JP3320506B2 - Titanium tube for petroleum refining plant with excellent resistance to hydrogen absorption in aqueous hydrogen sulfide solution - Google Patents

Titanium tube for petroleum refining plant with excellent resistance to hydrogen absorption in aqueous hydrogen sulfide solution

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JP3320506B2
JP3320506B2 JP16739193A JP16739193A JP3320506B2 JP 3320506 B2 JP3320506 B2 JP 3320506B2 JP 16739193 A JP16739193 A JP 16739193A JP 16739193 A JP16739193 A JP 16739193A JP 3320506 B2 JP3320506 B2 JP 3320506B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、硫化水素水溶液中にお
ける耐水素吸収性に優れた石油精製プラント用チタン管
に関するものであり、石油精製プラントの脱硫関連設備
用の熱交換器管材、配管等として有用である。
The present invention relates to a state, and are not related to oil refineries for titanium tube having excellent hydrogen absorption resistance in a hydrogen sulfide solution, the heat exchanger tubing for desulfurization facilities of petroleum refining plant, Useful as piping.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタンは、その優れた耐食性が故に工業
用材料として化学プラント、発電プラントおよび海水淡
水化プラント等に幅広く使用されている。さらに、比強
度も高いことから航空機等の材料としても使用されてい
る。
2. Description of the Related Art Titanium is widely used as an industrial material in chemical plants, power plants, seawater desalination plants, etc. due to its excellent corrosion resistance. Furthermore, since it has a high specific strength, it is also used as a material for aircraft and the like.

【0003】一方、チタンの欠点としては、水素吸収に
よる脆化を挙げることができる。チタンは、その表面に
水素分子若しくは原子が存在すると容易に水素を吸収
し、そのため脆いチタン水素化物が内部に形成される。
そして、この水素化物の量が多くなるにしたがい、チタ
ンは脆化し、最終的には非常に僅かな力で破断してしま
う。チタンが水素を吸収する環境は、例えば発電プラン
トのタービンブレードのような高温水蒸気中や化学プラ
ント等の高温の水素ガス中である。
On the other hand, a drawback of titanium is embrittlement due to hydrogen absorption. Titanium readily absorbs hydrogen when hydrogen molecules or atoms are present on its surface, so that brittle titanium hydride is formed inside.
And, as the amount of this hydride increases, titanium becomes brittle and eventually breaks with very little force. The environment in which titanium absorbs hydrogen is, for example, in high-temperature steam such as a turbine blade of a power plant or in high-temperature hydrogen gas such as in a chemical plant.

【0004】その他、酸等の水溶液中でもチタンの水素
吸収が起こる。これは、陰極防食、ガルバニックコロー
ジョンやチタン自体の腐食の際、カソード反応としてチ
タン表面で2H+2e→Hの反応が起こり、発生
した水素の一部がチタンに吸収されるためである。この
ような水溶液中でのチタンの水素吸収に関する文献は非
常に多くあり、またこれを防ぐ方法として、例えば特開
昭63−210286や特開平3−243759に示さ
れているように、チタン表面に厚い酸化チタン皮膜や窒
化チタン層を形成する方法が知られている。
In addition, hydrogen absorption of titanium occurs even in an aqueous solution of an acid or the like. This is the time of cathodic protection, corrosion of galvanic corrosion and titanium itself, 2H + + 2e titanium surface as a cathode reaction - → the reaction of H 2 takes place, a part of generated hydrogen is to be absorbed into the titanium. There are very many literatures on hydrogen absorption of titanium in such an aqueous solution, and as a method for preventing this, for example, as disclosed in JP-A-63-210286 and JP-A-3-243759, the A method of forming a thick titanium oxide film or a titanium nitride layer is known.

【0005】一方、同じ水溶液中でも硫化水素水溶液中
でのチタンの水素吸収挙動はほとんど知られていない。
本発明者の知る限りでは、「防食技術」29(198
0)113〜121頁、「CORROSION」vo
l.35、No.8(1979)378〜382頁及び
「神戸製鋼技法」vol.35、No.4、63〜66
頁の文献が存在するのみであり、しかもこれらは硫化水
素水溶液中でチタンと異種金属が接触した場合での水素
吸収を主に扱うだけであり、また、水素吸収防止策につ
いては全く述べられていない。
[0005] On the other hand, even in the same aqueous solution, the hydrogen absorption behavior of titanium in a hydrogen sulfide aqueous solution is hardly known.
To the inventor's knowledge, "Anti-corrosion technology" 29 (198
0) pp. 113-121, “Corrosion” vo
l. 35, no. 8 (1979) pp. 378-382 and "Kobe Steel Engineering" vol. 35, no. 4, 63-66
There is only a literature on the page, and these only deal mainly with hydrogen absorption when titanium and a different metal come into contact in an aqueous hydrogen sulfide solution, and no measures are taken to prevent hydrogen absorption. Absent.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、石油精製プ
ラントでは、原油中の硫黄を取り除く必要があることか
ら、原油をナフサ、灯・軽油、重油等に分留した留分に
水素を添加し硫化水素の形で分離する。分離された硫化
水素は水素ガスや水素化処理された留分等の流体ととも
に配管や熱交換器の内部を流れる。硫化水素を含む溶液
は、一般に腐食性が強く銅合金やステンレス鋼等の通常
の金属材料では耐久性がない。チタンは硫化水素に対し
て完全耐食性を示すが、水素吸収の問題がある。
In a petroleum refining plant, since it is necessary to remove sulfur from crude oil, hydrogen is added to a fraction obtained by fractionating crude oil into naphtha, light / light oil, heavy oil, etc., and sulfuration is performed. Separate in the form of hydrogen. The separated hydrogen sulfide flows inside the piping and the heat exchanger together with a fluid such as hydrogen gas or a hydrogenated fraction. A solution containing hydrogen sulfide is generally highly corrosive and not durable with ordinary metallic materials such as copper alloy and stainless steel. Titanium is completely resistant to hydrogen sulfide, but has the problem of hydrogen absorption.

