无论是货物、原料运输还是客运,安全而高效的交通运输对于当今社会而言至关重要。随着世界人口的增长,交通运输需求将从2015年的500亿人公里增加到2050年的1200亿人公里。
在此大背景下,很难想象到,哪一种交通运输方式不使用镍或镍合金。汽车、卡车、轨道车、船舶、飞机甚至自行车都利用了镍及含镍合金的诸多优点。例如,304型不锈钢和镍铁合金(含镍量36%)就被用于液化天然气的海运,因为它们能在极低的天然气温度(-163℃)下保持延展性;对于火车车厢而言,304型不锈钢保证了耐腐蚀性以及良好的强度重量比,而且能在发生碰撞时,很好地吸收能量;在航空航天领域,高镍合金保证了发动机部件的强度和耐用性;在汽车行业中,镍越来越多地应用于电动汽车(EV)电池。
一进入电动汽车市场就备受期待的特斯拉量产型轿车Model 3,与该公司的高端Model S和Model X相比,车型尺寸更小、结构更简单。Model 3的续航里程为345公里,搭载特斯拉新式电池模块。虽然,其含镍高性能“2170电池”的具体化学成分仍未披露,但众所周知,它是在美国内华达州的特斯拉1号超级工厂生产的。据了解,为了在2018年前达到每年50万辆的计划产量,该超级工厂的含镍锂离子电池年产量预计会超过2013年含镍锂离子电池的全球产量。
当然,电动汽车只是镍推动交通运输行业创新的一个例子,镍在从自行车到航天火箭的各种运输应用中都扮演着重要角色。本期镍国际论坛以高速列车中的含镍不锈钢为例,剖析镍的特性与优点。
随着全球公共交通需求的急速增长,许多国家的铁路公司开始寻找新的解决方案来应对日益严峻的难题——如何实现比以往更快的客运。
取代旧式基础设施并建设新式高速铁路是一种能满足日益增长需求的解决方案。另外,降低运营成本和能耗,提高乘车安全性,改善交通工具外观并提高乘坐舒适度现已成为标准要求,扭转公共交通拥挤不堪的不良形象。在实践过程中,各铁路公司开始考虑在列车结构中采用含镍不锈钢来应对这些难题。
瑞典X2000列车:上世纪80年代末,瑞典SJ国家铁路公司订购高速列车时表示,需要一种能保证长期安全、舒适和经济的解决方案,而且维护费用较低、使用寿命较长。为此,通过冷加工以提高强度的304型含镍不锈钢(UNS S30400,一种奥氏体合金)成为X2000快速列车坚固车架的最佳选择。
据了解,X2000列车由ABB集团生产,于1990~1998年间投入使用。列车车架的首选材料是奥托昆普公司生产的不锈钢。X2000列车采用特殊设计,包括倾摆系统和径向转向架,可以在弯曲轨道上达到每小时200公里的速度,同时不影响乘客的舒适和安全。该款车架具有很高的抗弯刚度,可以减小振动并提高乘坐舒适度。另外,304型不锈钢还具有优良的耐碰撞冲击性,从而提高了乘客的安全性。
ABB集团经过详尽的寿命周期分析,决定采用不锈钢作为车架材料。通过计算发现,从长期来看,不锈钢比铝钢或碳钢更轻盈、更安全、更经济。例如,每辆列车在30年内可以节省约10万瑞典克郎的维护费用。此外,每辆列车与碳钢相比,重量减轻20%左右。车身更轻盈,就意味着驱动列车所需的能量更少,从而实现了显著的节能——每辆列车30年可以节省约80万千瓦时的能耗。
如今,经过20年的运营,这些列车正在进行全面的技术和内部升级。但原始的不锈钢车架完好如新,预计还能再使用20年。
印度高速列车LHB车厢:印度铁路公司是世界上最大的单一所有权铁路网络,维系着整个国家的铁路命脉,每年货运量超过10亿吨,每日客运量超过2300万人次。该公司拥有约25万个货运车厢和近7万个客运车厢。
随着印度经济的增长,印度铁路公司面临着一个艰巨的任务——在线路和枢纽容量有限的情况下,满足日益增长的运输需求。虽然印度正着手实施相关计划引入高速列车,缓解现有交通网络的堵塞状况,但客运车厢的设计和材料选择仍以乘客安全作为首要考虑因素。
印度铁路公司深知含镍不锈钢对于改善客运车厢结构和提高乘客安全的重要性,于2001年从德国引进了LHB(linke Hofmann Busch)客运车厢。印度铁路部相关人士表示,不锈钢制成的LHB客运车厢具有更多的内置安全特征,因为它们能更有效地吸收脱轨的震动和冲击,而且在列车脱轨时不容易倾覆,从而减少了事故中的伤亡人数。据悉,每节客运车厢约使用10~11吨不锈钢,其中40%为奥氏体不锈钢。
2016年,印度铁路公司计划投放4000个LHB客运车厢,并在当年的印度铁路大会上宣布了“到2018年完全改用LHB客运车厢”的计划。印度铁路公司加快用含镍不锈钢客运车厢完全取代钢制客运车厢的进程以保障乘客乘车安全,这将极大地推动含镍不锈钢在印度的使用。
(本文由国际镍协会提供资料整理而成)