能触媒の開発に新たな方向性を示すものです。ま た、将来的にもユニット型再生可能燃料電池（URFC）のような電気化学システム の商業化とカーボンニュートラルにも貢献するでしょう。
持続可能性の指針原則
エネルギー転換と持続可能なモビリティにおけるクリティカル・マテリアルと して、ニッケルの戦略的重要性に対する認識が高まっています。ニッケルの生 産量は、ニッケルやその責任ある利用についての知識が乏しい地域を含め、 世界的に増加傾向にあります。ニッケル協会は、40年以上にわたって蓄積して きた知識と専門性をもとに、持続可能性の指針原則を策定しました。この原 則は、高い環境・社会・ガバナンス(ESG) 基準を達成しようとする道のりにあ る企業にニッケル特有のガイダンスを提供し、ニッケル分野とバリューチェー ン全体における活動を促すことを目的としています。この新しい出版物は www.nickelinstitute.orgで閲覧できますが、役に立つ資料や参考文献もそこ に掲載されています。
インドで初 めて
62 メートルもの高さがあるインド初の ステンレス鋼ダイアグリッド・フレーム ビルは、耐震性とエネルギー効率に優 れているだけでなく、技術革新の証で もあります。チェンナイにあるユナイテ ッド・インディア・インシュアランス・カ ンパニーの新本社は、約 1000 トンの 316L（S31603）グレードの高品質ス テンレス鋼を使用し、特徴的な曲線を 描いています。従来の建築という概念 を覆し、この建物には柱がありません。 ステンレス鋼のフレームが、建物の主 要な耐荷重構造となっています。ジン ダル・ステンレス社のアビュデイ・ジン ダル氏は、「ガラスとステンレス鋼で作 られた建築として驚くべきもので、間 違いなく目を楽しませてくれるもので す。」と話しています。
耐航性のある新しいコーテ ィング
米国のシグマ・ファスナー社、ディップソール社、インテグラン社は共同で、厳 しい条件の下で革新的な解決策が求められる洋上石油・ガス産業向けに、ナ ノ構造亜鉛ニッケル・コーティング・システムを開発しました。ZNnGard™とし て商標登録されているこのエンジニアード・コーティングは、従来のカドミウ ムに取って代わるように設計されているため、性能やライフサイクルコストを 大幅に改善しながら、環境や作業員の安全性の問題も解消することができ ます。独自の技術により、アルカリ性Zn-Niバスケミストリーを用いたパルス 電着でコーティングされます。硬度の向上、耐食性、優れた塗膜密着性、高い 寸法安定性、水素脆性なし、優れた表面仕上げといった利点があります。シ マ・ファスナー社のスティー ブ・カブラル氏は、「この技 術を市場に投入すれば、長 年の問題を解決し、要求に 応えられので、皆ワクワクし ています。」と言っています。
ニッケル産業第２部
ニッケルラテライトの製錬加工
このシリーズの第 ２ 部では主な二つ のニッケル鉱石の一つであるラテラ イトの特質についてより深く掘り下げ、 また最も一般的な加工技術である 製錬について見て行きます。
ラテライトはニッケルの生産及び既知の地上資源の ７０％ 以上を占め、このとこ ろ最も急速に成長しているニッケル供給源となっています。
ラテライト鉱体
ラテライト鉱体は水の流れによる基盤 岩の風化により作られ、元の岩盤の上 部に層が形成されます。この鉱体のバ リエーションとしてアルミ（ボーキサイ ト）または金が含まれるものもあり、組 成は母岩と風化の度合いで決まります。
ニッケルラテライト鉱は、高マグネシウ ム岩盤中に、ニッケル分の低いケイ酸 塩鉱として生成されます。風化過程で 様々な元素は溶解し流れ出したのち再 結晶します。これらのプロセスによりラ テライト鉱床は百万年以内に形成され ることもありますが、温帯あるいは寒 帯の地表に露出した鉱床は 10 億年以 上経っても完全に変質しないものもあ ります。
ラテライトの主な処理方法として製錬 と高圧酸浸出（HPAL) の二つがありま す。製錬は主としてサプロライト鉱を対 象に、鉄ニッケル合金（フェロニッケル ーFeNi, ニッケル銑鉄）を得るために、一 方 HPAL はリモナイトの処理あるいは 高純度最終製品用に使用されます。
ラテライト製錬
