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羽田空港 - Nickel Institute
都市のインフラ： 目立たないが丈夫 迅速な橋の取替え工事： ステンレス鋼鉄筋 ニッ ケ ルとそ の 用 途 の 情 報 誌 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ステンレス鋼の鉄道車両： 耐久性と高い費用効果 D滑走路の腐食防止： 羽田空港 (東京国際空港） The Nickel iNsTiTuTe iN 2010 Knowledge for a brighter future A year in review, review it online. View online or download a pdf at: www.nickelinstitute.org Request your printed copy by: email: [email protected] Post: Nickel Institute Eighth Floor, Avenue des Arts 13-14 1210 Brussels Belgium ニッケル: 焦点 iStock Photo © Anthony Brown ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケルとその用途の情報誌 発行：ニッケル協会 プレジデント：Dr. Kevin Bradley 編集発行人：Stephanie Dunn [email protected] デザイン： Constructive Communications, Design 住所： Nickel Institute Nickel Institute Eighth Floor Avenue des Arts 13-14 Brussels 1210, Belgium Tel. 32 2 290 3200 [email protected] ニッケル誌オンライン予約： www.nickelonline.org/subscribe 本誌は読者への一般情報提供を目的としており、 しかる べき助言を確保せずして、いかなる特定の目的あるい は用途のために使用もしくは依拠されるべきではない。 本誌は専門的に見て正確であると信じられるものであ るが、ニッケル協会とその会員、 スタッフ及びコンサルタ ントはあらゆる一般的な、 もしくは特定の目的のための 適合性について、何ら表明もしくは保証するものではな く、 また本書に示されている情報に関して、いかなる種 類の義務もしくは責任を負うものではない。 ISSN 0829-8351 印刷：カナダ。再生紙使用。 表紙： 写植：Constructive Communications 写真提供：羽田再拡張D滑走路JV 飛行機写真：iStockPhoto©WendellandCarolyn提供 目 次 焦点 明日のインフラ . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 注目される用途 都市のインフラ . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 迅速な橋の取替え工事 . . . . . . . . . . . 7 バルセロナの地下鉄 . . . . . . . . . 10, 11 鉱夫の救出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 特集 羽田空港(東京国際空港） . . . . . . 4, 5 ステンレスの鉄道車両 . . . . . . . . . 8, 9 ニッケルと技術革新 ニッケルーすず ナノワイヤー . . . 12 ニッケルを知ること 炭酸ニッケル . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 話題 ステンレス鋼の歴史 . . . . . . . . . . . . . 14 UNSの詳細 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 結び ウエブサイトリンク . . . . . . . . . . . . . 15 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） 明日のインフラ 効率的なインフラの必要性とそれに対する支払い能力はめったに釣り合わな い。 どこの政府ももっと多くのもっと良い道路、鉄道、医療及び教育施設、給水 及び廃水処理設備等々－つまり社会を機能させるすべてのものの需要と歳入 のバランスをはかろうと奮闘する。 インフラの設計に影響を与える決定は、程度の差はあるが、常に経済状況に よって決まり、それには材料規格が含まれる。所有権が公共あるいは民間で あるかにより税負担の軽減と資本に対する十分な収益の確保の両方からコ ストの削減が必要である。 会計と原価計算のために、一時的な建築費の他に長期的な所有コスト(保守 及び修理を含む)を含めることが重要である。 これらすべての見積もりは当 然、簡単である(必ずしもすべての見積もりが全部正確であることはないが)。 見積もりが簡単ではないのは、インフラの修理あるいは改造ができない場 合、あるいはしなければならない場合に生じる費用のような間接的な長期コ ストである。例えば、高速道路の修理により、労働者や品物の移動により時間 がかかるようになり、職場の往復に交通が増加し、新しい材料と廃材の処理 が必要となり、住宅街への交通の迂回が生じ、燃料消費が上昇したりなどす る。 これらやその他の間接コストはまた環境にも負担を与える。 建設、使用、最終廃棄、 リサイクルの完全なライフサイクルコストを反映して 材料が選択されるならば、上記のことはどんなにより良くなることであろうか。 