DE102015200881A1

DE102015200881A1 - Rohrförmiger Körper aus austenitischem Stahl sowie Solarreceiver

Info

Publication number: DE102015200881A1
Application number: DE102015200881.9A
Authority: DE
Inventors: Meike Schmidt; Markus Arntzen; Sebastian Dreyer; Thomas Kuckelkorn
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Rioglass Solar Holding SA
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-07-21
Also published as: WO2016116227A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Körper aus austenitischem Stahl für eine Salzschmelze, insbesondere ein Absorberrohr eines Solarreceivers mit einer Salzschmelze als Wärmeträger oder eine sonstige Rohrleitung zur Förderung einer Salzschmelze, sowie einen solchen Solarreceiver.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen rohrförmigen Körper aus Stahl, insbesondere austenitischem Stahl, für eine Salzschmelze, insbesondere ein Absorberrohr eines Solarreceivers mit einer Salzschmelze als Wärmeträger oder eine sonstige Rohrleitung zur Förderung einer Salzschmelze, sowie einen solchen Solarreceiver.
Die Stromerzeugung aus Sonneneinstrahlung ist u.a. mit konzentrierenden solarthermischen Kraftwerken möglich. Hier unterscheidet man zwischen zentralkonzentrierenden Systemen wie beispielsweise Turmkraftwerken oder linearkonzentrierenden Systemen, die beispielsweise auf der Fresneltechnik oder der Parabolrinnentechnik beruhen.
Solarreceiver, beispielsweise für Parabolrinnen-Solarreceiversysteme, beispielsweise für solarthermische Kraftwerke, umfassen unter anderem ein Stahlrohr als Absorberrohr mit einer strahlungsselektiven Absorberschicht und ein Glasrohr als Hüllrohr. Rohrleitungen, die von einer Salzschmelze durchströmt werden, sollen zum Beispiel in Solarkraftwerken, insbesondere Parabolrinnen- oder Fresnel-Solarkraftwerken, eingesetzt werden.
In einem solchen Solarkraftwerk wird die Strahlungsenergie der Sonne mit Hilfe von Parabolspiegeln oder Fresnelspiegeln auf den Receiver konzentriert. Eine Anzahl von Receivern wird in Reihe geschaltet. Die vom Absorberrohr der Receiver aufgenommene Strahlungsenergie wird in Wärme umgewandelt, auf ein Wärmeträgerfluid im Absorberrohr übertragen und durch das Wärmeträgerfluid zu einem Dampferzeuger transportiert. Aktuell werden als Wärmeträgerfluid synthetische Öle, insbesondere ein Biphenyl-/Diphenylethergemisch eingesetzt. Die Zersetzungstemperatur dieses Gemisches von 400°C gibt jedoch die maximale Betriebstemperatur des Kraftwerkes vor. Um höhere Betriebstemperaturen möglich zu machen, die einen höheren Wirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerkes ermöglichen, sind andere Wärmeträgerfluide erforderlich. Vorteilhaft wäre es, eine Temperatur von ca. 535 °C an der Turbine des Kraftwerks zu erreichen, da so die Anbindung der solarthermischen Technologie an die heute in konventionellen Kraftwerken eingesetzten Komponenten und Anlagen möglich würde. Aufgrund der Verluste im Wärmetauscher wird dafür eine Temperatur des Wärmeträgerfluids von ca. 550 °C benötigt. Wegen der Temperaturgradienten in der Wandung des Absorberrohres des Receivers ist eine Temperatur von ca. 580 °C an der Oberfläche des Absorberrohres erforderlich.
Hierzu gibt es zwei Lösungsansätze, zum einen die direkte Verdampfung von Wasser im Receiver, die sog. Direktverdampfungstechnologie, zum anderen die sog. Molten-Salt-Technologie. In letzterer Technologie werden Salzschmelzen, insbesondere nitratbasierte Salzschmelzen, z.B. ein Gemisch aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat im Verhältnis von 60 zu 40, eingesetzt.
