Issuu

Ж У Р Н А Л

НИКЕЛЬ

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ «НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г.

Сегодня и завтра Никель в жизни и в науке Будущее улавливания и хранения углекислого газа

Обнаружение космических гравитационных волн с помощью никелевых сплавов

Новый мост Шамплен На 125 грядущих лет

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 16 НЕБОСКРЁБ MERDEKA PNB 118 Соперничающая за право называться третьим по высоте зданием мира башня сверхвысокого небоскрёба Merdeka PNB 118 (Permodalan Nasional Berhad — субсидируемая государством инвестиционная компания) высотой 644 м (2113 футов) принимает завершающие очертания в г. Куала-Лумпуре. Расположенная в исторически значимом районе Мердека, где в 1957 г. была объявлена независимость Малайзии, прозрачная, как хрусталь, башня вознесётся на высоту 118 этажей и будет увенчана 150-метровым шпилем. По данным архитектурной компании

для сверхвысоких конструкций, а также

Fender Katsalidis Architects,

обеспечивает высочайшее качество

сотрудничавшей с местной архитектурной

питьевой воды. Только в системе

компанией RSP Architects и ландшафтными

водоснабжения будет использовано

архитекторами компании Sasaki Associates,

более 70 тонн нержавеющей стали.

«фасеточный дизайн здания навевает

Диаметры труб и фитинговых соединений,

ассоциации с образцами традиционного

выполненных в нержавеющей стали марки

малайзийского искусства и народных

304 (UNS S30400), варьируются от 15 мм

промыслов».

до 60,5 мм. Компания HOTO Plumbing

Надёжная конструкция Основная несущая конструкция здания состоит из системы стальных металлоконструкций, включающей шесть зон поясных ферм, три зоны консольных опор, композитное межэтажное перекрытие и разветвлённый кровельный каркас. Эти системы обеспечивают стабильность

System (HOTO Stainless Steel Industries), малайзийский производитель труб из нержавеющей стали, была выбрана для поставок систем подачи холодной воды и воды для смыва, а компания Qudotech Std Bhd обеспечит установку этих систем. Строительство этого амбициозного проекта должно завершиться в 2021 г.

конструкции и обладают ветро- и конструкция поддерживается сплошным плитным фундаментом толщиной 4 метра и КОМПАНИЯ FENDER KATSALIDIS ARCHITECTS

137 монолитными буронабивными сваями, каждая диаметром 2,2 метра и длиной 60 метров. Водопровод из нержавеющей стали Для водопроводной системы, которой предстоит обслуживать 118 этажей, были выбраны трубы из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь идеально подходит для очень высоких давлений, характерных

«НИКЕЛЬ», Т. Т. 34, 34, № № 2, 2, 2019 2019 Г. Г. 22 || «НИКЕЛЬ»,

КОМПАНИЯ HOTO STAINLESS STEEL PLUMBING SYSTEM

сейсмоустойчивостью. Огромная несущая

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СОНОМА ИМ. А. СИММОНЕТА — НАЦИОНАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ФОНД — ПРОЕКТ LIGO (NSF LIGO SONOMA STATE UNIVERSITY A. SIMONNET)

КОЛОНКА РЕДАКТОРА: НОВОЕ НОВОЕ, СТАРОЕ НОВОЕ И ЭЙНШТЕЙН Наше общество проявляет живой интерес ко всему новому — и это понятно. Но нам надо постоянно напоминать, что материалы, которые привели человечество к сегодняшним достижениям, всё ещё с нами. В том числе и никель. Вот маленький пример — никельсодержащая нержавеющая сталь в космических аппаратах, которые умчат человечество за земные пределы в будущее. Этой идеей одержим Илон Маск (Elon Musk), генеральный директор компании SpaceX. Однако компания SpaceX не будет одинока — ей придётся соперничать с другими пионерами космического пространства, особенно если её ракетный ускоритель Super Heavy («Сверхтяжёлый») окажется успешным. Инфраструктура — эта тема ближе к нашей повседневной реальности. Критической значимости мост, открытый с большой помпой в 1962 г., простоял только 50 лет. Его продолжали использовать до 2019 г., но с большими затратами и неудобствами. Расчётный срок службы заменившего его нового моста Шамплен (Champlain Bridge), перекинутого через реку Св. Лаврентия в Квебеке, Канада, составляет 125 лет. Главное отличие нового моста от пришедшего в негодность состоит в широком применении КОМПАНИЯ SPACEX

никельсодержащих нержавеющих сталей (см. стр. 6). Последствия неверного выбора строительных материалов в течение полного жизненного цикла конструкции, построенной в 1962 г., обошлись очень дорого, но новый мост говорит об извлечённых из этого уроках. А Эйнштейн? Расширьте свои знания о гравитационных волнах и узнайте, как никельсодержащие сплавы позволили их обнаружить (см. стр. 10). Журнал «Никель» по достоинству оценивает постоянный вклад никельсодержащих материалов в технику, науку и архитектуру. В своих разнообразных формах никель является

Этот рисунок — яркая фантазия художника на тему крупного космического катаклизма — столкновения двух нейтронных звёзд. Это, конечно, игра воображения, но и научное понимание того, как, вероятно, работает физика нашей Вселенной, постоянно растёт. Одним из примеров этого является недавнее обнаружение и измерение гравитационных волн — и конечно, в этом участвует никель. Перейдите на десятую страницу и прочтите историю о LIGO и Virgo.

