由奥氏体钢组成的管元件以及太阳能接收器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由钢、特别是奥氏体钢构成用于熔盐的管体、特别是使用熔盐作为传热介质的太阳能接收器的吸收器管或用于输送熔盐的另外的管，以及一种该类型的太阳能接收器。
【背景技术】
[0002]特别是通过聚光太阳能热电站可以实现由太阳能辐射产生电能。例如塔式发电站的中心式聚光系统和例如基于菲涅尔技术或抛物面槽技术的线性聚光系统之间在此是有区别的。
[0003]除其他外，例如用于抛物面槽式太阳能接收器系统、例如太阳能热电站的太阳能接收器包括作为吸收器管的钢管和作为护套管的玻璃管。
[0004]在太阳能发电站中、特别是在抛物面槽式或菲涅尔式太阳能发电站中，使用了熔盐通过其流动的管。
[0005]在这样的太阳能发电站中，太阳的辐射能由抛物面镜或菲涅尔镜集中到接收器。多个接收器串联连接。由接收器的吸收器管所接受的辐射能被转换成热能，传送到吸收器管中的传热流体，并通过传热流体运送到蒸汽发生器。目前，合成油、特别是联苯/ 二苯醚混合物被用作传热流体。然而，这种混合物的降解温度、即400°C，决定了发电站的最大工作温度。
[0006]为了实现更高的工作温度，其它的传热介质是必要的，所述更高的工作温度导致太阳能热电站的更高效率。
[0007]在发电站的涡轮机处达到约535°C的温度是有利的，因为这将使太阳能热技术可与当今的常规发电站中使用的组件和设备联合使用。由于热交换器中的损失，为此需要550°C的介质温度。由于接收器的吸收器管的壁中的温度梯度，在吸收器管的表面上需要约580
°(3的温度。
[0008]有两种方法来解决这一问题:第一种是水在接收器中直接汽化、即直接气化技术，第二种是熔盐技术。在后一种技术中，使用了熔盐、特别是硝酸盐基熔盐、例如晒制盐60，SP硝酸钠和硝酸钾以60:40的比例的混合物。
[0009]熔盐技术与直接蒸发技术相比具有以下优点:虽然迄今为止熔盐不用作传热介质，但是例如在与基于油的太阳能热电站结合的情况下，它们已被用作储热介质。与使用盐储热介质的基于油的技术相比，其中传热介质和储热介质是相同的熔盐技术的优点在于，在载体和储热介质之间没有发生受到损失的热传递。
[0010]迄今用于太阳能接收器的吸收器管和/或用于太阳能热电站的其它管道的钢是例如具有材料编号1.4404、1.4571、1.4541以及1.4301的钢。
[0011]根据DIN ΕΝ 10217/7，这些钢的使用限于最高400°C的工作温度，或对于所提到的最后一个钢材，为最大300°C，其对于前面的传热介质是足够的，但对于所述的盐是不足的。
[0012]在更高温度下，无法确保特别是抗蠕变性，因为钢进入蠕变范围，因为不存在稳定奥氏体微观结构的时刻。在约580°C的所需温度下，材料在大约1500小时后开始对晶间腐蚀敏感，取决于所进行的预处理，例如溶液热处理或稳定热处理。然而，太阳能热电站在运行整个期间内的工作时间的通常的数量是约100，000小时。
[0013]更耐热的钢也是已知的。因此，材料编号为1.4941和1.4910的钢是耐热奥氏体钢，但这些都不耐对晶间腐蚀的敏感化。只有当在400°C以下使用时，这些钢在100,000小时期间才不改变，使得在根据EN IS03651 -2的测试中检测对晶间腐蚀的敏感化。
[0014]US 2012/0279607A公开了一种具有宽泛的基本组分的钢，其被用于高温应用，但不利的是，其对敏感化是不稳定的。
【发明内容】
[0015]因此，本发明的目的是提供一种由如下材料构成的管体，所述材料适于容纳和运送较热的氧化性液体并具有使用熔盐作为传热介质时所需的高耐热性，以及具有对管在开放环境中、即暴露于外部侵蚀时进行操作所必须的其它性质。