本号ではそのようなよりバランスのとれた取り組みを示すいくつかのプロジ ェクトを扱っており、以下のような記事を載せている。 • 維持に手間のかからない耐久性と耐食性を確実にするためにニッケルが 重要な役割をはたしている東京羽田空港の新しいD-滑走路 • 記録的な速さで行なわれたカナダのオタワ近郊417ハイウエイの橋の交換 • 都市プロジェクトの塩害のある環境におけるステンレス鋼の使用 明日のインフラを担う建設業者は、住民の健康と環境が危険にさらされないこ とを確実にするために働いているので、本号で取り上げたような例がもっと必 要であろう。 ニッケルとニッケル合金に感謝。 ゴールは手の届くところにある。 編集発行人 Stephanie Dunn ニッケル: 焦点 3 ニッケル: 特集 東京の羽田空港でニッケル含有合金は100年の設計寿命を可能にする 羽田空港(東京国際空港） 2 クロム、ニッケル、モリブデンを 010年10月の羽田空港の新しいＤ滑走路の開設は、 ト・ステンレス鋼に対して、 現在アジアで２番目、世界で５番目に忙しいこの空港 より多く含有し、海水環境における耐孔食性、耐隙間腐食 の継続的成功を確実にする。 性を飛躍的に向上させた材料である。その羽田滑走路へ の適用での使用寿命は約100年と想定されている。 海洋環境での挑戦 新滑走路は東京湾の多摩川河口に建設された。水流と潮 通常の桟橋部に使用されているステンレス板の厚みはわ インダ 流の影響を最小限にするため、滑走路の3分の1は鋼構造 ずか0.4mm である。板の重ね合わせ部の接合は、 イレク ト抵抗シーム溶接とUNS N06625のフ ィ ラワイヤを 桟橋であり、河川と東京湾の水の自由な動きを可能にす る。腐食は、海洋環境下における桟橋の金属構成部にとっ 用いたプラズマ溶接の両方法を併用した複合溶接法でな この特別に開発された溶接技術は、板の薄肉から て特に脅威となる。波と潮流の干満作用は不可避的に腐 された。 く る変形を防止する。 溶接工程は工場で完工され、荷船で 食性の塩を堆積させ、雨はそれを洗い流すという具合に 工事現場に輸送された。 はならないだろう。 技術者は、困難で高価な補修を必要としないような方法 で、大量の構造鋼を腐食から防ぐ必要があった。彼等は三 つの相補的防食方法を選択した。すなわち、滑走路を支え る桁の下部表面をチタン板で被覆する、次に桟橋を支え る鋼管脚部の干満部と飛沫部を耐海水ステンレス鋼で被 覆することによって保護する、最後に完全に浸漬している 普通鋼部の電気防食である。 耐海水ステンレス鋼被覆 400トン以上（約114,000 m2 ）の耐海水オーステナイト・ス テンレス鋼UNS S31254 (SUS312L：6%Mo種の一つ)が 鋼管の被覆材(ゆるいクラッド)として使用された。 この鋼種 は、UNS S31603 (SUS316L)などの通常のオーステナイ ライフサイクルコスト評価 プロジェクトの設計段階で、低初期コスト/高維持費と高 初期コスト/低維持費間などの差異を明確にするライフサ イクルコスト評価が実施された。分析は、当該構造物の長 い期待寿命に伴う維持費の方が短期の資本投資の節約 分よりはるかに多いことを示した。開発した非常に薄肉の ステンレス板の使用と高品質の溶接工法による被覆工法 は、資本コストの節減に貢献し、且つ超長期耐久性が期待 できる。評価の中での公式考察ではないが、構造物の寿 命の最後においてニッケル含有ステンレス鋼が有利に回 収されリサイクルされると予測することは理にかなったこ Ni とである。 ジャッケト型桟橋の耐蝕仕様：最も厳しい腐食条件下（例えば干上がった海水の塩） にチタン、海水面下では炭素鋼の電気防食 ・桁内部の構造物： Ｄ－４コーティング ＋乾燥 ・干満部と飛沫部： 耐海水ステンレス鋼被覆 海面下及び地中部： 電気防食 4 ニッケル 特集 写真提供：羽田再拡張D滑走路JV ・桁下面： チタンカバープレート( 外部の腐食環境からの遮断） ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル: 特集 L 16 22 ２．Ｄ滑走路の大きさを示す航空写真(東京、 羽田空港） 走 路 2,5 B滑 04 Apron 左中央にＤ滑走路の桟橋部と連絡誘導 路部 ３．Ｄ滑走路の管脚部の海水面上 の写真 R 34 Cargo Zone ル ミナ ター 旅客 第1 m 00 3,0 Apron ル ミナ ター 旅客 第２ 管制塔 走路 A滑 00 m R 16 0m ,00 3 走路 C滑 １．羽田(東京)空港の新しいＤ滑走路 23 1. 国内線ターミナル 路 2, 50 L 0m 34 05 D滑 走 2. 写真提供：羽田再拡張D滑走路JV 3. ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル 特集 5 ニッケル: 注目される用途 目立たぬ建造物、時代を超える成果 r オーストラリア東海岸のゴールドコーストシティの北、 ブリス ベーンのHolman Streetにあるブリッジの手すり インフラは必ずしも大規模なわけではない。村や都市レベルで 決定されるインフラのほとんどは工学的観点からは中規模であ るが、それでも住民の生活の質に直接かつ長期間影響を与える。 選択される材料によってはこのプロジェクトはまた長期にわたり 納税者の負担するコストに影響を与える。 r Rideau Canal にかかるCorktown歩道橋 融亜鉛めっき鋼（HDG steel） 、塗装系、HDGと塗装の両方を使用 する二相系及びステンレス鋼の寿命、 コスト及び保守費用を算 出する研究で見出された。常にすべての用途に適する材料はひ とつもなかったが、設計寿命が19年以上の構造物に対しては、 資本コストという点だけではステンレス鋼が第一に選択される材 海洋環境での解決策 料である。 オーストラリアの東海岸は、材料に非常に多くのことを要求する 熱帯海洋性の環境である。 