существенной частью нашего будущего. Как на этой планете, так и за её пределами. Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель»

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 3

03 04 06 08 10 13 14 15 15 16

Пример из практики № 16 Небоскрёб Merdeka PNB 118 Колонка редактора Новое, старое и Эйнштейн Никель. Занимательные факты

НИКЕЛЬ

Новый мост Шамплен в Монреале На 125 грядущих лет Компания Boundary Dam Пять лет улавливания и хранения углекислого газа Гравитационные волны Обнаружены с помощью никеля Поезда на водороде Никель «на борту»

КОМПАНИИ EYE OF SCIENCE/SCIENCE SOURCE

ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ФАКТЫ

СОДЕРЖАНИЕ

Горки Discovery Slides Торгово-развлекательный комплекс Jewel Changi Airport Новые публикации Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов Гитара, которую невозможно разбить Аддитивное производство использует никель

Микробы в космосе Космос суров. Это стрессогенная и неестественная для человека среда. Попадая в

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:

космическое пространство, человек приносит с собой бактерии с Земли. Но то, что безобидно или легко контролируемо на Земле, становится проблемой в космосе. Рассказывает автор нового исследования на эту тему профессор Элизабет Грохманн (Elisabeth Grohmann) из Берлинского университета прикладных наук Бёф (Beuth University of Applied Sciences Berlin): «Прилетевшего в космос человека гормоны стресса делают

Гари Коутс (Gary Coates), Рик Хуза (Rick Huza), Ларри Мартин (Larry Martin), Ричард Матесон (Richard Matheson),

уязвимым для инфекции, тогда как принесённые им с собой бактерии становятся более

Брюс МакКин (Bruce McKean), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Одетт Зизолд (Odette Ziezold)

жизнедеятельными — с ускоренными процессами метаболизма и размножения».

Художественное оформление: компания Constructive Communications

Было разработано патентованное покрытие из серебра и рутения, опробованное в туалетной

Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией. ISSN 0829-8351 Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group.

выносливыми, образуя толстую защитную оболочку и устойчивость к антибиотикам, и более

зоне Международной космической станции. Согласно результатам измерений после 12 и 19 месяцев использования, содержание бактерий на этом покрытии в сравнении с контрольными поверхностями было снижено более чем на 80%. Серебро/рутений — это поверхностное покрытие. А сама поверхность, которую оно покрывает, — это никельсодержащая нержавеющая сталь марки 304 (UNS S30400) — сплав, хорошо известный своей способностью выдерживать разные средства поверхностной очистки.

Графические материалы предоставлены:

Космос будет суровым всегда, но никельсодержащие материалы, играющие когда ведущие

Обложка: iStockPhoto©cemagraphics

роли, а когда и роли второго плана, будут гарантировать поддержание человеческой жизни.

4 | «НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г.

УНИВЕРСИТЕТ ПЕНСИЛЬВАНИИ

КОМПАНИЯ SPACEEX

Назад в будущее Космические корабли были основной темой научной фантастики пятидесятых годов прошлого века. В те времена их представляли похожими на блестящую толстую сигару с окнами, хвостовым оперением и ножкамиподпорами. В наши дни космические корабли будущего проектируют по образу, очень похожему на эти гипотетические корабли научной фантастики семидесятилетней давности. И делают их с использованием никельсодержащих нержавеющих сталей. Компания SpaceX разрабатывает свой одноступенчатый космический аппарат вывода на орбиту (Single Stage to Orbit (SSTO)) на основе ракетного ускорителя Super Heavy «Сверхтяжёлый» (ранее известного как BFR). Илон Маск (Elon Musk), руководитель компании SpaceX, не без оснований утверждает, что нержавеющая сталь по техническим и экономическим причинам, а также по своим рабочим характеристикам легко превосходит алюминий и углеродный композит.

Металлическая древесина Он так же крепок, как и титан, используемый в космических кораблях, но легче воды. Хотя его и называют «металлической древесиной», никакого дерева этот материал не содержит вовсе. Исследователи из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania), Университета Иллинойса (University of Illinois) и Университета Кембриджа (University of Cambridge) создали никелевую пластину с нанопорами, которая так же крепка, как титан, но в четыре-пять раз легче. Поры делают эту пластину с воздушным пространством между миллионами миниатюрных никелевых «поперечин» похожей на деревянную. Оптически увеличенный в тысячи раз материал похож на медовые соты. Какая задача стоит теперь? Необходимо найти способ производства этого материала в больших объёмах. Крупные пластины из «металлической древесины» могли бы революционизировать строительную

МАЛВИКА ВЕРМА

промышленность и автомобилестроение, нуждающиеся в более лёгких материалах, способных выдерживать тяжёлые в сравнении с собственным весом грузы.