[0016]此目的通过主要权利要求中所要求保护的管体所实现。
[0017]它由奥氏体钢组成。
[0018]奥氏体钢为无磁钢，由于其合金成分的铬、锰和/或镍，其甚至在室温下仍保留奥氏体的面心晶格。
[0019]本发明的管体的钢组分包括:以重量计，
[0020]0.08%或以下的 C;
[0021]0% 至 0.18% 的 N;
[0022]0% 至3.0% 的Mo;
[0023]0% 至 1.0% 的 Si;
[0024]0% 至1.0% 的Μη;
[0025]0%至0.035%的卩；
[0026]0% 至 0.015% 的 S;
[0027]16.0%至 19.0%的 Cr;
[0028]9.0%至 14.0%的 Ni;
[0029]0.0015%至0.005%的 B;
[0030]0%至0.23%的01;
[0031]0%至0.007%的八1;
[0032]0% 至0.013% 的 Nb;
[0033]0% 至 0.12% 的 V;
[0034]0% 至0.19% 的 Co;
[0035]以及Ti，其满足以下两个条件中的至少一个:
[0036]Ti/C 为至少 6，
[0037]Ti 0.24%-0.64%,
[0038]以及包含Fe和可能的常见杂质作为余量。
[0039]至少为6的较高的Ti/C比的优点在于，确保了针对敏感化的充足的稳定性。
[0040]特别是当在>400°C下设置较长的运行时间并且需要稳定性和抗蠕变性两者时，Ti的0.24%至0.64%的具体含量展现出了其优点。
[0041 ]所述管体的优选钢组分包括:以重量计，
[0042]0.04%至0.08% 的 C;
[0043]0% 至 0.014% 的 N;
[0044]0% 至0.16% 的Mo;
[0045]0% 至 0.6% 的 Si;
[0046]0% 至0.85% 的Μη;
[0047]0%至0.03%的卩；
[0048]0%至0.002%的5;
[0049]17.0%至 19.0%的 Cr;
[0050]9.0%至12.0%的附；
[0051 ]0.0015%至0.003%的 B;
[0052]0%至0.23%的01;
[0053]0%至0.007%的八1;
[0054]0% 至0.013% 的 Nb;
[0055]0% 至 0.12% 的 V;
[0056]0% 至0.19% 的 Co;
[0057]0.32%至0.64%的11;
[0058]余量为Fe和可能的常见杂质。
[0059]碳以所述的最小量的存在有利地提高了抗蠕变性。但是，如上限所示的，C含量应保持较低，以便使碳化铬导致的对晶间腐蚀敏感化的风险最小化。
[0060]如果存在锰，则锰的含量应保持较低，以便抵抗接收器管上的吸收层的提前老化。
[0061]如所述限量所示的，铬的含量应当相当高，以便远离约12%的铬消耗限量。
[0062]钼的存在有利地提高了抗蠕变性和耐腐蚀性。但是，如上限所示的，Mo含量应保持较低，以便确保钢的价格低廉。
[0063]铜的存在有利地提高了抗侵蚀性。但是，如上限所示的，Cu含量应保持较低，因为过高的含量降低了断裂伸度。
[0064]钛以所述的最小量存在用于影响对敏感化的稳定性。
[0065]氮与钛形成氮化钛，以及当形成的颗粒变得太大时这导致韧性变差。当Ti/N比太小时即是如此。为了利用钛的有利作用，氮的含量优选最小化。
[0066]Ti/N比优选为至少2.5。
[0067]钒的存在有利地提高了抗蠕变性。
[0068]钴的存在也有利地提高了抗蠕变性。
[0069]同样，硼以所述的最小量存在有利地提高了抗蠕变性和耐热性。然而，硼含量限制为所示的最高限量，因为耐蚀性在更高的含量下会降低。
[0070]氮的存在提高了抗蠕变性。
[0071]所述管体的非常特别优选的钢组分包括:以重量计，