ゴールド・コースト市議会(GCCC)の技 術管理の調整役のPaul Conollyは、1988年、 ステンレス鋼が前 浜にある市の公園のモジュール式トイレ構造物に指定されたこ とを思い出す。 （前浜すなわち潮間地帯は引き潮時は水の上にあ り、満潮時は下になる地帯のこと。） しかしながら資本コスト削減 のために別の材料を使用することに決まった。 Griffith大学の研究から生まれた選択ガイドは現在、 ゴールド・コ 時の経過とともに、 このような構造の耐用年数は短くなりつつあ ることが明らかになった。 その上、その結果として生じた目に見え る劣化が公園の美観を損ねつつあった。 「たくさんの公共施設が前浜にあり、一部の材料は我々が期待し たような性能がなかった。 」 とConollyは回顧する。 「そのため我々 は腐食の問題と腐食を抑える一番良い方法を調べ始めた。 コン クリート工事の接合部分、海岸の板張り遊歩道のボルト、 ブラケッ トや滑り止め、 またゴミ箱のような利用頻度の高い設備のような 重要な部分にステンレス鋼を使い始めた。 」 ーストの至るところで材料選択決定に影響を与えている。 地球の反対側で カナダの首都オタワの市民は厳しい冬に慣れており、道路や歩 道に塩を使うと歩行や車の運転がいかにより安全になるか知っ ている。残念なことに市民はまた塩がいかに道路や橋を損傷さ せるかー交通を混乱させ、税金をつり上げる損害について知って いる。 2005年に市は、Rideau Canal(ユネスコの世界遺産)に歩道橋― the Corktown Footbridge―をかける工事を始めた。Du Toit Allsopp Hillier社が率いる設計と技術チームは、 「高品質と耐久 性、両方備えた材料で、長期間ずっと高級な表面仕上げが外観 を与え、保守を最小にする材料」を決定した。そうした材料は圧 倒的にニッケル含有ステンレス鋼であり、建設業者はこれを防護 柵の固定具、手すり及び他の様々な部分に使用した。優れた設計 で有名な完成した歩道橋は、歩行者、サイクリストそして旅行者 「我々は観察の結果、ステンレス鋼は前浜で最善の材料である に極めて人気があることが判明した。 と信じるようになったが、我々はこのような決定を正当化するた 再びオーストラリアであるが、そこでは遊び場の遊具や日除けの めに設計者が利用できる明白な根拠を持っていなかった。我々 骨組みへのステンレス鋼の使用は広がっており、Paul Conollyは、 はステンレス鋼の初期コストがそれら構造物の寿命から妥当で 「寿命までのコストを認識し、耐久性のある製品を確実に提供す あることを証明するために明確な証拠が必要であった。 」a るという目標に向かってほんの少しの飛躍であるが、考えてみる その証拠は、Griffith大学の奨学生がGCCCと共同で行なった、溶 と、常識の問題である。 」 と結論している。 6 ニッケル 注目される用途 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） 写真：ADRIAN SEARLE 画像提供：ASSDA ゴールド・コーストとオタワのエンジニア達はインフラの腐食防止のためにニッケ ル含有ステンレス鋼を選択 ニッケル: 注目される用途 迅速な橋の取替え工事 都市の幹線道路を迅速に模様替えする 橋を取り替える際、従来の方法を用い ると長期にわたる長引く作業となるは ずである。 しかし、2008年8月のある 暖かな夜にカナダオンタリオ州オタワ のハイウェイ417にあるClyde Avenue Bridgeの対の橋桁がすっかり取り替え られた。 写真中央：MTO r 交換前の古い橋 r 古い橋桁を運ぶ運搬車 r 準備地帯の支柱の上にある新しい橋桁 ハイウェイは8月2日午後6時に交通を 遮断し、古い橋桁が撤去され、新しい 橋桁が設置された。翌朝の9時を過ぎ て間もなく交通は再開された。 東と西の方向に向かう長さ21メータ ー(68フィート)の橋は建設からほぼ50 年経っており、設計寿命が終わろうと していた。加えて、将来の交通量の増 加に備えてそれぞれ3車線から4車線 に広げる必要があった。 元の橋桁は重い鋼鉄の桁で支えられ た鉄筋コンクリートの橋面床でできて いた。その古いコンクリートには炭素 鋼の鉄筋がはいっていた。 この｢鉄筋｣ は、長く雪の多い冬の間、ハイウェイ 上にまかれる除氷用の塩で腐食して いた。新しい対の橋桁は別に近くの中 間準備地帯で二つの大きな支持構造 物の最上部に作られた。橋の設計は 古いものと似ているが、ひとつ重要な 違いがある。 ：新しい橋桁のコンクリ ートの床と防壁は合金2205(UNS S31803)ステンレス鋼の鉄筋で 補強されている。総重量40ト ン以上の 防氷用塩に対するステン レス鋼鉄筋の耐食効果 により、新しい橋桁は少 なくとも75年はもつと期 待される。 ステンレス鋼の鉄筋が切断され、曲げ られ、このプロジェクトに引き渡され た。 橋の取替えの数ヶ月前に、東西方向に 延びた古い橋台は修復され、新しい広 くなった橋面床に合せて拡張された。 取替え工事は土曜の午後6時から始ま り、古い橋桁を橋台から切り離し、 それ らを持ち上げ、ハイウェイの外に移動 させるために遠隔操作の運搬装置が 使われた。 大型の複数車輪付平床式ト レーラーに似た運搬装置は、その後、 拡張された橋台に新しい橋桁を接続 できるように持ち上げ、橋まで運ぶた めに使われた。 この960万ドルのプロジェクトは、 オン タリオ州運輸省(MTO)がこのような最 新の技術を使ってハイウェイ417のこ の場所で橋桁を丸ごと持ち上げ移動 させた2度目のものである。今回のよう な橋の取替えを従来の方法で行なう と、通常は完成までに14ヶ月から21ヶ 15ページに続く 写真：FRANK SMITH r 新しい橋床面のステンレス鋼鉄筋(コンクリート注入前） ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） v ずか11時間で交通は再開された。