Лечение туберкулёза, менее травматичное для желудка Тонкая проволочная спираль могла бы обеспечить большой рывок в лечении туберкулёза, одного из смертельно опасных инфекционных заболеваний, которым заражена четверть населения планеты, и которое ежегодно убивает более миллиона человек. В сельских районах таких стран как Индия, Южная Африка и Китай, где уровень заболеваемости высок, трудно проводить необходимый шестимесячный курс ежедневного введения антибиотиков. На помощь приходит эластичная проволока из никель-титанового сплава Нитинола (UNS N01555), которую вводят пациенту. Как только она достигает зоны более высоких температур желудка, проволока меняет свою форму. На проволоку по всей длине нанизано до 600 «таблеток» различных антибиотиков, которые постепенно в течение одного месяца поступают в человеческий организм. Спиральная форма предотвращает дальнейшее продвижение проволоки по пищеварительному тракту. Обеспечение полного курса лечения — сложная задача глобального масштаба, решённая с помощью никеля.

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 5

НОВЫЙ МОСТ ШАМПЛЕН В МОНРЕАЛЕ. ПОВЫШЕННАЯ ПРОЧНОСТЬ ОБЕСПЕЧЕНА АРМАТУРОЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Переброшенный через реку и морской путь Св. Лаврентия мост Шамплен является самой загруженной автомагистралью Канады, ежегодно пропускающей более 50 млн машин и около 11 млн транзитных пассажиров. Впервые он был открыт в 1962 г., связав Монреаль с южным берегом Св. Лаврентия, и почти 58 лет обслуживал Квебек и восточные области Канады. Теперь он предназначен к сносу.

КОМПАНИЯ ARUP — ИНФРАСТРУКТУРА КАНАД

На смену ему пришёл новый мост им.

крайне суров — зимние температуры часто

открытый 1 июля 2019 г. компанией

опускаются до -25 °C. Сезонные изменения

Infrastructure Canada. Мост длиной 3,4 км

температур доходят до 60 °C, что приводит

является вантовой конструкцией с тремя

к резким перепадам температур в циклах

раздельными параллельными мостовыми

замораживания – оттаивания. Да и

полотнами, общая ширина которых

использование антиобледенительной соли

составила 60,2 м, вместившими 6 полос

просто необходимо для поддержания моста в

движения, две расширенные дополнительные

действующем состоянии в зимних условиях.

обочины для автобусов, две выделенные полосы для общественного транспорта и универсальный тротуар для пешеходов и велосипедистов шириной 3,5 м.

В технических условиях оговаривалось использование трёх возможных нержавеющих сплавов — марок 2304 (UNS S32304), 2101 (S32101) и 304 (S30400). Все три марки могут обеспечить существенную устойчивость к коррозии на протяжении 125 лет, поскольку уровень содержания хрома и никеля во всех этих марках значителен. В тендерном предложении указана марка 2304 (4% Ni) исходя из соображений стоимости и доступности. Арматура отлита и изготовлена в Северной Америке.

Поскольку мост является связующим звеном с восточной Канадой огромной экономической важности, заказчик моста выдвинул в качестве обязательного

Старый мост сильно обветшал в основном

условия 125-летний срок службы дорожной

из-за корродирующего воздействия

составляющей конструкции. Повышенная

антиобледенительной дорожной соли,

прочность была достигнута удачным

на использование которой он не был

проектным решением в сочетании с

должным образом рассчитан, а также из-за

выбором подходящих материалов.

некоторых конструктивных просчётов.

Подробный анализ стоимости жизненного

Ошибочно спроектированная и пришедшая

цикла подтвердил рентабельность

в негодность система дренажа привела к

использования более прочных материалов

водным запрудам и протечкам на детали

во всех основных элементах конструкции.

конструкции критической важности.

Экономия возникнет уже в процессе

К тому же значительно разрушились

эксплуатации моста в связи с отсутствием

предварительно напряжённые фермы

необходимости ремонта и приостановки его

береговых пролётов — в конце пятидесятых

функционирования на время автодорожных

годов прошлого века эта технология

ремонтных работ.

являлась новаторской. В 2013 г. было объявлено о предстоящей замене старого моста. Строительство началось в 2015 г.

6 | «НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г.

эксплуатацией моста. Климат в Монреале

Самюэля де Шамплена, торжественно

Для достижения требуемых износостойкости и срока службы заказчик оговорил использование определённых

Проектировщики столкнулись со

материалов, обеспечивающих долговечность

многими трудностями, связанными с

и износостойкость, а не выбранных на

КРИСТИН МУШИ/ «ГЛОБ ЭНД МЕЙЛ» (THE GLOBE AND MAIL)

CHRISTINNE MUSCHI/THE GLOBE AND MAIL

основе спецификаций, ориентированных

полотна всего моста, включая подъездные

на быстрый результат. На этой основе

пути, быки и все поверхности вокруг

осуществлялся выбор армирующих

компенсаторов температурного расширения,

материалов (арматурного прутка).