ロータリーキルン電気炉方式 必要に応じ破砕されブレンドされた鉱 石はロータリードライヤーで乾燥され ますがここでは通常石炭またはガスを 使用し100 ℃ 以上に熱して鉱石中の付 着水分を一部除去します。目的は次の 段階に進むためにべたつきもなく粉塵 も出ないものにすることです。
乾燥後鉱石はロータリーキルンに持ち 込まれさらに乾燥され化学処理が始ま ります。ロータリーキルンでは化石燃 料を燃焼し 900 ℃ 程度にまで加熱し ます。
無煙炭などの高炭素製品も化学的還 元剤として添加され、酸化鉄及び酸化 ニッケルの鉱物から酸素を除去して金 属製品とします。さらに石灰石が製錬 工程の化学組成を調整するために加え られることもあります。
現在の業界ではロータリーキルン電気 炉（RKEF）処理が圧倒的に多く行わ れています。溶鉱炉はさほど使用され ません。ロータリーキルン電気炉の主 な工程は三段階あります：乾燥、還元 及び製錬です。サプロライト鉱が通常 の原料ですがリモナイト鉱も製錬可能 です。多くの製錬所は下記のプロセスを 使用していますが例外もあります。
高温で回転するこの二つの設備はいず れも粉塵を出しますが、排ガスからそ れを捕集し、固形物として回収する必 要がありますが、このため粉塵の捕集 および粉塵と新しい原料とのブレンド の両方がより複雑なものになっていま す。
高温の一部還元された鉱石は、その 後電気炉に運ばれ、化学的還元が完 了します。加えられる電気とキルンに添 加される炭素の反応及び徐々に消費さ れる炭素電極の反応により鉱石は約 1500 ℃ の温度で溶かされます。
この結果金属化された鉄ニッケル熔体 が沈んだ炉の底部から取り出され、一 方軽いスラグは上部に浮きます。熔体 の鉄ニッケル合金はその後の製鋼工 程に有害な成分を除去するため精製さ れ、輸送のため固形化されるか最近の 一貫生産工場の一部では高温のまま製 鋼工程に運ばれます。
大型の回転装置はよく整備されたロ ーラーシステムの下で高温で連続稼働 しなければなりません。電気炉は大量 の電力の連続供給を必要とし、炉に よってはニッケル生産トン当たり最大
40 MWh を必要とするものもあります。
ほとんどの炉には、炉のライニングの 耐久性を確保するために、高度な冷却 システムが必要です。
製錬は、熱エネルギー及び化学的還元 に、さらには発電にも化石燃料を使用 し、非常にエネルギー集約的です。石 炭燃焼による大気汚染は金属含有の 粉塵がうまくコントロールされていれ ば発電所と同程度です。発生するスラ グは比較的安定しており多くの場合建 設資材として使用可能です
フルライフサイクル・アプローチ ニッケルのようにリサイクル率の高い 金属の初期生産にかかわる環境への 影響は、ある製品（例えばニッケル電 池あるいはニッケル含有ステンレス鋼） のライフサイクルの終了時にどれだけ 回収され、別の製品に再利用されるか によって、時間をかけて償却すること ができます。ニッケルのフル「ライフサ イクル」はニッケルが使用されている製 品のそれに比べはるかに長期に及びま す。
次回のニッケル誌では電池市場にニッ ケルの中間製品を供給するため生産 能力を拡大している HPAL（高圧酸浸 出法）について見ていきます。
簡略化したロータリーキルン電気炉 プロセス
湿った鉱石（サプ ロライト）
燃料炭 還元用石炭 電極ペー スト 電力
溶錬炉
素鉄ニッケル／ニッケル銑鉄
ロータリードライヤーは通常直径 3-5 m、長さ 30-50 m ですが一方ロー タリーキルンは 100 m を優に超える ものがあります。
典型的ニッケルラテライト鉱床の 成分
ニッケルで打ち上げ
スペースX、メガロケット打ち上げ
NASA は人類を再び月に送り込むた め、スターシップが成功するよう、期 待しています。最後のの有人月探査 は、1972 年のアポロ 17 号でした。ス ペースX社の目標は、人類を再び月 に送り込むだけでなく、その先にあ る火星に行くことです。
スペースX社がスターシップの微調整を続けるなか、2024 年 6 月に二段式メ ガロケットの 4 回目の試験飛行が行われましたが、そこにはニッケルが使われ ていました。ニッケルは最適な強度と弾力性をもたらす上に、スケールメリット も得られるということで、極めて重要な働きをしました。