[0072]0.04% 至 0.05% 的 C;
[0073]0.01%至 0.014%的 N;
[0074]0.14%至0.16% 的Mo;
[0075]0.5% 至 0.6% 的 Si;
[0076]0.8% 至0.85% 的Μη;
[0077]0.02 % 至0.03 % 的Ρ;
[0078]0.001%至0.002%的 S;
[0079]18.0%至 19.0%的 Cr;
[0080]9.0%至12.0%的附；
[0081 ]0.0015%至0.003%的 B;
[0082]〇.2%至0.23%的〇1;
[0083]0.001 % 至0.007 % 的 A1;
[0084]0.005%至0.013% 的 Nb;
[0085]0.05%至 0.12%的 V;
[0086]0.1 %至0.19 %的 Co;
[0087]0.32% 至 0.4% 的 Ti;
[0088]其中余量为Fe和可能的常见杂质。
[0089]非常高的锰含量提高了强度和屈服点。
[0090]其组分只在很窄的范围内变化的该奥氏体钢组合物特别有利地兼有耐热钢的机械性能。同时，它满足耐熔融硝酸盐和外部侵蚀的要求，而不具有敏感性的缺点。
[0091]在本发明的实施方式中，特别是1.4941和1.4910的组合物在DIN 10216-5的规范内被变型和扩展，使得除了其已知的性质，还获得了对晶间腐蚀的特别的稳定性。
[0092]所述管体的这样的优选钢组分包括：以重量计，
[0093]0.08%或以下的 C;
[0094]0% 至 0.18% 的 N;
[0095]0% 至3.0% 的Mo;
[0096]0% 至 1.00% 的 Si;
[0097]0% 至1.0% 的Μη;
[0098]0 % 至0.035 % 的Ρ;
[0099]0% 至 0.015% 的 S;
[〇1〇〇]16.0%至 19.0%的 Cr;
[0101]9.0% 至 14.0% 的 Ni;
[0102]0.0015%至0.0050%的 B;
[〇1〇3]以及Ti，其中Ti/C为至少6,优选6C<Ti《8C
[0104]其特别是也可以包含Cu和包含Fe和可能的常见杂质作为余量。除杂质外，该组合物优选不包含铝和/或铌和/或钒和/或钴。
[0105]在该实施方案中，两种变型是优选的：
[0106]变型 1:
[0107]本发明的管体的钢组分优选包括:以重量计，
[0108]0.04%至 0.08%的 C;
[0109]0% 至 0.18% 的 N;
[0110]0% 至 3.0% 的 Mo;
[0111]0%至 1.0%的 Si;
[0112]0% 至 1.0% 的 Μη;
[0113]0% 至0.035% 的 Ρ;
[0114]0%至 0.015%的 S;
[0115]17.0%至 19.0%的 Cr;
[0116]9.0%至 12.0%的 Ni;
[0117]0.0015%至0.0050%的 B;
[0118]以及 6*C 至 0.64% 的 Ti;
[0119]任选地，Cu;
[0120]其中，余量为Fe和可能的常见杂质。
[0121]除杂质外，该组合物优选不包含钼和/或铝和/或铌和/或钒和/或钴。
[0122]变型 2:
[0123]本发明的管体的钢组分优选包括:以重量计，
[0124]0.04% 或以下的 C;
[0125]0.10%至 0.18%的 N;
[0126]2.00%至3.00% 的 Mo;
[0127]0% 至 1.00% 的 Si;
[0128]0 % 至1.00 % 的 Μη;
[0129]0% 至0.035% 的 Ρ;
[0130]0% 至 0.015% 的 S;
[0131]16.00%至 18.00%的 Cr;
[0132]12.00%至 14.0