использовано в общей сложности 17 тыс.

По оценке правительства, использование арматуры из нержавеющей стали продиктовано жёсткими погодными условиями, необходимостью более длительного срока службы главных деталей конструкции и экономической важностью этой трассы. В секциях сборно-монолитного мостового

тонн арматуры из нержавеющей стали. Новый мост им. Самюэля де Шамплена сочетает в себе красоту и утилитарность, обеспечивая проезд любому существующему транспортному средству. Благодаря его никельсодержащим компонентам ни

Подводя черту, можно отметить, что арматура из нержавеющей стали — это дополнительная конструктивная особенность проекта; её экономический эффект измеряется долгосрочным снижением издержек и более интенсивным использованием транспортной сети за счёт предотвращения заторов, вызываемых дорожными работами.

климатические условия, ни меняющиеся транспортные схемы не повредят этому мосту.

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 7

ПЯТЬ ЛЕТ УЛАВЛИВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Никельсодержащие сплавы проявляют хорошие эксплуатационные качества на комплексе по улавливанию и хранению углекислого газа Boundary Dam корпорации SaskPower. В отделении абсорбера используется сплав AL‑6XN® с почти 24% содержанием никеля для сопротивляемости корродирующим условиям мокрого дымового газа.

Существует множество инновационных подходов к снижению выбросов углекислого газа. Один из них демонстрирует комплекс по улавливанию и хранению углекислого газа компании Boundary Dam, известный также как Boundary Dam 3 (BD3). После пяти лет работы нержавеющие стали, такие как марка 316L (UNS S31603), а также никелевые сплавы, такие как AL-6XN® (N08367) и 254 SMO® (S31254), продолжают хорошо функционировать на объекте, который многие первоначально считали просто демонстрационным проектом. Отвечая потребностям энергетики и климата Boundary Dam — это большая работающая на угле электростанция, управляемая энергетической корпорацией канадской провинции Саскачеван Saskatchewan Power Corporation. Введённая в строй ещё в 1955 г. BD3 модернизировала в 2014 г. свой турбоагрегат и оснастила его установкой для улавливания и хранения углекислого газа, став первой в мире угольной электростанцией, использующей системы улавливания дымового газа. В первоначальной проектной концепции установка с номинальным ресурсом в 30 лет должна была ежегодно улавливать из дымового газа и хранить до одного миллиона тонн углекислого газа, при этом дополнительным преимуществом являлось продление срока службы турбоагрегата на десятилетия. При стоимости порядка полутора миллиардов канадских долларов и снижении полезной выходной мощности энергоблока со 139 МВТ до 115 МВТ рентабельность этой установки была не бесспорной даже при том, что и технология, и материалы оказались надёжными.

КОМПАНИЯ SASKPOWER

SO2 и CO2 – двойной вызов Уголь все ещё широко используется в сетевой электроэнергетике, обеспечивая электроэнергией около 40% мирового электропотребления. В Саскачеване запасы бурого угля насчитывают более пяти миллиардов тонн — при нынешних темпах

8 | «НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г.

потребления этого хватит ещё лет на 250. Сернистый ангидрид (SO2) — это весомый продукт сгорания угля, и его наличие представляет собой дополнительную проблему для систем улавливания дымовых газов — оказывается необходимым удаление двух газов — SO2 и СO2. На входе взвешенные частицы сначала удаляются из дымового газа в отстойникезолоуловителе. Эти твёрдые частицы, поставляемые впоследствии на рынок как зольный унос, представляют собой мелкий порошок, используемый в бетоне, в горном деле, в нефтяных скважинах, в качестве основы для дорожного покрытия, а также для стабилизации жидких отходов. Окись азота (NOx) в дымовом газе снижается до минимума при помощи горелок с низким выходом NOx и ограничением пережжённого воздуха. Процесс, используемый для снижения выбросов, состоит в процессе абсорбции СO2 с помощью растворителей; он совмещён с процессом удаления SO2. Сначала из дымового газа удаляется SO2, а затем в этом же агрегате улавливается СO2. Турбоагрегат для улавливания и хранения углекислого газа компании SaskPower BD3 способен удалить до 100% SO2, превращая его в пригодную для продажи серную кислоту с объёмами производства 16 тыс. литров в день. Из дымового газа можно удалить до 90% СO2. Этот газ сжимается до сверхкритического или плотнофазного

состояния при давлении 17,2 МПа (2500

в хорошем состоянии. Комплектующее

фунт/кв. дюйм изб. давления). Затем он

оборудование, такое как сосуды, очистные и

подаётся по трубам в места подземного

фильтрационные установки, трубопроводы,

хранения: в расположенный около

компрессоры и теплообменники, в

г. Вейбурна, Саскачеван, нефтяной пласт

основном не имеет признаков разъедания и

глубиной около 1,4 км, обслуживаемый

коррозии. В большинстве случаев состояние

передовым нефтедобывающим

металла, подвергавшегося воздействию

подразделением компании, либо в горизонт

технологических процессов, не хуже, чем его

солёных вод глубиной приблизительно

состояние в начале своего срока службы.