試験飛行は計画を成功させる要素を 学習し、それをさらに進展させるため の基礎となるものです。この4回目の打 ち上げは、これまでに飛行したロケット の中で最大かつ最も強力であり、重要 なマイルストーンとなります。
スターシップには、スーパーヘビー・ブー スターとスターシップ宇宙船の2つの ステージがあります。主構造は 300 系のニッケル含有ステンレス鋼でで きています。初期のプロトタイプは 304L（UNS S30403）で製造されてお
り、それがこれからも使われるかもし れませんが、スペースX社は特性を最 適化した 300 系の別なバリエーション を最終的な素材とする可能性を示唆し ています。
両ステージともラプター・エンジンを 搭載しており、燃焼室にはその優れた 強度と耐熱性からニッケル基合金718 （N07718）が使用されています。
当初は引張強度が高く密度が低いと いう理由で選ばれたカーボンファイバ ーを使いロケットを建造する計画でし
火星での生活の様子とはこんな感 じなのでしょうか？
た。けれども、2018 年 12 月には構造 材を 300 系ステンレス鋼に変更しまし た。イーロン・マスク氏はこの変更につ いて、低コスト、製造の容易さ、極低温 でのステンレス鋼の高強度、高熱に耐 える能力など、いくつかの理由を挙げ ています。
同氏によれば、カーボンファイバーは 非常に高価で、1kg（2.2 lbs）あたり 135 ドルもする上に、切断と成形の工 程だけで 35％ もの材料が無駄になり ます。ステンレス鋼のコストは1kgあた り3ドル以下で、廃棄物もほとんど出ま せん。
ステンレス鋼は融点が高いというメリッ トもあって再突入時に遭遇する高温に 耐えることができるため、熱保護断熱 材の必要性も減ります。
その上、ずっと簡単に、かつ迅速に製 造できます。ステンレス鋼製シリンダー
を積み重ねて溶接することで製造され ますが、これはステンレス鋼タンクの 建設で行われる溶接に比べれば難し いことではなく日常的に行われている ことです。このロケットは再利用を目的 としていることから、修理が可能でか つ簡単にできるというのも利点です。 全体として、ニッケル含有ステンレス鋼 はスターシップの主要目標の達成に役 立っています：即ち、打ち上げコストの 抑制、2段あるロケット両方の再利用 が可能、軌道に乗せるペイロード（機 器と乗員の最大積載量）の増加、打ち 上げ回数の増加、量産システムの構築、 これらはすべて、広範囲にわたる宇宙 探査ミッションに適応することができ ます。
成功とみなされた今回の打ち上げによっ て、月と火星に人類の居留地を築くと いうスペースX社の高い目標は、前進し ました。
トプソー社オペレーション・エクセレンス上級 支配人マリア・ホセ・ランデイラ・エステルゴ ーア博士に聞く
トプソー社オペレーション・エクセ レンス上級支配人マリア・ホセ・ラン デイラ・エステルゴーア氏
デンマークの技術系会社トプソー社は触媒や化学及び精製業における最新技術 についての専門知識で有名です。同社のオペレーション・エクセレンス上級支配人 マリア・ホセ・ランデイラ・エステルゴーア博士に同社のプロセスにおけるニッケル の役割と同氏の素材についての関心を聞きました。
質問：ご自身についてまた素材に興味 をもたれた経緯についてお聞かせくだ さい。
科学と技術の道を進んだのは熟考し た上でのことでした；化学が最も多く の就職機会があるように思えました。
大学では電気化学を専攻しました。
電子のように小さな粒子がすべ ての反応の元にあることに魅了さ れました。電気化学を勉強して いるなかでフォンタナとグリーン （Fontana & Greene）著の「8 つの腐食 の形態（8 forms of corrosion）」を読 んで腐食に興味を覚えました。脱硫工 場における腐食についての博士号によ りセメント会社フルスミッドス社で初め て仕事に就きました。
質問：トプソー社で職に就いたのはい つですか？
2001 年です、素材と腐食についての 知識を社内で持つべきかを検討するう えで私がその分野の最初の技術者で した。私はお互いの理解を深めるため 材料工学技術者でない人たちのトレー ニングの必要性が極めて大きいことが