Die Molten-Salt-Technologie hat gegenüber der Direktverdampfungstechnologie den Vorteil, dass Salzschmelzen zwar bisher noch nicht in breitem Umfang als Wärmeträger, aber bereits als Wärmespeichermedium eingesetzt werden, zum Beispiel in Kombination mit solarthermischen Kraftwerken mit Öl als Wärmeträgerfluid. Die Molten-Salt-Technologie, in der Wärmeträgerfluid und Wärmespeichermedium identisch sind, hat gegenüber der Technologie mit Öl als Wärmeträgerfluid und Salz als Wärmespeichermedium den Vorteil, dass kein verlustbehafteter Wärmeübergang zwischen Wärmeträgerfluid und Wärmespeichermedium erfolgen muss.
Die bisher für Absorberrohre in Solarreceivern und/oder für sonstige Rohrleitungen für solarthermische Kraftwerke verwendeten Stähle sind beispielsweise die Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4404, 1.4571 und 1.4541, aber auch 1.4301. Dabei handelt es sich um nichtrostende austenitische Stähle, die in erster Linie mit dem Ziel entwickelt wurden, einen hohen Korrosionswiderstand aufzuweisen.
Da in solarthermischen Kraftwerken die Materialien über einen sehr langen Zeitraum mechanisch wie auch thermisch beansprucht werden, ist bei Betriebstemperaturen oberhalb von 400°C, zusätzlich das Zeitstandverhalten der Stähle für eine Auslegungsdauer von 200.000 Stunden zu berücksichtigen. Bei höheren Temperaturen ist bei den oben genannten Stählen insbesondere keine ausreichende Zeitstandfestigkeit gegeben, da der Stahl in den Kriechbereich eintritt, weil ein das austenitische Gefüge festigendes Moment fehlt. Warmfeste austenitische Stähle wie 1.4941 und 1.4910 weisen demgegenüber ein ausreichendes Zeitstandverhalten auf.
Ein Nachteil aller oben genannten Stähle ist, dass sie nichtausreichend beständig gegen eine Sensibilisierung für interkristalline Korrosion sind. Nur beim Einsatz unter 400°C ändern sich diese Stähle innerhalb 100.000 Stunden nicht so, dass bei Prüfung nach EN ISO 3651-2 Empfindlichkeit gegenüber interkristalliner Korrosion nachgewiesen wird.
Gemäß DIN EN 10216-5 weist ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4910 folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis auf:
bis zu 0,04 % C; 0,10 % bis 0,18 % N; 2,00 % bis 3,00 % Mo; bis zu 0,75 % Si; bis zu 2,00 % Mn; bis zu 0,035 % P; bis zu 0,015 % S; 16,00 % bis 18,00 % Cr; 12,00 % bis 14,00 % Ni; 0,0015 % bis 0,0050 % B.
Gemäß DIN EN 10216-5 weist ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4941 folgende Zusammensetzung auf Gewichtsbasis auf:
0,04 % bis 0,08 %C; bis zu 1,00 % Si; bis zu 2,00 % Mn; bis zu 0,035 % P; bis zu 0,015 % S; 17,00 % bis 19,00 % Cr; 9,00 % bis 12,00 % Ni; 0,0015 % bis 0,0050 % B; mit einem Ti-Gehalt von 5 × C bis 0,80.
Aus US 2012/0279607 A ist ein Stahl einer breiten Grundzusammensetzung bekannt, der zwar für Hochtemperaturanwendungen Anwendung findet, der aber eine schlechte Zähigkeit besitzt und der, wenn eine Absorberschicht auf ihn aufgebracht wird, diese bei hoher Temperatur rasch degradiert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, rohrförmige Körper aus Materialien bereitzustellen, welche zur Aufnahme und zum Transport heißer und oxidierender Flüssigkeiten geeignet sind und die bei der Verwendung geschmolzener Salze als Wärmeträgerfluide geforderte hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. Stellen die rohrförmigen Körper Absorberrohre für Solarreceiver dar, so sollen sie zudem eine gute Haftfähigkeit und Beständigkeit gegenüber Degradation der Absorberschicht ermöglichen.
Zu einem solchen Anforderungsprofil gehören auch ausreichendes Zeitstandverhalten bei den entsprechenden Temperaturen; so müssen bei Temperaturen bis 580 °C ausreichende Zeitstandfestigkeiten über einen Zeitraum von 200.000 Stunden gewährleistet sein. Außerdem soll der für den rohrförmigen Körper verwendete Stahl kostengünstig sein und hohe Festigkeit aufweisen, um eine geringe Wanddicke und somit geringes Gewicht des rohrförmigen Körpers zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit dem rohrförmigen Körper gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Es besteht aus austenitischem Stahl.