хранение СO2 глубоко под землёй в слое песчаника, заполненного раствором солей, является безопасным способом снижения выбросов парниковых газов, это подземное хранилище должно подвергаться регулярным замерам, отслеживанию и контролю.

Нержавеющая сталь AL-6XN®, супераустенитный сплав, известный своей высокой прочностью, а также сопротивляемостью образованию трещин и питтинговой коррозии в кислотных растворах, — это всего лишь один из примеров того, как никельсодержащие материалы

Регулярный технический контроль процесса

позволяют инновационным технологиям

эксплуатации показывает, что во всём

прокладывать путь в будущее с пониженными

агрегате никельсодержащие стали находятся

выбросами углекислого газа.

КОМПАНИЯ SASKPOWER

3,4 км. Для того, чтобы доказать, что

С 2014 г. статистика производственных показателей комплекса корпорации SaskPower демонстрирует неуклонный рост, при котором на сегодняшний день произведено около 2,6 млн тонн СO2 . В 2018 г. комплекс по улавливанию и хранению углекислого газа уловил в общей сложности 625 996 тонн СO2 — значительно больше, чем в 2017 г. Если не принимать во внимание внешние причины простоев, загруженность комплекса по улавливанию и хранению углекислого газа составила 94%.

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 9

ЭЙНШТЕЙН (ОПЯТЬ) ПРАВ ПРЕДСКАЗАННЫЕ ИМ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ ОБНАРУЖЕНЫ С ПОМОЩЬЮ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ

LIGO/Т. ПАЙЛ (T. PYLE)

В 1916 г. Альберт Эйнштейн опубликовал работу, предсказывающую гравитационные волны — рябь в материи пространства-времени, порождаемую самыми яростными возмущениями в отдалённых районах нашей Вселенной, такими как взрывы сверхновых звёзд или столкновение чёрных дыр. Более века это предсказание занимало умы учёных: можно ли обнаружить такие волны, если, конечно, они существуют? Если это так, то последствия для фундаментальной физики — уверенность в том, что общая теория относительности Эйнштейна действительно является истинной теоретической базой, — были бы значительными.

На иллюстрации вверху показаны две чёрные дыры накануне слияния. У каждой — своя траектория вращения, и, привлечённые взаимным гравитационным притяжением, они по спирали приближаются друг к другу. Эти чёрные дыры были обнаружены 26 декабря 2015 г. Их массы были, соответственно, в 14 и 8 раз больше массы Солнца. Измерение «волнавремя» здесь представлено матрично, оно искривляется гравитационными волнами, генерируемыми слиянием. Такие события незаурядны даже в масштабах Вселенной. Однако, как показывают LIGO и Virgo, они не являются редкими.

Гравитационно-волновая астрономия — теоретическая область наблюдательной астрономии, рассчитанная на использование гравитационных волн для сбора данных наблюдений за такими объектами, как нейтронные звёзды и чёрные дыры, а также за такими явлениями, как появление суперновых звёзд. Но сначала необходимо было доказать само существование гравитационных волн. Для такого исследования нашлась научная и политическая поддержка, и в результате были созданы три скоординированных программы исследований — две в США (LIGO) и одна в Европе (Virgo). Больше не теория Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) — это крупномасштабная физическая обсерватория и эксперимент, в рамках которого институтами Caltech (California Institute of Technology — Калифорнийский технологический институт) и MIT (Massachusetts Institute of Technology — Массачусетский технологический институт) ведутся работы для Национального научного фонда США (U.S. National Science Foundation) с целью обнаружения космических гравитационных волн и развития гравитационно-волнового наблюдения как инструмента астрономических исследований. Две обсерватории были построены для

10 | NICKEL, VOL. 34, NO. 2, 2019

обнаружения гравитационных волн при помощи метода лазерной интерферометрии. Он заключается в сравнении времени прохождения лазерных лучей, посланных вдоль двух перпендикулярных путей (плеч интерферометра) длиной 4000 м и отражённых в обратном направлении от изолированных подвешенных тестируемых тел. В ходе работ на LIGO с 2002 г. до 2010 г. гравитационных волн обнаружено не было. В 2008 г. началась работа по совершенствованию первоначальных детекторов обсерватории LIGO. Теперь, после модернизации, которая привела к значительному увеличению чувствительности, два пути длиной 4000 м непрерывно сравниваются с точностью в 10 -19 м— это одна десятитысячная часть размера протона. Достижение такой степени чувствительности требует небывалого сочетания технологических инноваций в прецизионной лазерной технике и вакуумной технологии с передовыми оптическими и механическими системами. Две обсерватории LIGO в штатах Вашингтон и Луизиана работают в унисон, чтобы отбраковывать данные, вызванные наведёнными земными помехами. А также и ЕС Детектор гравитационных волн Virgo, европейский эквивалент LIGO, появился

СОТРУДНИЧЕСТВО EGO/VIRGO /PERCIBALLI

в 2000 г., когда Франция (Национальный

сентябрём 2015 г. и январём 2016 г., а также

научно-исследовательский центр — Centre

ноябрём 2016 г. и августом 2017 г. было

nationale de la recherche scientifique/CNRS) и

обнаружено 11 гравитационных событий.