すぐに分かりました。したがって私は社 内の‘素材と腐食のトレーニング’をデン マーク、インド、およびその他のトプソー 社の拠点で必要に応じて約一年半に一 度実施することにしました。
質問：トプソー社とその開発中の技術 におけるニッケルの役割についてさら に詳しくお話しください。
温室効果ガス排出量の削減及び再生 可能資源の利用促進についての技術を 生み出すために、研究開発を集中して いることからわが社の持続可能性につ いてのコミットメントは明らかです。わ が社の革新的なソリューションは、気 候変動や資源の枯渇に対処するもの です。エネルギー効率を高め種々のク リーンエネルギーの代替手段を開発す ることでより持続可能で環境にやさし い産業体系に移行するにあたりわが社 は極めて重要な役割を果たしています。
初期の成功は 1948 年の初のニッケル 触媒の開発でした。
今日ではわが社は原油及び廃油からク リーン燃料を作り、発電所からの有害 排出物を除去し、工業プロセスの効率
化に必要不可欠な幅広いニッケルベー ス触媒とプロセス技術を提供していま す。
質問：例を挙げてください。
何十年にもわたる科学的研究と技術 革新をベースに我々が注力している分 野は：グリーン水素；再生可能電力をグ リーン燃料や化学品に転換するプロセ ス；二酸化炭素回収とその利用；化学 品及び燃料をより持続可能的に生産 する電気化学プロセス；およびバイオマ ス変換などです。
質問：どのニッケル含有素材が御社の プロセスで広く使われていますか、また その理由は？
ニッケル含有素材は主としてその触媒 特性と極限状態における耐久性からわ が社の多くのプロセスに不可欠なもの です。
例えば：
水素化処理触媒：ニッケルは石油精製 業界で使用される多くの水素化処理 触媒の極めて重要な成分です。原油
から硫黄、窒素その他の不純物を除 去するのを促進し、その優れた触媒特 性は低硫黄ディーゼル、ガソリン、およ びジェット燃料などよりクリーンな燃 料の生産に不可欠な水素化反応を高 めます。
改質触媒：ニッケルベースの触媒は 水素生産における水蒸気メタン改質 (SMR)に広く使用されます。ニッケルは メタンおよび水蒸気を効率的に水素と 一酸化炭素に変換するのを促進します がこのプロセスは様々な工業用の水素 生産の基礎となるものです。
質問：御社のその他のステンレス鋼及 びニッケル合金の使途は何ですか？ 我々は全ての設備や配管の合金を選 ぶ際に考慮するのは特定の環境下で起 こりうる劣化メカニズムと室温と高温下 で求められる機械的特性です。合金は
操業始動、稼働停止のみならず温度や 圧力の急上昇にも耐えられなければな りません。
ニッケル合金は水素処理での高塩素 濃度の水分の高い環境下または非常な 高温で乾燥した環境、例えば合成ガス 技術におけるバーナー部品などで特に 重要です。
質問：仕事上何が一番面白いですか？ 将来の夢は何ですか？
前の役職である素材スペシャリスト兼 部長では厳しい環境における最も適 切な合金を選択すること、不具合解析、 またわが社の様々な技術の中で素材と その劣化のメカニズムについての知識 を深めることが最も刺激的でした。私 の目標はわが社の既存及び新技術にお ける素材と腐食についての専門家のチ ームを作ることで私自身の役割を終え ることでした。
冶金技術者、メッキ技術者、および有 限要素法スペシャリストの専門家によ る部門を作り上げるのは非常にやりが いがありました、特によかったのはチー ムが三つの異なる場所に分かれていた にも関わらずチームスピリットがあった ことです。
現職のオペレーション・エクセレンスチ ームの上級支配人としての役割では、わ が社独自開発装置についてのバリュー エンジニアリング及び FMECA（故障モ ード、影響、重大度解析）に関するプロ ジェクトを計画し実行するのに喜びを 感じます。チームのモチベーションを 高め品質及び信頼性を損なうことなく デザインを改良し、価値ある結果を作 り出し、それを関連のステークホルダー に提供するのは非常に刺激的です。
将来的には根本原因分析、バリューエ ンジニアリング、および FMECA のファ シリテーター・チームが拡大成長して 行くことを願っています。