【0007】従って、この硫化水素環境に対しては現在
のところ、一般の耐食性の点では全く問題ないが、水素
吸収を起こすチタン材をそれを承知で脆化に注意を払い
つつ使用するか或いは安価な炭素鋼を用い、短期間で頻
繁に交換する方法しかない。しかしながら、炭素鋼管等
を頻繁に交換することは面倒であり、作業の休止の点か
らも問題が多い。硫化水素水溶液を取り扱うプラントの
代表例は石油精製プラントであり、この中で特にシェル
&チューブタイプの熱交換器がチタンに置き替わろうと
している。この熱交換器には、チタンの溶接管が使用さ
れる。耐食性に優れる一般チタン管を使用することへの
要望が存在する。しかし、石油精製等のプラントで使用
されるチタン管は、冷間圧延−焼鈍工程を繰り返して製
造された冷間圧延チタン材を溶接した溶接管が主であ
る。硫化水素溶液中に通常のこうしたチタン管を異種金
属と接触させず単独で浸漬させても水素吸収が激しく起
こることが見出された。
Therefore, at present, there is no problem in terms of general corrosion resistance to this hydrogen sulfide environment, but it is necessary to use a titanium material which causes hydrogen absorption while being aware of it and paying attention to embrittlement, or The only alternative is to use inexpensive carbon steel and replace it frequently in a short period of time. However, frequent replacement of carbon steel pipes and the like is troublesome, and there are many problems in terms of stopping work. A typical example of a plant handling an aqueous solution of hydrogen sulfide is a petroleum refining plant, in which shell and tube type heat exchangers are about to be replaced by titanium. For this heat exchanger, a welded pipe of titanium is used. There is a demand for using a general titanium tube having excellent corrosion resistance. However, titanium pipes used in plants such as petroleum refining are mainly welded pipes obtained by welding cold-rolled titanium materials manufactured by repeating a cold rolling-annealing process. It has been found that even when such a normal titanium tube is immersed alone in a hydrogen sulfide solution without coming into contact with a dissimilar metal, the hydrogen absorption occurs violently.

【0008】本発明の課題は、硫化水素水溶液中におい
て優れた耐水素吸収性を示す石油精製プラント用チタン
管を開発することである。
An object of the present invention is to develop a titanium pipe for a petroleum refining plant which exhibits excellent resistance to hydrogen absorption in an aqueous hydrogen sulfide solution.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、硫化水素
水溶液中でのチタン溶接管の水素吸収を減少させ、その
寿命をいかに延ばすかについて鋭意研究した結果、チタ
ンの表面状態及び内部応力状態及び組織と水素吸収速度
との間に重大な関係があることをここに初めて見出し、
本発明を完成するに至った。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies on how to reduce the hydrogen absorption of a titanium welded tube in an aqueous hydrogen sulfide solution and extend its life. For the first time, we find here that there is a significant relationship between state and tissue and the rate of hydrogen absorption,
The present invention has been completed.