Austenitische Stähle sind unmagnetische Stähle, die wegen ihrer Legierungsbestandteile Chrom, Mangan und/oder Nickel auch bei Raumtemperatur das kubisch-flächenzentrierte Raumgitter des Austenits beibehalten.
Die Stahlzusammensetzung des erfindungsgemäßen rohrförmigen Körpers umfasst auf Gewichtsbasis
0 % bis 0,025 % C, bevorzugt 0,0095 % bis 0,024 % C;
0,05 % bis 0,16 % N;
2,4 % bis 2,6 % Mo;
0,4 % bis 0,7 % Si;
0,5 % bis 1,63 % Mn;
0 % bis 0,0375 % P;
0 % bis 0,0024 % S;
17,15 % bis 18.0 % Cr;
12,0 % bis 12,74 % Ni;
0,0025 % bis 0,0045 % B
und enthält als Rest Fe und ggf. übliche Verunreinigungen.
Die Gehalte der möglichen Verunreinigungen Ti, Cu, Al, Nb, Co betragen, sofern überhaupt vorhanden, vorzugsweise nicht mehr als
bis 0,03 % Ti;
bis 0,35 % Cu;
bis 0,007 % Al;
bis 0,0164 % Nb;
bis 0,164 % Co.
Eine bevorzugte Stahlzusammensetzung des rohrförmigen Körpers umfasst auf Gewichtsbasis
0,015 % bis 0,024 % C, bevorzugt 0,020 % C;
0,05 % bis 0,16 % N;
2,4 % bis 2,6 % Mo;
0,43 % bis 0,48 % Si;
1,55 % bis 1,61 % Mn,
0,025 % bis 0,0375 % P;
0,00095 % bis 0,0024 % S, bevorzugt 0,00095 % bis 0,0014 % S;
17,15 % bis 18.0 % Cr;
12,0 % bis 12,74 % Ni;
0,0025 % bis 0,0045 % B;
0 % bis 0,03 % Ti;
0 % bis 0,35% Cu, bevorzugt 0 % bis < 0,34 % Cu;
0 % bis 0,007 % Al, bevorzugt 0 % bis < 0,006 Al;
0,0155 % bis 0,0164 % Nb, bevorzugt 0,0155 % bis < 0,0164 % Nb;
0,155 % bis 0,164 % Co, bevorzugt 0,155 % bis < 0,164 % Co;
wobei der Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen sind.
Eine weitere bevorzugte Stahlzusammensetzung des rohrförmigen Körpers umfasst auf Gewichtsbasis
0,01 % bis 0,02 % C;
0,12 % bis 0,16 % N;
2,4 % bis 2,6 % Mo;
0,4 % bis 0,7 % Si;
0,5 % bis 1,0 % Mn;
0,03 % bis 0,035 % P;
0 % bis 0,0020 % S;
17,5 % bis 18,0 % Cr;
12,0 % bis 12,3 % Ni;
0,0025 % bis 0,0045 % B;
0 % bis 0,03 % Ti;
wobei der Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen sind.
In einer bevorzugten Variante innerhalb dieses Zusammensetzungsbereichs beträgt der Mn-Gehalt 0,8 % bis 1,0 %. Dieser Gehalt ist vorzugsweise kombiniert mit einem niedrigen C-Gehalt, insbesondere von ca. 0,01 %, z.B. von 0,010 % bis 0,011 %, und/oder einem hohen N-Gehalt, insbesondere von ca. 0,16 %, z.B. von 0,155 % bis 0,160 %, und/oder einem hohen Cr-Gehalt, insbesondere von ca. 18 %, z.B. von 17,9 % bis 18,0 %. In einer anderen bevorzugten Variante innerhalb dieses Zusammensetzungsbereichs ist der Mn-Gehalt noch geringer, nämlich 0,5 bis 0,8 %. Auch dieser Gehalt ist vorzugsweise kombiniert mit einem niedrigen C-Gehalt, insbesondere von ca. 0,01 %, z.B. von 0,010 % bis 0,011 %, und/oder einem hohen N-Gehalt, insbesondere von ca. 0,16 %, z.B. von 0,155 % bis 0,160 %, und/oder einem hohen Cr-Gehalt, insbesondere von ca. 18 %, z.B. von 17,9 % bis 18,0 %. Je niedriger der Mn-Gehalt ist, desto günstiger ist dies für die Alterungsbeständigkeit der Absorberschicht, insbesondere, wenn es sich um eine gesputterte Absorberschicht handelt.