素材に関する仕事に就こうと思って いる若者たちへのマリアさんからの アドバイス
1．常に好奇心を持て。新しいアイ ディアを受け入れ現状に疑問を 持て。
2．行動する前に考える。問題に直 面した場合、しばしばそれに対し 何らかの行動をすることで良しと することがある、しかしタスク達 成のための最も賢い解決策を選 ばなかったリスクがある。
3．この分野にいる女性たちへ、自 己の考えや意見を述べ自分の価 値を示すことを恐れないのが重 要。‘科学は男のもの’との固定観 念はいまだに存在する。女性科 学者を受け入れない国もある、ま た知識と能力を実証して初めて 認められる国もある。
4．仕事以外の活動／趣味／情熱を 持ちなさい。職場以外での学び が直接仕事にも当てはまり素材 スペシャリストを一人前の人材に することがしばしばある。
私はトプソー博士のビジョン、即ち 我々は生まれた時より死ぬ時には 世界をより良いものにするというも のを守るべきと信じており、したがっ てこのビジョンの達成に向けて私は 毎日仕事場また仕事以外の場でも 最善を尽くしています。
ちょうどいい量 低合金鋼中のニッケル
多くの人は、低合金鋼の合金開発が活発に行われていることを知って驚きます。 しかし、何千年も生産され、使用されてきた鋼については、知るべきことをすべて 解明したはずではなかったのでしょうか？確かに私たちは驚くほど多くのことを 知っていますが、常に新しい用途があり、既存の限界を超える特性を持つ鋼が 求められています。
例えば、極限の条件に対応しなければ ならない洋上風力タービンのタワーが あります。これらのタワーは、風や波の 作用による大きなサイクル応力に耐え なければならず、極寒の温度や高温に も耐える必要があります。また、腐食耐 性も求められ、最も重要なのは、溶接 後もこれらの特性を維持しなければな らないということです。より大型のナセ ルを支えるため、タワーの壁厚は最大 で 150 mm にもなり、高さは 140 m 以 上になることもあります。
ニッケルが鋼に優れた特性をもたらす ことはよく知られています。その中でも 重要な特性の一つは、特に低温での靭 性が向上する（脆性がなくなる）ことで す。また、ニッケルは合金の強度も増加
させます。さらにニッケルは、溶接性に 対して顕著な負の影響を及ぼすことな く、これら二つの特性を同時に改善で きる唯一の合金元素です。ニッケルは、 母材と溶接熱影響部（HAZ）両方の疲 労特性も改善します。
しかし、低合金鋼におけるニッケルの 役割は複雑で、特に他の合金元素と組 み合わせる場合、一層複雑になります。 コスト効果を最大化する最適なニッケ ル含有量の「スイートスポット」を見つ けることが課題となっています。ニッケ ル協会と二つの主要な鋼板メーカーが、 その課題に取り組んでいます。
右のグラフは、ごくわずかなニッケル （0.30%）が、普通炭素鋼の低温靭 性を劇的に改善することを示してい ます。
これら三者は、3年間の大規模な研究 プロジェクトで協力し、風力タービンタ ワーで現在使用されている合金を基に、 厚鋼板や溶接部の熱影響部（HAZ） および疲労特性に対するニッケルの 影響を研究しています。ザルツギッタ ー・マンネスマン研究所がその研究を 実施しており、1年目に有益な結果が 得られています。追加の協力者を募集 中です。目標は、既存の仕様の範囲内 で、より強化された特性を持ち、製造 コストが低く抑えられる「ちょうどいい 量」のニッケルを含む合金を開発する ことです。
ニチノール 記憶する金属
ニチノール（UNS N01555）は、ニッケルとチタンの金属合金で、両元素はほぼ 等しい原子比で含まれています（ニッケル・55～56重量％）。ニチノールは、「 形状記憶（SM）」と「超弾性（SE）」という独特の特性を持っています。形状記 憶特性により、ニチノールは変形させることができますが、加熱して「変態温 度」を超えると元の形状に戻ります。 これらの特性は、相変態（結晶構造の 変化）によるものです。変態温度以下 では、微細構造は「マルテンサイト」と 呼ばれ、その温度以上では「オーステ ナイト」と呼ばれます。