Ｃｌｙｄｅ Ａｖ わ ｅｎｕｅブリッジの対の橋桁は寿命が75年に延びた橋 にすべて交換された。 ニッケル 注目される用途 7 ニッケル: 特集 v Edward G. Budd Manufacturing 社のZephyr デザインやスピードが進化しても費用効果 は常に優れている r 8 ニッケル 特集 写真構成：CONSTRUCTIVE COMMUNICATIONS ISTOCKPHOTO©OLADUSEGARD 耐久性を持たせ るステンレス鋼 Bombardier社のZefiro250 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル: 特集 美しさの魅力と耐食性があいまって、 ステンレス鋼を鉄道客車製造の ための理想的な金属にする。 1976年、ハリウッドのプロデューサー達が アメリカを猛スピードで横断する列車内で のスリラーコメーディー映画の製作を決め たとき、タイトルをどうするかは疑う余地は なかった：「Silver Streak (銀色の線)」(邦 題：「大陸横断超特急」)はこの映画の呼び 物となったぴかぴか光るステンレス製の客 車からきたものである。 r 同様になぜそれらの客車がステンレス鋼で 製造されたかも明らかである。：フィラデル フィアのBudd Company(現ThyssenKrupp Budd)とその先見の明ある創設者Edward G. Buddが象徴的な流線型の列車Zephyr を製造するためにステンレス鋼を最初に使 った1930年代以降、ステンレス鋼は鉄道 車両製造用に相応しい金属となった。 その後はステンレス鋼の鉄道車両への使 用が強まる一方である。カナダモントリオー ル市のBombardier Transportation North AmericaのWładysław Jaxa-Rożenのような 現代の工学専門家達はオーステナイト系ス テンレス鋼は鉄道車両製造用の完璧な材 料であると主張する。 「冷間加工されたス テンレス鋼は鉄道車両には理想的である。 」とJaxa-Rożenは言い、 「それらは高強度で 魅力的な美しさがあり、寿命が長く，製造 が容易である。」と付け加えている。 ということである。 r EdwardG.BuddMfg.社の1936年の広告 「冷間加工されたステンレ ス鋼は鉄道車両には理想的 である。」 とJaxa-Rożenは言 い、 「それらは高強度で魅力 的な美しさがあり、寿命が長 く、製造が容易である。」 と付 け加える。 Trains.”(列車は気候に優しい)。 Bombardier社は、大部分の車両はアルミと 炭素鋼を使用して製造しているが、1983年 以降、北米市場向けにステンレス鋼の鉄道 車両を約5,000台製造してきた。外装にス テンレス鋼を使用した車両は1950年代後 半に日本に紹介され、2～3年後にオールス テンレス製になった。1984年から1990年に ステンレス鋼は6,000台以上の客車の製造 に使用された。ISSF(国際ステンレス協会)の 報告によれば、日本の車両メーカーはステ ンレス合金を使用した車両を依然として年 間1,000台から2,000台製造している。 Bombardier社は世界的に主要な鉄道車 両製造会社―地下鉄や都市の通勤電車か ら都市間の高速列車に至るまですべての 鉄道車両―であり、北米、ヨーロッパ、中 国、インド、南ア、ブラジル及びオーストラリ アの顧客に年間計100,000台以上を供給し どの材料を使用するかを決めるのは輸送 ている。その輸送部門は23カ国にあり、従 に携わる顧客の好みと仕様である。Jaxa業員はほぼ35,000人、2010年度の収入は Rożenは、北米では見て美しいので輝くス 91億ドルであった。 テンレス鋼製車両が称賛されると指摘する。 しかし、 Bombardier社の鉄道車両の売り上 世界中の政府は、公共輸送の改善を優先 げの四分の三を占めるヨーロッパでは、 塗 としてインフラの支出を増やしている。新 装した車両が好まれ、 それがステンレス鋼 しい、拡張された鉄道網は燃料コスト引き 下げや温室効果ガス排出削減といった重 の販売をより難しいものにしている。それ 要な利点を提供する。それらのすべてが でも例外が多くあり、最も注目すべきもの Bombardier Transportation 社にとって は英国とフランスを結ぶユーロトンネル社 は良い話であり、同社は時宜を得たスロー の乗客のフェリー輸送に使用されている大 ガンを決めた。：“The Climate is Right for 型シャトルカーがある。これらは最大のス ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） 高い強度対重量比は、構造部材をより薄くするこ とを可能にし、 これにより車両の総重量を軽減できる テンレス製車両であり、一部、カナダのLa PocatièreにあるBombardier社の工場で製 造され、ベルギーとフランスで仕上げられ た。もうひとつの代表的な例外は、ドイツ のハンブルグ市で、同市では1960年代半 ば以降、鉄道輸送網にステンレス製車両を 使っており、2009年に新型車両の受け渡 しが始まった。 JJaxa-Rożenは、301L (UNS S30103)、304L (UNS S30403) 、201L (UNS S20103)が典 型的だが、冷間加工のオーステナイト系 ステンレス鋼は鉄道車両製造に最適であ り、高い強度対重量比が可能であると言っ ている。そして、鉄道車両はステンレス鋼の 機械的性質が成功裡に最大限利用されて いる構造物への応用の重要な例であると 付け加えている。 金属の冷間加工、冷間成 形による付 加 強度により構造部材は薄くでき、これによ って車両の総重量は軽減し、よりエネル ギー効率が上がる。Budd 社はステンレス 鋼の使用はこれが初めてではない。