Kohlenstoff ist ein starker Austenitbildner und erhöht mit zunehmendem Gehalt die Festigkeit. Der Gehalt an Kohlenstoff soll, sofern vorhanden, wie durch die Obergrenze und die bevorzugten Obergrenzen angegeben gering bleiben, um die Gefahr der durch Chromcarbide entstehenden Sensibilisierung für interkristalline Korrosion zu minimieren.
Das Vorhandensein von Stickstoff in den genannten und in den als bevorzugt genannten Mengen erhöht vorteilhaft den Kriechwiderstand, dient der Verbesserung der Zeitstandfestigkeit und verbessert die Beständigkeit gegen Sensibilisierung für interkristalline Korrosion.
Der Silicium-Gehalt in den genannten Bereichen verbessert die Korrosionsresistenz gegen geschmolzene Salze.
Mangan ist ein Austenitbildner. Der Gehalt an Mangan soll gering, und zwar geringer und in bevorzugten Ausführungsformen deutlich geringer, als die Normzusammensetzung von 1.4910 es zulässt, bleiben. So wird einer vorzeitigen Degradation der Absorberschicht auf dem Absorberrohr entgegen gewirkt. Der Mangan-Gehalt und der Bor-Anteil im genannten Bereich tragen zur Verfestigung bei, indem sie die Bildung von Ausscheidungen im Bereich der Korngrenzen behindern und die Zeitstandfestigkeit erhöhen. Bor in der genannten Mindestmenge erhöht nicht nur die Zeitstandfestigkeit, sondern auch die Warmfestigkeit. Der Gehalt an Bor ist aber auf die genannte Höchstgrenze beschränkt, da bei höheren Gehalten die Korrosionsbeständigkeit vermindert würde.
Der Gehalt des Austenitbildners Chrom soll relativ hoch, und zwar an der Obergrenze der Normzusammensetzung von 1.4910, liegen, da dadurch die generelle Korrosionsbeständigkeit verbessert wird und insbesondere der Stahl beständiger gegenüber Nitratsalzschmelzen ist.
Das Vorhandensein von Molybdän erhöht vorteilhaft die Zeitstandfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Der Molybdän-Gehalt soll aber wie durch die Obergrenze angegeben gering bleiben, um einen kostengünstigen Stahl zu gewährleisten. Der Molybdän-Gehalt variiert daher im erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich nur in sehr geringen Grenzen.
Auch der Gehalt des Austenitbildners Nickel soll wie durch die Obergrenze und die bevorzugte Obergrenze angegeben gering bleiben, um einen kostengünstigen Stahl zu gewährleisten.
Phosphor und Schwefel können vorhanden sein. Ihr Gehalt ist auf die genannten Obergrenzen und bevorzugten Obergrenzen beschränkt, um den negativen Einfluss dieser Legierungselemente auf die Verformbarkeit des Stahls weitestgehend ausschließen.
Dieser mit Molybdän und Stickstoff legierte Stahl der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hat sich als sehr beständig in Salzschmelzen erwiesen und zeigt insbesondere im Vergleich zu nicht molybdän- und stickstofflegierten Stählen einen geringeren Korrosionsabtrag.
So zeigte ein Rohrstück der unten genannten Zusammensetzung A1 mit einer Wandstärke von 2,0 mm nach einer Auslagerung in geschmolzenem Natrium-Kaliumnitratsalzen bei 550 °C nach 4.000 Stunden in turbulenter Strömung einen Wandstärkenabtrag von 10 µm, was hochgerechnet auf 200.000 Stunden einem Wandstärkenabtrag von 0,5 mm entspricht.
