由奧氏體鋼組成的管元件以及太陽(yáng)能接收器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由鋼、特別是奧氏體鋼構(gòu)成用于熔鹽的管體、特別是使用熔鹽作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能接收器的吸收器管或用于輸送熔鹽的另外的管，以及一種該類(lèi)型的太陽(yáng)能接收器。
【背景技術(shù)】
[0002]特別是通過(guò)聚光太陽(yáng)能熱電站可以實(shí)現(xiàn)由太陽(yáng)能輻射產(chǎn)生電能。例如塔式發(fā)電站的中心式聚光系統(tǒng)和例如基于菲涅爾技術(shù)或拋物面槽技術(shù)的線性聚光系統(tǒng)之間在此是有區(qū)別的。
[0003]除其他外，例如用于拋物面槽式太陽(yáng)能接收器系統(tǒng)、例如太陽(yáng)能熱電站的太陽(yáng)能接收器包括作為吸收器管的鋼管和作為護(hù)套管的玻璃管。
[0004]在太陽(yáng)能發(fā)電站中、特別是在拋物面槽式或菲涅爾式太陽(yáng)能發(fā)電站中，使用了熔鹽通過(guò)其流動(dòng)的管。
[0005]在這樣的太陽(yáng)能發(fā)電站中，太陽(yáng)的輻射能由拋物面鏡或菲涅爾鏡集中到接收器。多個(gè)接收器串聯(lián)連接。由接收器的吸收器管所接受的輻射能被轉(zhuǎn)換成熱能，傳送到吸收器管中的傳熱流體，并通過(guò)傳熱流體運(yùn)送到蒸汽發(fā)生器。目前，合成油、特別是聯(lián)苯/ 二苯醚混合物被用作傳熱流體。然而，這種混合物的降解溫度、即400°C，決定了發(fā)電站的最大工作溫度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)更高的工作溫度，其它的傳熱介質(zhì)是必要的，所述更高的工作溫度導(dǎo)致太陽(yáng)能熱電站的更高效率。
[0007]在發(fā)電站的渦輪機(jī)處達(dá)到約535°C的溫度是有利的，因?yàn)檫@將使太陽(yáng)能熱技術(shù)可與當(dāng)今的常規(guī)發(fā)電站中使用的組件和設(shè)備聯(lián)合使用。由于熱交換器中的損失，為此需要550°C的介質(zhì)溫度。由于接收器的吸收器管的壁中的溫度梯度，在吸收器管的表面上需要約580
°(3的溫度。
[0008]有兩種方法來(lái)解決這一問(wèn)題:第一種是水在接收器中直接汽化、即直接氣化技術(shù)，第二種是熔鹽技術(shù)。在后一種技術(shù)中，使用了熔鹽、特別是硝酸鹽基熔鹽、例如曬制鹽60，SP硝酸鈉和硝酸鉀以60:40的比例的混合物。
[0009]熔鹽技術(shù)與直接蒸發(fā)技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):雖然迄今為止熔鹽不用作傳熱介質(zhì)，但是例如在與基于油的太陽(yáng)能熱電站結(jié)合的情況下，它們已被用作儲(chǔ)熱介質(zhì)。與使用鹽儲(chǔ)熱介質(zhì)的基于油的技術(shù)相比，其中傳熱介質(zhì)和儲(chǔ)熱介質(zhì)是相同的熔鹽技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，在載體和儲(chǔ)熱介質(zhì)之間沒(méi)有發(fā)生受到損失的熱傳遞。
[0010]迄今用于太陽(yáng)能接收器的吸收器管和/或用于太陽(yáng)能熱電站的其它管道的鋼是例如具有材料編號(hào)1.4404、1.4571、1.4541以及1.4301的鋼。
[0011]根據(jù)DIN ΕΝ 10217/7，這些鋼的使用限于最高400°C的工作溫度，或?qū)τ谒岬降淖詈笠粋€(gè)鋼材，為最大300°C，其對(duì)于前面的傳熱介質(zhì)是足夠的，但對(duì)于所述的鹽是不足的。
[0012]在更高溫度下，無(wú)法確保特別是抗蠕變性，因?yàn)殇撨M(jìn)入蠕變范圍，因?yàn)椴淮嬖诜€(wěn)定奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的時(shí)刻。在約580°C的所需溫度下，材料在大約1500小時(shí)后開(kāi)始對(duì)晶間腐蝕敏感，取決于所進(jìn)行的預(yù)處理，例如溶液熱處理或穩(wěn)定熱處理。然而，太陽(yáng)能熱電站在運(yùn)行整個(gè)期間內(nèi)的工作時(shí)間的通常的數(shù)量是約100，000小時(shí)。
[0013]更耐熱的鋼也是已知的。因此，材料編號(hào)為1.4941和1.4910的鋼是耐熱奧氏體鋼，但這些都不耐對(duì)晶間腐蝕的敏感化。只有當(dāng)在400°C以下使用時(shí)，這些鋼在100,000小時(shí)期間才不改變，使得在根據(jù)EN IS03651 -2的測(cè)試中檢測(cè)對(duì)晶間腐蝕的敏感化。
[0014]US 2012/0279607A公開(kāi)了一種具有寬泛的基本組分的鋼，其被用于高溫應(yīng)用，但不利的是，其對(duì)敏感化是不穩(wěn)定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明的目的是提供一種由如下材料構(gòu)成的管體，所述材料適于容納和運(yùn)送較熱的氧化性液體并具有使用熔鹽作為傳熱介質(zhì)時(shí)所需的高耐熱性，以及具有對(duì)管在開(kāi)放環(huán)境中、即暴露于外部侵蝕時(shí)進(jìn)行操作所必須的其它性質(zhì)。