1930 年、1940年代には、この金属で飛行機を 15ページに続く ニッケル 特集 9 写真提供：VARGASA METAL AND CODINA GESTIO ニッケル: 注目される用途 10 ニッケル 注目される用途 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル: 注目される用途 ステンレス鋼がバルセロナの地下鉄路 線拡大プロジェクトを加速させる ステンレス鋼メッシュが美しさも安全性も実現する スペインのバルセロナの沿海都市は地下鉄網を三分の一 拡 大するプロジェクトを開始した。65億ユーロをかけ て、52の新しい駅を作り、そのうち20の駅を別の路線で結 ぶ予定である。このプロジェクトは一日350,000人の乗客 があると見込んでいる。 このプロジェクトの一局面は48kmに及ぶL5線の長さであ り、このためいくつかの新しい地下鉄駅の建設が必要であ った。スペインの3社がニッケル含有ステンレス鋼を使用し て駅の装飾を積極的に行なった。 316Lステンレス鋼の選択は、 この鋼種の耐 食性がバルセロナの大気の特徴に適してい ることから、必要な保守費を最小限にするこ とが可能であることを意味する。 金属メッシュの製造を専門とするCodina社は駅の天井や ホームやホールの被覆にステンレス鋼ワイヤメッシュを 8 , 7 0 0 平 方 メ ート ル 生 産 し た 。こ れ ら は す べ て 316L(UNS S31603) ステンレス鋼で作られた。 316Lステンレス鋼の使用は、この鋼種の耐食性がバルセ ロナの大気の特徴に適していることから必要な保守費用 を最小限にすることが可能であることを意味する。ステン レス鋼メッシュは美しさに優れており、それでいて耐久性が あり、丈夫で耐火性が高い。このメッシュは多様な模様と 目の大きさ(目開き)のものが使用できる。これはオープン スペースを明るい印象にするのに十分に透明で、しかも美 しくない部分、例えばセメントの天井を隠すのに使用でき る。 地下鉄L5線プロジェクトに貢献したその他のスペインの会 社は、艶出し仕上げの304L (UNS S30403)ステンレス鋼 パネルや手すりの加工、設置にあたったVargasa Metal と、同様の作業をしたInoxarte社である。Inoxarte社のパ ネルのいくつかは洗浄と保守のために簡単に取り外せるよ うに設置された。 結果として、将来にわたり感じの良い外観を維持するであ Ni ろう魅力的な地下鉄駅となっている。 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル 注目される用途 11 イラスト：RICE UNIVERSITY ニッケル: 技術革新 ニッケルーすずナノワイヤーが エネルギー効率を高める テキサス州ヒューストンのRice 大学の研究者達は、従来の リチウム電池より充電が速く、長持ちする３－Dバッテリー の生産にニッケルとすずを成分とするナノワイヤーを使っ ている。 「ニッケルーすず合金は、そのエネルギー貯蔵能力の点 から、 しばらくの間、 リチウム電池に使用されてきた。」 と Rice 大学機械工学材料科学部のナノ材料研究所のリーダ ーであるPulickel Ajayanはいう。 「純すずもまた高い蓄電 能力があるか、純すずを組成とするバッテリーは、サイクル 安定性をかなり高めるニッケルを添加しなければ2～3サ イクルで使えなくなるであろう。 金属化合物のナノワイヤー(すずとニッケルの重量が約 半分ずつで構成される)のもうひとつの利点は、それらが 安価で簡単に作られることである。Ajayanと主任研究者 Sanketh Gowdaをはじめとする彼のチームは、爪の大きさ の基板上に何百万のナノワイヤーの集積回路を作ること ができる。それらは大部分がICカードや無線センサーとい ったスケーラブルな用途に応用されている。 ナノワイヤーはそれぞれ最初から完全に３－D構造を作 12 ニッケルと技術革新 ...バッテリー(純スズ組成）はニッケルを添加しなけれ ば、2から3サイクルで使えなくなるであろう。 るためにPMMA(Plexiglas®)ベースのゲル電解質の層で 被覆される。 この被覆がイオンの流れを阻害せず、そのた めにより高い効率が得られ、それぞれのワイヤーを対電極 から絶縁する。Rice大学のバッテリーを似たような３－D リチウムモデルと差別化しているのはこの被覆段階であ る。 「電解質は非常に薄く、電極は非常に近い。」 とAjayan はいう。 「電解質は、我々の場合、ナノワイヤーの周りを同 軸上に被覆される。 これによりバッテリーの充電と放電は 効率がより良くなる。 Ajayanと彼のチームは、 アルミのテンプレートの細孔の中 に電解析出で長さ10ミクロンのナノワイヤーを作る。それ から化学エッチングで細孔を広げ、PMMAを均等にケーシ ングしてワイヤーを被覆する。 このようにして、電極の長さ が同じ薄膜バッテリーより多くのエネルギーを蓄電する1 平方センチのバッテリーを作る。そしてこれらはすべてリ Ni チウムイオンの動態を損なうことなくなされる。 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル: ニッケルを知ること Nickel hydroxycarbonate 炭酸水酸化ニッケル 炭酸水酸化ニッケルー重要な前駆体化学製品 EC numbers: 235-715-9, 222-068-2 EC name: [carbonato(2-)] tetrahydroxytrinickel CAS numbers EC inventory: 12607-70-4, 3333-67-3, 12122-15-5 今回は、種々ニッケル化学製品にスポットライトを当てる連続記事の第三回目 である。(参照：第25巻第1号―水酸化ニッケル、第25巻第2号―硫酸ニッケル) 純粋な炭酸ニッケルNiCO3（CAS 3333-67-3）は、極度に不安定であるがゆえ に商業的に製造するのが非常に難しい。 