ニチノールは、変態温度を超えると超 弾性（SE）を示します。これは、応力 がかかった部分にマルテンサイトが形 成されるためです。応力が取り除かれ ると、このマルテンサイトは変形してい ないオーステナイトの状態に戻ります。 ほとんどの金属は、永久変形せずに 耐えられるひずみはほんのわずかです が、ニチノールは最大で 8％ のひずみ を受けても元の形状に戻ることができ ます。
同様に、形状記憶（SM）により、ニ チノールは変形後に元の形状に戻 ることができます。元の「親形状」を 固定するためには、合金を所定の位 置に保持し、約 500°C（930°F）に 加熱する必要があります。このプロ セスを「形状設定」と呼びます。ニ チノールは、変態温度以下で変形し た場合に元の形状に戻ります。単に ニチノールを加熱することで、マルテ ンサイトが変形していないオーステ ナイトに戻ります。組成のわずかな
変更で、合金の変態温度を大幅に変 えることができます。ニチノールの変 態温度は、約−20°C（−4°F）から +110°C（230°F）の範囲で制御可能 です。
ヘルスケアや医療機器の分野では、ニ チノールの特性がますます利用されて います。例えば、人口耳（内耳・中耳）、 メガネのフレーム、ステントなどがあ ります。医療用ステントは、動脈に挿 入できるように強く圧縮する必要があ りますが、圧縮が解除されると、ステン トは弾力を持って拡張し、動脈を支え、 開いた状態を維持します。
ニチノール製のメガネのブリッジ 変形したクリップは、お湯に浸すと 元の形状に戻ります。
ニチノール製のステントは、ある温 度で製造し、別の温度で小さく折り たたんだ後、動脈に挿入されます。 体温で材料が変態温度を超えると、 ステントは元の形状に戻ります。
ニッケル 2024 年 39 巻 2 号 | 13
Geir Moe は専門技術士であり、ニッ ケル協会の技術サポート・サービス の責任者です。同氏は世界各地に 配属された素材の専門家らと共に、 技術的アドバイスを求めるニッケル 含有材料のエンドユーザーや仕様 を設定する方々のサポートをしてい ます。同氏の専門家チームは、ステ ンレス鋼、ニッケル合金、ニッケルメ ッキなどの幅広い用途に関する技 術的なアドバイスを無料で提供し、 ニッケルを安心してご利用いただけ るよう努めています。
Q: タイプ316L ステンレス鋼は、20 mg/l (ppm) の塩化物を含む飲料水の 温水タンクに適していますか？ A: 塩化物は、孔食の可能性があるた め、すべてのグレードのステンレス鋼 にとって問題です。ただし、それぞれ のグレードのステンレス鋼は、主にそ の組成に基づいて異なるレベルの耐 性を持っています。クロムやモリブデ ンの含有量を増やすことは有益です。
オンライン版ニッケル誌
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ただし、pH、酸素含量、表面仕上げ、 液体中の他の汚染物質、温度など、 孔食の可能性に影響を与える多くの 要因があります。室温の水の場 合、316Lは一般的に最大 1000 mg/l（ppm）の塩化物に対して 耐性があると考えられています。
ただし、温水タンクは一般的に閉鎖シ ステムであり、タンクの上部には蒸気 空間があります。蒸発により塩化物 が蒸気空間に運ばれ、内壁表面に沈 着し、時間と共に濃縮されます。その 蒸気空間の表面が定期的に水を噴 霧するか、タンク内の水で表面を洗 浄するかしないと、塩化物が濃縮さ れて孔食が発生する可能性がありま す。また、60°C（140°F）以上では、 塩化物による応力腐食割れの可能性 もあります。塩化物の濃縮を防ぐため の対策が講じられれば、316L は適切 な材料となります。
蒸気空間内のタンク壁における塩化物 の蓄積と酸性度の上昇
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ニッケルはナノワイヤからステンレス鋼合金まで様々な形で存在します。しかし如何な る特性がニッケルを日常品においても不可欠な要素としているのでしょうか？
なぜニッケル？
高速道路橋中のニッケル
ほとんどのコンクリート構造物には、強度を高めるために鉄 筋が使われています。.