Италия (Национальный институт ядерной

С момента третьего астрономического

физики — Istituto Nazionale de Fisica

наблюдения, начатого в январе 2019 г.,

Nucleare/INFC) организовали Европейскую

было обнаружено ещё 18 событий (однако

гравитационную обсерваторию EGO

принадлежность их к гравитационным

(European Gravitational Observatory). Позже

событиям ещё необходимо подтвердить).

к ним присоединились институты из Нидерландов, Польши, Венгрии и Испании. История его подобна истории LIGO, и он подвергся такой же модернизации.

Более фундаментальных исследований, чем эти, в физике не ведётся, и никельсодержащие сплавы вновь позволили учёным и инженерам выйти за границы

Во время проведения первых двух

возможного. В данном случае — в другое

астрономических наблюдений между

измерение.

Обсерватория LIGO была модернизирована для исследования, известного как «Третье астрономическое наблюдение» (the Third Observational Run). Здесь показано, как техник работает в рамках этой модернизации. Критическая необходимость использования никельсодержащих материалов в силу их прочности, механической обрабатываемости и термической стабильности очевидна.

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 11

ЙОХАН ЯРНЕСТАД/ ШВЕДСКАЯ КОРОЛЕВСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК (JOHAN JARNESTAD/ THE ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCES) КАЛИФОРНИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (CALTECH)/ МАССАЧУСЕТСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (MIT)/ ЛАБОРАТОРИЯ LIGO (LIGO LAB)

ГДЕ ЖЕ НИКЕЛЬ? Никельсодержащие материалы использовались в изготовлении многих важных деталей обсерваторий LIGO и Virgo — их конструкции схожи. На обсерваториях LIGO каждый механизм заключён в одну из самых больших на планете сверхвысоковакуумных систем для предотвращения светопреломления в воздушной среде из-за нарушения траектории пучка лазера. Каждая система включает в себя лучевую трубу длиной 8000 м, диаметром

«Интерферометры объединяют два или более источника света, создавая интерференционную матрицу, которую можно измерить и проанализировать. Их часто используют для небольших измерений, которые никаким другим путём выполнить нельзя». Источник: LIGO — Калифорнийский технологический институт (Caltech)

1,2 м и толщиной 3,2 мм, произведённую из нержавеющей стали марки 304L (UNS S30403). Поэтому лучевые трубы обеих обсерваторий содержат более 120 тонн никеля. Ещё 15 тонн использованы в вакуумных сосудах, клапанах и соединительных узлах, вмещающих и защищающих оптические системы и расположенных в вертексных и конечных частях каждой системы. Прочие внутренние компоненты выполнены в нержавеющей стали марок 304 (S30400), 304L и 316 (S31600). Некоторые детали к тому же облицованы неотражающим чёрным никелевым покрытием для подавления рассеянного светового отражения. Важные высоконапряжённые амортизационные пружины и упругие подвески выполнены в дисперсионноупрочнённой мартенситостареющей стали марки 300 (K93120) и никелированы для сопротивляемости коррозии во время обработки и сборки.

12 | «НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г.

НИКЕЛЬ «НА БОРТУ» ПОЕЗДА КОМПАНИИ ALSTOM НА ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ОБЕСПЕЧИВАЮТ НУЛЕВУЮ ЭМИССИЮ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ПАССАЖИРОВ В НИЖНЕЙ САКСОНИИ 16 сентября 2018 г. Coradia iLint, поезд на водородных топливных элементах, сконструированный компанией Alstom Transport, совершил первую поездку по рейсовому расписанию от станции Бремерфёрде в Нижней Саксонии, Германия. Coradia iLint — это первый в мире пассажирский поезд, питаемый водородным топливным элементом (ячейкой), который генерирует требуемую для передвижения электроэнергию путём соединения запасённого водорода с кислородом воздуха. Поезд движется бесшумно и выпускает в воздух только водный пар. Кинетическая энергия, возвращённая во

директор компании Alstom в Германии

время торможения, и излишек энергии,

и Австрии: «Наша технология готова к

(НМК) литий-ионных аккумуляторных батареях. Эта аккумулированная избыточная энергия может использоваться для эксплуатации в штатном режиме и для дополнительного снабжения энергией во время фаз ускорения поезда. В поезде 150 посадочных мест и 150 стоячих. Его максимальная скорость — 140 км / час, а максимальный пробег на полном заправленном водородом топливном баке с использованием аккумуляторной батареи

использованию. Она представляет собой

CORADIA ILINT

накапливаются в никель-марганец-кобальт

уже реально существующую экологическую альтернативу для неэлектрифицированных или частично электрифицированных линий и предлагает пассажирам повышенный комфорт благодаря тому, что этот поезд значительно тише обычного дизельного с несколькими вагонами». Корпуса вагонов изготовлены из высокопрочной никельсодержащей нержавеющей стали марки 410L (UNS S40977), так как она коррозиестойкая и

НМК — 600-800 км. Рассказывает д-р Йорг

более долговечная, чем нелегированная

Никутта (Jörg Nikutta), управляющий

углеродистая сталь.