より広く使われている形態は炭酸水酸 化ニッケル或いは塩基性炭酸ニッケルと呼ばれているもので、水酸イオンと炭 酸イオンを同時に幅広い比率で含有している。異なった量の結晶水も含み得て、 一般的にxNiCO3.yNi(OH)2.zH2Oと表記される。 炭酸水酸化ニッケルの最大用途は、 金属ニッケル粉や他のニッケル塩を製造する ための中間品用途である。 ニッケル触媒製造における前駆体としての中間品用途 もおおきい。 それらより規模は小さいが、炭酸水酸化ニッケルはニッケルめっきの pH調整剤や亜リン酸浴の構成成分として用いられる。 欧州単独の2000年におけ る種々炭酸水酸化ニッケルの製造は、 上記の用途向けに6500トンと見積もられた。 IUPAC name: trinickel monocarbonate tetrahydroxide 類義語： nickel carbonate, carbonic acid nickel (2+) salt, carbonic acid anickel salt, [u-[carbonato(2-)-O:O’]] dihydroxy trinickel, [carbonato(2-)] tetrahydroxytrinickel, nickel carbonate basic, nickel carbonate hydroxide, nickel (II) carbonate hydrate, nickel (II) carbonate hydroxide, basic nickel carbonate Annex I index number: 028-010-00-0 製造 ここでの説明は一連の組成範囲に適 炭酸水酸化ニッケルは、天然には翠ニッケル鉱（写真） として見つけられるが、 用する。下記データは、その範囲内に あるひとつの組成に関連したもので 稀少であり、商業的には重要性をもたない。ほとんどの炭酸水酸化ニッケルは ニッケル・マットの浸出をとうして、或いは湿式ニッケル製錬の中間品として製 分子式： CH4Ni3O7 造される。双方とも炭酸ソーダが、ほとんどの場合硫酸ニッケル、間々硝酸ニッ 分子量： 304.12 ケルのニッケル塩と反応し、炭酸水酸化ニッケルを沈澱する。 より純粋の「化学 外観：薄緑色粉あるいは結晶 品級」炭酸水酸化ニッケルは、若干低温で低めのpH で多少違った方法で作ら れる。 この段階で販売されたり、酸化ニッケル、金属ニッケル粉、或いは他の多 種ニッケル塩の原料として次工程の原料となる。 密度：222.5°C で2.96 g/cm3 融点： 「化学品級」炭酸水酸化ニッケルの殆んど全部は、 （ ニッケル合金、染料、顔料、 炭酸水酸化ニッケルは溶融しない 種々セラミック製品の製造用の）熱分解で作る酸化ニッケル、 （多種特殊合金、 で、約240 °C 以上で分解 電池、電磁遮蔽その他用途向けの）ニッケル粉、そして金属表面処理産業向け 水溶解度： のニッケル塩の製造で消費されている。 微溶解性；20 °Cで 0.0329 g/L 安定性： 自己燃焼温度>400°C 炭酸水酸化ニッケル 仮焼 水溶液還元 溶液 酸化ニッケル ニッケル粉 ニッケル塩 産業の支援を得てEUが作成した炭酸水酸化ニッケルのリスク評価および炭酸 水酸化ニッケルについてのREACH登録一式文書が最良で最新の追加情報入 手可能源である。 http://www.nickelinstitute.org/Sustainability/EnvironmentalQuality/NickelRiskAssessment.aspx Ni http://apps.echa.europa.eu/registered/registered-sub.aspx ガスパイト （菱ニッケル鉱） （Ni,Fe,Mg)CO3の拡大図 w ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） ニッケル ニッケルを知ること 13 ニッケル: 話題 ステンレス鋼の歴史 Harold Cobbは、E.G.Budd Manufacturing Companyや航空産業や 原子力産業での勤務をはじめ米国のステンレス産業で幅広い経 歴を持っている。 ステンレス鋼の発達に貢献した人々や企業に関 わるすばらしい話を伝える同氏の能力はその冶金に関する技術 的な知識と同様に非常に重要である。 このことは同氏の新しい本「 ステンレス鋼の歴史」 ですべて明らかになっている。 Cobb氏の説明は1797年のクロムの発見から始まり、 それからフラ ンス、 ドイツ、 イギリス、米国を含む様々な国におけるクロム含有ス チールの研究の跡を追っている。われわれはたいていHarry Brearleyが1913年に生まれ故郷の英国シェフイールドでステンレ ス鋼を発見し商業化したと考えているが、他の多くの人々も同様に これらの合金の発達を促進した。 例えば、 ドイツでは1912年にニッ ケル含有オーステナイト系ステンレス鋼の特許が取得された。 にも かかわらず、大量市場用(特に食卓食器)に最初に生産されたのは Brearleyのステンレス鋼であった。 この成果の100周年が近づいて いるので、Cobb氏の本は特に有意義である。 著者は、米国材料試験協会(ASTM-American Society for Testing and Materials)の1924年の重要な会議をはじめ ステンレス鋼の発達に影響を与えた初期のいろ いろな本や論文を網羅している。 この本にはまた 溶解と精錬の議論、様々な用途及び命名の方法 の他にBrearley、米国の発明家Edward G. Budd、 ニ ューヨークのクライスラービル（本の表紙を飾って いる）及び米国セントルイスのゲイトウエイ・アー チに関する有益な情報が記述されている多くの章 も含まれている。76ページに及ぶステンレス鋼の 歴史は1751年のニッケルの発見から始まり、その 発達を現代までたどっている。