Demgegenüber zeigte ein Rohrstück der nicht erfindungsgemäßen Zusammensetzung
0,043 % C;
0,55 % Si;
0,82 % Mn;
0,022 % P;
0,001 % S;
17,01 % Cr;
9 % Ni;
0,0029 % B;
0,34 % Ti;
Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen;
also einer Zusammensetzung der Werkstoffnummer 1.4941, mit einer Wandstärke von 2,0 mm nach derselben Behandlung nach 4.000 Stunden einen Wandstärkenabtrag von 15 µm, was hochgerechnet auf 200.000 Stunden einem Wandstärkenabtrag von 0,75 mm entspricht.
Ein Rohrstück aus erfindungsgemäßem Stahl zeigt also einen um 33% geringeren Wandstärkenverlust als ein Rohrstück aus 1.4941.
Auch wegen der ebenfalls besseren Zeitstandwerte bei 580°C nach 200.000 Stunden des erfindungsgemäßen Stahls von 151 MPa gegenüber 110 MPa von 1.4941, kann die Wandstärke des erfindungsgemäßen Rohrkörpers um 30% geringer ausgelegt werden als die eines vergleichbaren Rohrkörpers aus 1.4941. Dies bringt nicht nur Kosten-, sondern auch Gewichtsvorteile mit sich.
Diese austenitische Stahlzusammensetzung, deren Bestandteile nur in sehr engen Grenzen variieren, vereint in besonders vorteilhafter Weise die mechanischen Eigenschaften eines warmfesten Stahls. Gleichzeitig erfüllt sie die Anforderungen, beständig gegen geschmolzene Nitratsalze und äußere Bewitterung zu sein.
Durch die Erfindung wird insbesondere die Zusammensetzung von 1.4910 dahingehend modifiziert und weiterentwickelt, dass zusätzlich zu den für sie bekannten Eigenschaften eine hervorragende Beständigkeit in Salzschmelzen gezeigt wurde. Im Auslagerungstest im flüssigen Salz bei 550 °C zeigte der erfindungsgemäße Stahl nach 4.000 Stunden keine Anfälligkeit auf Sensibilisierung, wohingegen der Stahl vom Typ 1.4941 bereits nach 2.000 Stunden sensibilisiert war.
Mögliche Verunreinigungen hängen von den bei der Stahlherstellung verwendeten Ausgangsstoffen ab. Übliche Verunreinigungen sind dem Fachmann bekannt und können über die explizit genannten Minderbestandteile wie P, S, Al, Co, Cu, Ti und Nb hinaus beispielsweise V, Na, und Mg sein.
Der Fachmann weiß einen Stahl des genannten Zusammensetzungsbereichs auf übliche Art und Weise herzustellen und zu einem Stahlrohr zu verarbeiten.
Üblicherweise werden nach den Verfahrens- und Bearbeitungsschritten Erschmelzen eines Stahls mit einer Zusammensetzung im genannten Zusammensetzungsbereich und daraus zunächst durch Warmwalzen, dann durch Kaltwalzen Herstellung von Coils in der gewünschten Dicke Band oder Blech kalt eingeformt und anschließend durch Schmelzschweißen zum endgültigen Rohr geschweißt. Nach diesem Bearbeitungsschritt erfolgt ein Lösungsglühen, um die bei der Kaltverformung und beim Schweißen erfolgte Gefügeveränderung, insbesondere Chromcarbidbildung, zumindest teilweise rückgängig zu machen. Alternativ kann auch ein nahtloses Rohr z.B. durch Strangpressen hergestellt werden. Auch ein nahtlos hergestelltes Rohr wird lösungsgeglüht, um beispielsweise die oben genannte Chromcarbidbildung zumindest teilweise rückgängig zu machen.
Die Erfindung soll an folgenden Figuren beispielhaft erläutert werden.
Es zeigen
1 ein Solarreceiverende mit Absorberrohr
2 eine Rohrleitung
Im Einzelnen:
In der 1 ist schematisch ein Ende eines Solarreceivers 1 im Schnitt dargestellt. Der Solarreceiver 1 weist ein aus Glas bestehendes Hüllrohr 2 und ein im Hüllrohr 2 angeordnetes Absorberrohr 3 auf, das an seiner Außenseite mit strahlungsselektiver Beschichtung zur Absorption solarer Strahlung beschichtet ist. Der Receiver weist eine Dehnungsausgleichseinrichtung in Form eines Faltenbalgs 4 auf. Das innere Ende des Faltenbalgs 4 ist über ein Anschlusselement 5 mit dem Stahlrohr 2 und das äußere Ende des Faltenbalgs 4 über ein Glas-Übergangselement 6 mit dem Glasrohr 2 verbunden.