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ВОДОРОД Хранящийся в газообразном виде в смонтированных на крыше поезда резервуарах водород является топливом, на котором работает топливный элемент.

ALSTOM

Кинетическая энергия, возвращённая во время торможения, и излишек энергии, генерируемой топливным элементом, накапливаются в НМК литий-ионных аккумуляторных батареях.

Два поезда Coradia iLint заменят дизельные поезда на 100-километровом участке железной дороги, связывающей города Куксхафен и Букстехуде, а к 2021 г. в Нижней Саксонии будут дополнительно введены в эксплуатацию ещё 14 поездов на водородных топливных элементах.

«НИКЕЛЬ», Т. 34, № 2, 2019 Г. | 13

ALSTOM

генерируемой топливным элементом,

ОШЕЛОМИТЕЛЬНЫЕ ГОРКИ DISCOVERY SLIDES В КОМПЛЕКСЕ JEWEL АЭРОПОРТА ЧАНГИ (СИНГАПУР) Как сделать аэропорт более привлекательным? Да просто вы впервые в мире объединяете в уникальный аттракцион американские горки и произведение искусства — скульптуру. Играющие важную роль в стратегии аэропорта, заключающейся в обеспечении посетителей необычными переживаниями, горки Discovery Slides являются частью этого многомерного торгово-развлекательного комплекса, где природа объединяется с инженерной мыслью под живописным куполом из стекла и стали.

IMAGE : JEWEL CHANGI AIRPORT

Эта конструкция соединяет в себе и стальную синусоидальную поверхность, и изогнутые стеклянные и оптоволоконные светильники. Листы нержавеющей стали марки 316 (UNS S31600) были сварены, обжаты и отполированы до гладкой зеркальной поверхности, которая образовала сплошную бесшовную обшивку из яркой стали, обёрнутую вокруг трёх конусов, поддерживающих огромную посадочную площадку. Эта скульптурная композиция с площадью поверхности из нержавеющей стали более 311 м2, спроектированная архитектурной компанией Carve, весит в общей сложности 70 тонн, 50 из которых приходятся на долю нержавеющей стали.

Её площадь — более 300 кв. м (18 м х 16,7 м), а высота в высшей точке — 6,5 м. На её создание — от первоначальной концепции до завершения строительства — ушло два года. Изготовленная в трёх разных странах, она была смонтирована на территории комплекса Jewel компанией Playpoint. Скульптура-игровая площадка быстро становится хитом, фаворитом средств массовой информации и прекрасной причиной для бронирования полёта через аэропорт Чанги. Поскольку в будущем всё большее количество подобных аттракционов станет появляться в аэропортах, мы надеемся, что никель и дальше будет сопровождать увлекательные поездки пассажиров.

ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ»

О Н Л А Й Н

Расположенные в парке под куполом Canopy Park на последнем этаже нового комплекса Jewel в сингапурском аэропорту Чанги (Changi Airport) четыре горки для скольжения вниз разной крутизны и высоты предлагают всевозможные незабываемые впечатления всем несущимся с них посетителям: здесь и пологие семейные горки для детей и взрослых, и крутые горки, и два остеклённых спиралевидных спуска.

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickelinstitute.org

Jewel («Драгоценный камень») — это посвящённый природе торговоразвлекательный комплекс в сингапурском аэропорту Чанги. Парк под куполом Canopy Park расположен на десятом этаже комплекса. В нём размещены крытые сады и объекты досуга и отдыха.

ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/library/ ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2009 г. www.nickelinstitute.org/library/ СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) — зайдите на страничку Института никеля

CARVE

СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube www.youtube.com/user/NickelInstitute

14 | «НИКЕЛЬ», NICKEL, VOL.Т.34, 34,NO. № 2,2,2019 2019Г.

НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ Институт никеля опубликовал два

Руководство «Выбор сплавов для

новых технических руководства в

использования во фториде водорода,

помощь эффективному использованию

плавиковой кислоте и фторе» (100074)

никельсодержащих материалов.

рассматривает коррозионное воздействие

Руководство «Выбор сплавов для

в различных условиях фтора, фторида

использования в серной кислоте»

водорода и плавиковой кислоты на такие

(10057) рассматривает коррозионное

материалы, как стали, нержавеющие

воздействие серной кислоты во всех

стали, сплавы на основе никеля, сплавы на

концентрациях и в различных условиях на

основе меди, титан, цирконий и тантал.