我々はステンレス鋼 の発見から100周年を祝う準備をしているので、我 々にとってこの洞察力のある本は現在を理解するた めに過去について知ろうと興味を持つ人々の助けと なるであろう。 Harold M. Cobb著「ステンレス鋼の歴史」 は360ペー ジ。 2010年ASM International発行。 ISBN: 978-161530-010-1。ペーパーバック、ハードカバーとも ASM(www.asminternational.org)から購入可能。 また Ni は特定の書店でも購入可能。 UNSの詳細 Al 本誌で示されているニッケル含有合金及びステンレス鋼の化学的組成(重量パーセント) Fe Mn Mo G41400 p. 16 0.380.43 0.801.10 rem 0.751.00 0.150.25 G43400 p. 16 0.380.43 0.700.90 rem 0.600.80 0.200.30 20.023.0 5.0 max 0.50 max 8.010.0 N06625 p. 4 0.40 max C 0.10 max Cb 3.154.15 Cr Cu N Ni P S Si 0.035 max 0.040 max 0.150.35 1.652.00 0.035 max 0.040 max 0.150.30 rem 0.015 max 0.015 max 0.50 max S20103 p. 9 0.030 max 16.018.0 5.57.5 0.20 max 3.55.5 0.045 max 0.030 max 0.75 max S30103 p. 9 0.030 max 16.0018.00 2.00max 0.2 max 6.08.0 0.045 max 0.030 max 1.0 max S30400 p. 6 0.08 max 18.0020.00 2.00max 8.0012.00 0.045 max 0.030 max 1.00 max S30403 p. 9, 11 0.03 max 18.0020.00 2.00max 8.0012.00 0.045 max 0.030 max 1.00 max S31254 p. 4 0.020 max 19.5020.50 17.5018.50 0.030 max 0.010 max 0.80 max S31603 p. 4,11 0.030 max 16.0018.00 10.0014.00 0.045 max 0.030 max 1.00 max 14 ニッケル話題 0.501.00 1.00 max 6.006.50 2.00 max 2.003.00 0.1800.220 Ti 0.40 max ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） 鉄道車両 ニッケル: 結び 9 ページから続く 製造し、高い強度対重量特性を証明して いる。 写真とイラスト：BOMBARDIER社 オーステナイト系ステンレス鋼は、また優良 な加工性をもっている。プラズマあるいは レーザー・プロセスで容易に切断され、同 時に曲げや成形も容易である。更なる利点 は、特に抵抗溶接技術を使用した際の良好 な溶接性である。オーステナイト鋼種は、ア ーク溶接も可能である。ただし、ねじれ、変 色の問題によりこの方法を車両の構成部 材に使用するのには限度があり（特に、床、 サイド、屋根枠）、そして外壁の取り付けに は使用されない。 正に取り扱われれば腐食しない」とJaxaRożenは説明する。 「腐食がないことは構 造部分の修理は不要で、輝く、ペンキなし の外装は魅力的であると同時に実用的で あり、汚れや落書きをその平滑な表面から 除去するのは容易である。」 ステンレス鋼は安全面で有利である。万一 衝突の場合、鉄道車両の末端が崩壊し、多 くの衝突エネルギーを吸収し、乗客部分 は無傷で保護されるように設計されてい る。Jvは、 「オーステナイト鋼種は破壊や亀 裂なしに変形する高い能力を保持するので、 このことが可能である」と述べている。また、 ステンレス鋼は耐火性も強く、衝突の場合 の乗客の避難がより容易となる。 ステンレス鋼の鉄道車両の今日は輝かしく、 将来はより一層素晴らしいものになるだろ う。そしてJaxa-Rożen は、Bombardierやそ の他の車両メーカーがEdward G. Budd.の 足跡をたどっていくことを誇りに思ってい る。 「我々は輝かしい伝統を永続させてい く」と、彼は誇らしげに話す。 Ni そして、ステンレス鋼の長寿がある。その 高耐食性は、適切な使用のされ方で50年 を超える車両寿命の間、ずっと、低い維持 及び補修コストを確実にする。 「車両が適 迅速な橋の取替え工事 r 車体の主要ステンレス鋼材 v B ombardier Transporation社製の二階建 てステンレス鋼車両 7 ページから続く 月かかる。 Ottawa Citizen紙のインタビューで、MTO地区建築契約のFrank Vanderlaanは 述べている。 ： 「迅速な取替え工事の大きな利点は、従来の2～3シーズンにわた る季節工事の復旧作業に伴う道路閉鎖が事実上なくなることである。 」 これま でのような長期の取替え作業を避けることで、MTOは約240万ドルを節約し、 自 動車を運転する人たちも同様に時間とお金を節約した。 「建設工事による渋滞がないので、移動する人々は、燃料消費の増加と現在の 高い燃料価格が主要原因で不利益を与えられる停止とスタートによって遅れる ことがない。 」 とVanderlaanは言う。 除氷用塩に対するステンレス鋼鉄筋の耐食効果により、新しい橋桁は保守作業 あるいは交通遮断がほとんどなく、少なくとも75年はもつと予想される。 こうした ことすべてがライフサイクルコストの低減に結びつく。 ステンレス鋼鉄筋は護岸、桟橋及びその他の沿岸の構造物と同様に海洋環境 にさらされる橋にも使用されてきた。 世界中で何千トンのステンレス鋼鉄筋が使われている。 