Das Absorberrohr 3 besteht aus einer Zusammensetzung aus dem beanspruchten Zusammensetzungsbereich. Anschlusselement 5 besteht aus Edelstahl, bevorzugt aus demselben Stahl wie das Absorberrohr 3. Das Glas-Metall-Übergangselement 6 besteht aus Kovar, und der Faltenbalg 4 besteht aus Edelstahl. Anschlusselement und erfindungsgemäßes Stahlrohr sind gasdicht miteinander verschweißt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese konkrete Ausgestaltung des Übergangs vom Stahlrohr auf das Glasrohr beschränkt. Anordnungen und Verbindungen der Rohre in anderen Formen und mit anderen Materialien sind möglich.
Übliche hocheffiziente Absorberbeschichtungen, wie sie beispielsweise aus DE 10 2006 056 536 B3 oder DE 10 2008 010 199 A1 bekannt sind, haften gut auf dem erfindungsgemäßen austenitischen Stahlrohr. Auch Innenbeschichtungen, beispielsweise aus Chromoxid, sind möglich. Aufgrund der Eigenschaft des austenitischen Stahls, unmagnetisch zu sein, lassen sich Beschichtungen gut durch Sputtern aufbringen, da das elektromagnetische Feld in der Sputterkammer nicht durch den Stahl beeinflusst wird. So werden besonders homogene Schichten erhalten.
2 zeigt den Längsschnitt einen Rohrleitungsabschnittes. Dargestellt ist neben dem Rohr 7 und dem geschmolzenen Salz 8 ein Innenheizleiter 9. Es sind auch entsprechende Rohrleitungen mit Außenheizleitern statt eines Innenheizleiters möglich.
Die Erfindung soll weiterhin an folgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Ein Stahlrohr mit der Zusammensetzung A1 auf Gewichtsbasis
0,02 % C;
0,056 % N;
0,48 % Si;
1,61 % Mn;
0,037 % P;
0,001 % S;
17,33 % Cr;
12,18 % Ni;
0,0031 % B;
0,001 % Ti;
0,34 % Cu;
0,006 % Al;
2,42 % Mo;
0,016 % Nb;
0,16 % Co;
wobei der Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen sind, weist die folgenden Eigenschaften auf:
Dehngrenze bei RT: R_p0,2 = 367 MPa; R_p1,0 = 393 MPa
Zugfestigkeit R_m = 620 MPa
Bruchdehnung bei RT: längs 49,7 %
Der Stahl laut Ausführungsbeispiel A1 zeigte im Test mit bewegter Probe in Nitratsalzschmelze (simulierte turbulente Durchströmung) bei 550 °C weniger als 10 µm Materialabtrag in 4.000 Teststunden.
Die speziellen Anforderungen für Receiverrohre, nämlich in Bezug auf ihre Innenseite

– Beständigkeit gegen geschmolzene Salze
– Bildung einer schützenden, homogenen Oxidschicht
– Beständigkeit gegen Abrasion

– gute Oberflächengüte, um eine gut haftende und langlebige Absorberschicht auftragen zu können,

Damit sind die erfindungsgemäßen rohrförmigen Körper für die Verwendung als Absorberrohre eines Solarreceivers mit einer Salzschmelze als Wärmeträger oder als sonstige Rohrleitungen zur Förderung einer Salzschmelze, also als druckführende Rohrleitungen, hervorragend geeignet.
Sie halten insbesondere folgenden Beanspruchungen schadenfrei stand:
Dauereinsatz bei Temperaturen bis 580 °C,
zyklische Temperaturbeanspruchung,
Druckbeanspruchung,
chemische Beanspruchung durch geschmolzene Salze,
Außenbewitterung, was Feuchtigkeit, Nässe, Hitze, Kälte, salzhaltige Luft bedeutet,
mechanische Beanspruchung.