なぜなら、コンクリートは圧縮に対しては強いのですが、引っ張りに は弱く、また簡単にひび割れることがあります。一方、鋼は圧縮に も引っ張りにも強く、通常の温度では簡単には破損しません。
高速道路の橋では、両方の強度が必要ですので、コンクリートを 流し込む前に鉄筋が敷かれます。これにより、橋は大量の交通を 支えるのに十分な強度を持つことができます。
塩は鋼にとって悪影響があります。道路の融雪塩や海水の塩はコ ンクリートを通り抜け鋼を腐食させ始めます。腐食が進むとコンク リートがひび割れ、崩れてしまうことがあり、その結果、修理が必要 になると交通渋滞を引き起こすことになります。
ニッケルを含むステンレス鋼の鉄筋を使用すれば、腐食を防ぐことがで きます。ニッケルは鉄筋の強度と耐塩性を高め、100 年以上長持ちさせ ることができます。
鉄筋にニッケルが入っていれば、目的地により速く、安全に到達するこ とができます。
UNS番号別詳細
本誌に記載されたニッケル含有合金およびステンレス鋼の化学的組成 （重量パーセント）
サンゴは地元の子供たちをモデル にした一連の彫刻の上で繁殖して います。
発注者：オーストラリア・タウンズビル、 資金提供：州政府および連邦政府 素材：ニッケル含有ステンレス鋼、 亜鉛、pH中性のセメント、玄武岩、
骨材 場所：オーストラリア、ジョン・ブリュ ーアー・リーフ、太平洋 深さ：16メートル
設置日：2019年
コーラル・グリーンハウス
イギリスの彫刻家ジェイソン・デ・ケア・テイラーが手がけたオーストラリア初 で唯一の水中美術館は、最大の水中アート構造物としてギネス世界記録を保持 しています。
コーラル・グリーンハウスは 165トン の重さがあり、耐腐食性のタイプ316 （S31600）ステンレス鋼とpH中性の物 質で構築されています。ジョン・ブリュ ーアー・リーフの底に置かれ、水深 16 メ ートルの海中に完全に沈んでおり、高さ は12メートルです。テイラー氏によると、 この生物の形態に似たフレームが自然 のパターンを模しており、「海洋科学、 コーラル・ガーデニング、水中・環境美 術および建築学など、さまざまな研究 分野に焦点を当てており、グレート・バ リア・リーフとその生態系を理解するた めの出発点と新たな視点を提供してく れます」と述べています。
悪天候時の保護のために、大きなセメ ント基礎とそれと一体化したサイクロ ン用の係留装置を備えています。また、 三角形の断面は非常に低重心に設計さ れており、安定性を確保しています。さ らに、ビーム部分を高くすることで、波 のエネルギーに対する抵抗を最小限 に抑え、ろ過摂食生物や群れを作る魚 が集まるのに理想的な高架基盤を作り 出しています。オーストラリアのタウン ズビルから約 80 km の位置にあるこの 壮大な保護区域は、小さな魚が捕食か ら逃れるための複雑なマトリックスや、 日中に避難所を求めるタコやウニのた めのガラスの囲いを備えています。