ヨーロッパの多くの橋 がステンレス鋼鉄筋を使って建設されており、近年ではオーストラリアや香港の 大きな橋に使われた。北米ではステンレス鋼鉄筋は100余りの橋の床や防壁に Ni 使われており、最も古いものは1985年に遡る。 ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号） 古い車両を改装するのは多くの場合、魅力 的で費用対効果のよい選択であるが、ステ ンレス鋼は100%リサイクル可能である。改 修された車両は、稼働初日のように銀色で 輝いて見える。カナダの長距離旅客列車 の運行を操業するVia Railは、1990年代に 40年の使用を経た約180両のステンレス 鋼旅客列車を改修したが、その時、事実上 腐食がない素晴らしい状態であると分っ た。昨年、VIAは、10年前に廃棄していた Budd社製造の自走式旅客車の買い戻し の取引を契約した。改修し更新されたなら ば、60年前の車両はオンタリオ州及びブリ ティッシュ・コロンビア州の支線を乗客を 乗せて走るだろう。 オンライン版ニッケル誌 www.nickelinstitute.org ニッケル誌の無料購読とウェブサイト掲載の お知らせを希望する場合：www.nickelonline.org/subscribe ニッケル誌を7ヶ国語(英語、中国語、 日本語、 ロシア語、 フランス語、 ドイツ語、 スペイン語) でウエブサイトに掲載：www.nickelmagazine/language ニッケル誌のバックナンバーの検索： 1998 年7月以降のニッケル誌を掲載。www. nickelmagazine.org/archive ユーチューブでニッケルに関する9本の短い ビデオが見られます。 「Nickel Institute」 で検 索、Nickel Institute Channelにアクセス。ニ ッケル協会のビデオ｢気候温暖化への取り 組み｣、BBCワールドコマーシャル3本及び再 生可能なステンレス鋼に関する広告3本、そ の他掲載。 www.youtube.com/user/NickelInstitute ニッケル 結び 15 あの救出に使われたニッケル合金鋼 Cerro San José 2010年の最もスリリングで広範に公表された話の一つは、 チリ北部のSan José金、 銅鉱山の地下625メートルに閉じ込 められていた33人の坑夫の救出であった。 しかし、 メディア 報道の混乱のなかで見落とされたものが一つある。 つまり、 ニッケル含有鋼が救出の重要な構成要素であった。 Plan A そのような仕事では使用される材料には高度な要求がなさ れるが、 このドリルは、取り除く必要のある高硬度で、研磨性 の岩石を破砕するのには理想的なものであることがわかっ た。 5年前、 米国ペンシルバニアに本拠を置くCenter Rock 社が特殊L.P. (low-profile) ドリルを極度に硬い岩石層の 掘削用に開発していた。 そのユニットは4つのエアハンマー で構成されている。キャニスターとピストンのほとんどの材 料はAISI 4340 (UNS G43400, ニッケル1.65-2% 含有)か AISI 4140 (UNS G41400)である。 4340のほうが衝撃が非 常に強いところに使用されるのだが、両鋼種とも強度と硬 度を増すために熱処理されている。同一強度のレベルでは 4340は4140に比較し格段に靭性が高く、 疲労強度も増大し た。4340は厚肉品でも （内部まで）全体に充分な硬さを得る ことが容易である。 ニッケルの添加により広範な特性領域で、 このような優れた特性が得られる。 閉じ込められた坑夫たちは自分たちの救出に積極的に取り 組んだ。 彼等は試錐孔から下降し鉱山の立坑に入った何百ト 16 ニッケル 注目される用途 Plan C Mine Entrance 800 m 700 m 600 m 500 m 鉱山の主立坑が崩壊し坑夫と外界との全て連絡が途絶えた 災害が発生したのは8月5日であった。 最初の小さな試錐孔 が避難場に到達するのには17日かかり、 それで救助員たち は33名の生存者がいることを知った。最初、救助隊は坑夫 が救出されるのに十分な大きさの立坑を掘削するのには最 大4ヶ月は要するだろうと思った。 相互に異なった技術、異なったチームによって同時に三つ の救出坑が掘られていた。 「プランＢ」 として知られている最 終的に坑夫らが救出された立坑は、 直径14 cmの既存試錐 孔を削り広げることによって作られたものであった。 プラン Ｂチームは、従来のトリコーンのドリルビットの使用よりは、 むしろ、回転しながら一分間に1,500打撃を加えることので きる大口径空気駆動型ハンマードリルを選択した。 Plan B 400 m 300 m Area of Collapse イラスト：CONSTRUCTIVE COMMUNICATIONS 「プランＢ 立坑」に不可欠な ニッケル Istock photo © Maria Pavlova ニッケル: 注目される用途 200 m 100 m 0m Shelter Meters above Mean Sea Level ニッケル含有ハンマードリルの高掘削速 度のおかげで、 プランＢ立坑が最初に坑 夫に到達した。 ンという切削された岩石を取り除かければならなかったから である。 切削物の荷を取り除いていくのにしたがって、 その分 だけ彼らの救出がずっと近くなってくるのを知った。 ニッケル含有ハンマードリルの高掘削速度のおかげで、10 月9日、 プランＢ立坑が最初に坑夫たちに到達した。 この立坑 に着手してから僅か一ヶ月余りであった。 10月13日、歓喜する世界中の聴衆が、チリ国旗の赤、白、青 に塗られた救出カプセルで運ばれて現れ出る最初の坑夫の ライブ映像を見守った。 22時間後、 最後の男が地上に到達し た。 メイン立坑の崩壊からフルに69日後のことである。 ニッケルは小さいながら重要な仕事を担った。 Ni ニッケル誌 第26巻第1号（2011年6月号）