такие материалы, как стали, нержавеющие стали, сплавы на основе никеля, сплавы

Эти полностью обновлённые технические

на основе меди, титан, цирконий и тантал,

публикации Института никеля — полезное

а также влияние загрязняющих примесей

руководство для инженеров в области

на её коррозионные свойства. Здесь также

технологии материалов.

коротко рассматривается производство серной кислоты из трёх возможных видов

Эти публикации можно бесплатно

сырья.

загрузить с сайта www.nickelinstitute.org

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель»

UNS

K93120 p. 12

0.050.15

0.03 max.

8.09.5

bal.

0.10 max.

4.65.2

18.019.0

0.010 max.

0.10 max.

0.550.80

N01555 p. 5

0.07 max.

0.05 max.

0.01 max.

0.05 max.

0.005 max.

0.025 max.

54.057.0

0.05 max

bal.

N08367 p. 8

0.030 max.

20.022.0

0.75 max.

bal.

2.00 max.

6.07.0

0.180.25

23.525.5

0.040 max.

0.030 max.

1.00 max.

S30400 p. 2,4,6,12

0.08 max.

18.020.0

bal.

2.00 max.

0.10 max.

8.010.5

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S30403 p. 12

0.03 max.

18.020.0

bal.

2.00 max.

0.10 max.

8.012.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S31254 p. 8

0.020 max.

19.520.5

0.501.00

bal.

1.00 max.

6.06.5

0.180.22

17.518.5

0.030 max.

0.010 max.

0.80 max.

S31600 p. 12,14

0.08 max.

16.018.0

bal.

2.00 max.

2.003.00

0.10 max.

10.014.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S31603 p. 8

0.03 max.

16.018.0

bal.

2.00 max.

2.003.00

0.10 max.

10.014.0

0.045 max.

0.030 max.

1.00 max.

S32101 p. 6

0.04 max.

21.022.0

0.100.80

bal.

4.006.00

0.100.80

0.200.25

1.351.70

0.040 max.

0.030 max.

1.00 max.

S32304 p. 6

0.03 max.

21.524.5

0.050.60

bal.

2.50 max.

0.050.60

0.050.20

3.05.5

0.040 max.

1.00 max.

S33207 p. 16

0.030 max.

29.033.0

1.0 max.

bal.

1.50 max.

3.05.0

0.400.60

6.09.0

0.035 max.

0.010 max.

0.80 max.

S40977 p. 13

0.030 max.

10.512.5

bal.

1.50 max.

0.030 max.

0.301.00

0.040 max.

0.015 max.

1.00 max.

NICKEL, VOL. 34, NO. 2, 2019 | 15

Включённый в список десяти величайших электрогитаристов мира по версии журнала TIME шведский музыкант жанра хэви-метал Ингви Мальмстин (Yngwie Malmsteen) за всю свою карьеру разбил более сотни гитар. Компания Sandvik Additive Manufacturing, производитель металлического порошка для аддитивной (3D) печати, решила бросить ему вызов, создав в технологии трёхмерной печати первую в мире цельнометаллическую не поддающуюся разрушению гитару. «Технология материалов, высокоточная

Sandvik, дизайнер гитар из Великобритании

механическая обработка, аддитивная печать

Энди Холт (Andy Holt) из компании

и компьютеризированное производство — это те процессы, которые необходимы для создания такой сложной и прекрасной вещи, как гитара для музыканта величайшего

Гипердуплексная сталь на 30% прочнее самой крепкой марки нержавеющей стали, ранее производимой компанией Sandvik. Она использовалась для поддержки грифа и крепления его к корпусу гитары с помощью изотропной облегчённой конструкции.

16 «НИКЕЛЬ», | NICKEL, VOL. 2, 2019 Т. 34,34,№NO. 2, 2019 Г.

Drewman Guitars не был даже уверен, что эта работа вообще выполнима. Корпус создавался при помощи лазера, наплавляющего материал в заранее

класса, — сказал Кристиан Эгеберг (Kristian

сформированном слое — эта аддитивная

Egeberg), президент Sandvik Additive

технология идеальна для печатания

Manufacturing. — К тому же нам хотелось

металлических деталей очень сложной

показать, что мы можем сделать такую

конфигурации. Толщина каждого слоя была

гитару, которую разбить просто невозможно».

50 микронов (тоньше человеческого волоса).

Их выбор пал на титан и SAF 3207 HD TM,

Уверенные в своем исключительном успехе,

гипердуплексную (аустенитно-ферритную)

они позволили Мальмстин у выйти на сцену

нержавеющую сталь (UNS S33207),

и дать себе волю, показав силу своего удара.

содержащую около 7% никеля. Никто в

Как он это прокомментировал? — «Её

мире ещё не печатал из этого корпус гитары.

сломать невозможно. Но ею можно что-

Бизнес-партнёр в области дизайна компании

нибудь сломать»!