[0016]此目的通過(guò)主要權(quán)利要求中所要求保護(hù)的管體所實(shí)現(xiàn)。
[0017]它由奧氏體鋼組成。
[0018]奧氏體鋼為無(wú)磁鋼，由于其合金成分的鉻、錳和/或鎳，其甚至在室溫下仍保留奧氏體的面心晶格。
[0019]本發(fā)明的管體的鋼組分包括:以重量計(jì)，
[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，其滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件中的至少一個(gè):
[0036]Ti/C 為至少 6，
[0037]Ti 0.24%-0.64%,
[0038]以及包含F(xiàn)e和可能的常見(jiàn)雜質(zhì)作為余量。
[0039]至少為6的較高的Ti/C比的優(yōu)點(diǎn)在于，確保了針對(duì)敏感化的充足的穩(wěn)定性。
[0040]特別是當(dāng)在>400°C下設(shè)置較長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間并且需要穩(wěn)定性和抗蠕變性?xún)烧邥r(shí)，Ti的0.24%至0.64%的具體含量展現(xiàn)出了其優(yōu)點(diǎn)。
[0041 ]所述管體的優(yōu)選鋼組分包括:以重量計(jì)，
[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]余量為Fe和可能的常見(jiàn)雜質(zhì)。
[0059]碳以所述的最小量的存在有利地提高了抗蠕變性。但是，如上限所示的，C含量應(yīng)保持較低，以便使碳化鉻導(dǎo)致的對(duì)晶間腐蝕敏感化的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
[0060]如果存在錳，則錳的含量應(yīng)保持較低，以便抵抗接收器管上的吸收層的提前老化。
[0061]如所述限量所示的，鉻的含量應(yīng)當(dāng)相當(dāng)高，以便遠(yuǎn)離約12%的鉻消耗限量。
[0062]鉬的存在有利地提高了抗蠕變性和耐腐蝕性。但是，如上限所示的，Mo含量應(yīng)保持較低，以便確保鋼的價(jià)格低廉。
[0063]銅的存在有利地提高了抗侵蝕性。但是，如上限所示的，Cu含量應(yīng)保持較低，因?yàn)檫^(guò)高的含量降低了斷裂伸度。
[0064]鈦以所述的最小量存在用于影響對(duì)敏感化的穩(wěn)定性。
[0065]氮與鈦形成氮化鈦，以及當(dāng)形成的顆粒變得太大時(shí)這導(dǎo)致韌性變差。當(dāng)Ti/N比太小時(shí)即是如此。為了利用鈦的有利作用，氮的含量?jī)?yōu)選最小化。
[0066]Ti/N比優(yōu)選為至少2.5。
[0067]釩的存在有利地提高了抗蠕變性。
[0068]鈷的存在也有利地提高了抗蠕變性。
[0069]同樣，硼以所述的最小量存在有利地提高了抗蠕變性和耐熱性。然而，硼含量限制為所示的最高限量，因?yàn)槟臀g性在更高的含量下會(huì)降低。
[0070]氮的存在提高了抗蠕變性。
[0071]所述管體的非常特別優(yōu)選的鋼組分包括:以重量計(jì)，
[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]其中余量為Fe和可能的常見(jiàn)雜質(zhì)。
[0089]非常高的錳含量提高了強(qiáng)度和屈服點(diǎn)。
[0090]其組分只在很窄的范圍內(nèi)變化的該奧氏體鋼組合物特別有利地兼有耐熱鋼的機(jī)械性能。同時(shí)，它滿(mǎn)足耐熔融硝酸鹽和外部侵蝕的要求，而不具有敏感性的缺點(diǎn)。
[0091]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，特別是1.4941和1.4910的組合物在DIN 10216-5的規(guī)范內(nèi)被變型和擴(kuò)展，使得除了其已知的性質(zhì)，還獲得了對(duì)晶間腐蝕的特別的穩(wěn)定性。
[0092]所述管體的這樣的優(yōu)選鋼組分包括：以重量計(jì)，
[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為至少6,優(yōu)選6C<Ti《8C
[0104]其特別是也可以包含Cu和包含F(xiàn)e和可能的常見(jiàn)雜質(zhì)作為余量。除雜質(zhì)外，該組合物優(yōu)選不包含鋁和/或鈮和/或釩和/或鈷。
[0105]在該實(shí)施方案中，兩種變型是優(yōu)選的：
[0106]變型 1:
[0107]本發(fā)明的管體的鋼組分優(yōu)選包括:以重量計(jì)，
[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]任選地，Cu;
[0120]其中，余量為Fe和可能的常見(jiàn)雜質(zhì)。
[0121]除雜質(zhì)外，該組合物優(yōu)選不包含鉬和/或鋁和/或鈮和/或釩和/或鈷。
[0122]變型 2:
[0123]本發(fā)明的管體的鋼組分優(yōu)選包括:以重量計(jì)，
[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