Sie weisen folgende Werte für die charakteristischen Größen der mechanischen Eigenschaften auf:
Mindestwerte der Dehngrenze bei RT: R_p0,2 = 260 MPa, R_p1,0 = 300 MPa
Mindestwerte der Dehngrenze bei 400 °C: R_p0,2 = 134 MPa, R_p1,0 = 164 MPa
Mindestwerte der Dehngrenze bei 550 °C : R_p0,2 = 124 MPa, R_p1,0 = 154 MPa
Zugfestigkeit: R_m = 550–750 MPa
Mindestwerte der Bruchdehnung bei RT: längs 35 %, quer 30 %
Mindestwerte der Kerbschlagarbeit bei RT: längs 120 J, quer 80 J.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0279607 A [0012]
DE 102006056536 B3 [0048]
DE 102008010199 A1 [0048]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN ISO 3651-2 [0009]
DIN EN 10216-5 [0010]
DIN EN 10216-5 [0011]

Claims

Rohrförmiger Körper aus austenitischem Stahl für eine Salzschmelze, insbesondere Absorberrohr eines Solarreceivers mit einer Salzschmelze als Wärmeträger oder sonstige Rohrleitung zur Förderung einer Salzschmelze, mit einer Stahlzusammensetzung, die auf Gewichtsbasis umfasst: 0 % bis 0,025 % C, bevorzugt 0,0095 % bis 0,024 % C; 0,05 % bis 0,16 % N; 2,4 % bis 2,6 % Mo; 0,4 % bis 0,7 % Si; 0,5 % bis 1,63 % Mn; 0 % bis 0,0375 % P; 0 % bis 0,0024 % S; 17,15 % bis 18.0 % Cr; 12,0 % bis 12,74 % Ni; 0,0025 % bis 0,0045 % B; und wobei der Rest Fe und ggf. übliche Verunreinigungen sind.
Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1 mit einer Stahlzusammensetzung, die auf Gewichtsbasis zusätzlich 0 % bis 0,03 % Ti; 0 % bis 0,35 % Cu; 0 % bis 0,007 % Al; 0 % bis 0,0164 % Nb; 0 % bis 0,164 % Co umfasst.
Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Stahlzusammensetzung, die auf Gewichtsbasis umfasst: 0,015 % bis 0,024 % C, bevorzugt 0,020 % C 0,05 % bis 0,16 % N, 2,4 % bis 2,6 % Mo; 0,43 % bis 0,48 % Si; 1,55 % bis 1,61 % Mn; 0,025 % bis 0,0375 % P; 0,00095 % bis 0,0024 % S, bevorzugt 0,00095 % bis 0,0014 % S; 17,15 % bis 18.0 % Cr; 12,0 % bis 12,74 % Ni, 0,0025 % bis 0,0045 % B; 0 % bis 0,03 % Ti; 0% bis 0,35% Cu, bevorzugt 0% bis < 0,34 % Cu; 0% bis 0,007 % Al, bevorzugt 0% bis < 0,006 Al; 0,0155 % bis 0,0164 % Nb, bevorzugt 0,0155% bis < 0,0164 % Nb; 0,155 % bis 0,164 % Co, bevorzugt 0,155% bis < 0,164 % Co; und wobei der Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen sind.
Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Stahlzusammensetzung, die auf Gewichtsbasis umfasst: 0,01 % bis 0,02 % C; 0,12 % bis 0,16 % N; 2,4 % bis 2,6 % Mo; 0,4 % bis 0,7 % Si; 0,5 % bis 1,0 % Mn; 0,03 % bis 0,035 % P; 0 % bis 0,0020 % S; 17,5 % bis 18,0 % Cr; 12,0 % bis 12,3 % Ni; 0,0025 % bis 0,0045 % B; 0 % bis 0,03 % Ti; wobei der Rest Fe und ggf. weitere übliche Verunreinigungen sind.
Rohrförmiger Körper nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass (auf Gewichtsbasis) der Mn-Gehalt 0,8 % bis 1,0 % beträgt.
Rohrförmiger Körper nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass (auf Gewichtsbasis) der Mn-Gehalt 0,5 % bis 0,8 % beträgt.
Solarreceiver mit einer Salzschmelze als Wärmeträger mit einem Absorberrohr aus einem rohrförmigen Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6.