【0010】前述したように、硫化水素水溶液を取り扱
うプラントの代表例は石油精製プラントであり、この中
で特にシェル&チューブタイプの熱交換器がチタンに置
き替わろうとしている。この熱交換器には、チタンの溶
接管が使用される。溶接管の原料となるチタン素条は通
常冷間圧延−焼鈍工程を繰り返して製造されるため、例
えば「材料とプロセス」No.5,vol.2(198
9)、1320頁や特開平1−159364号に記載さ
れているように、チタン表面に炭化チタン、窒化チタン
若しくは炭窒化チタンが不可避的に形成される。これら
のチタン化合物はチタンの耐食性を向上させることや、
特開昭63−210286号や特開平3−243759
号に示されているように耐水素吸収にも効果があると考
えられていたため、一般には除去することなくそのまま
使用されてきた。ところが、実際には従来の定見とは全
く異なり、硫化水素水溶液では、これらのチタン化合物
はチタンの水素吸収を逆に著しく促進させていることが
判明した。熱交換器に使用されるチタンのほとんどが溶
接チタン管であるが、これは内部に応力を有しており、
これを一定レベル以下にすることにより水素吸収がさら
に起きにくくなることも判明した。結晶粒径も重要な要
因を占めることがわかった。
As described above, a typical example of a plant that handles an aqueous solution of hydrogen sulfide is a petroleum refining plant, and in particular, a shell and tube type heat exchanger is about to be replaced with titanium. For this heat exchanger, a welded pipe of titanium is used. Since a titanium strip as a raw material of a welded pipe is usually manufactured by repeatedly performing a cold rolling-annealing step, for example, “Material and Process” No. 5, vol. 2 (198
9), page 1320 and JP-A-1-159364, titanium carbide, titanium nitride or titanium carbonitride is inevitably formed on the titanium surface. These titanium compounds improve the corrosion resistance of titanium,
JP-A-63-210286 and JP-A-3-243759.
As shown in the above publication, it was considered that it was also effective in absorbing hydrogen, and therefore, it was generally used without being removed. However, it has been found that these titanium compounds actually promote hydrogen absorption of titanium significantly in an aqueous solution of hydrogen sulfide, which is completely different from the conventional observation. Most of the titanium used in heat exchangers is welded titanium tubing, which has internal stress,
It was also found that setting this to a certain level or less makes hydrogen absorption more difficult to occur. It has been found that the crystal grain size also plays an important factor.

【0011】この予想外の知見に基づいて、本発明は、
(1)表面に炭化チタン、窒化チタン及び(或いは)炭
窒化チタン膜が存在せずそして内部応力を8kgf/m
未満としたことを特徴とする硫化水素水溶液中で耐
水素吸収性を具備する石油精製プラント用チタン管、
(2)表面に炭化チタン、窒化チタン及び(或いは)炭
窒化チタン膜が存在せずそして結晶粒径を15μm以上
で且つ100μm以下としたことを特徴とする硫化水素
水溶液中で耐水素吸収性を具備する石油精製プラント用
チタン管、並びに(3)表面に炭化チタン、窒化チタン
及び(或いは)炭窒化チタン膜が存在せず、内部応力を
8kgf/mm未満とし、そして結晶粒径を15μm
以上で且つ100μm以下としたことを特徴とする硫化
水素水溶液中で耐水素吸収性を具備する石油精製プラン
ト用チタン管を提供するものである。
[0011] Based on this unexpected finding, the present invention provides
(1) There is no titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film on the surface and the internal stress is 8 kgf / m
oil refineries for titanium tube having a hydrogen absorption resistance in a hydrogen sulfide aqueous solution, characterized in that it has less than m 2,
(2) a hydrogen absorption resistance in an aqueous hydrogen sulfide solution, characterized in that no titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film is present on the surface and the crystal grain size is not less than 15 μm and not more than 100 μm. A titanium pipe for a petroleum refining plant , and (3) no titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film on the surface, an internal stress of less than 8 kgf / mm 2 , and a crystal grain 15 μm diameter
A petroleum refining plan having hydrogen absorption resistance in an aqueous hydrogen sulfide solution, characterized in that the thickness is not less than 100 μm.
The present invention provides a titanium pipe.

【0012】[0012]

【作用】硫化水素水溶液中でのチタンの水素吸収メカニ
ズムの詳細は不明であるが、本発明者らが実施した電気
化学的調査では、図1に示す硫化水素水溶液中のチタン
の分極曲線(条件:H2 S=6.16wt%、温度=9
0℃)からわかるように、チタン冷間圧延材を酸洗する
ことにより表面の炭化チタン、窒化チタン及び炭窒化チ
タンを除去したチタン材(酸洗材)は、それらが存在す
るチタン材(無処理材)に比べカソード分極時の電流量
が小さい。この場合のカソード反応は、2H2 S+2e
→H2 +2HS- と考えられ、カソード分極時の電流量
が小さいことは、チタン上での水素ガスの発生が起きに
くいことを意味すると考えられ、結果としてチタンヘの
水素吸収は起きにくくなる。つまり、図1は、チタン表
面に炭化チタン、窒化チタン及び炭窒化チタンが存在す
ると、その表面部分が活性点となり、2H2 S+2e→
2 +2HS- の反応が活発に起こるようになることを
示している。なお、湿潤な硫化水素ガスの環境下におい
ても同様な現象が発生する。
Although the details of the hydrogen absorption mechanism of titanium in an aqueous hydrogen sulfide solution are unknown, the electrochemical investigation conducted by the present inventors has shown that the polarization curve (conditions) of titanium in an aqueous hydrogen sulfide solution shown in FIG. : H 2 S = 6.16 wt%, temperature = 9
0 ° C), the titanium material (pickling material) from which the titanium carbide, titanium nitride and titanium carbonitride were removed by pickling the titanium cold-rolled material was used as the titanium material (non The amount of current at the time of cathode polarization is smaller than that of the processing material. The cathode reaction in this case is 2H 2 S + 2e
→ H 2 + 2HS −, and a small amount of current at the time of cathode polarization is considered to mean that hydrogen gas is hardly generated on titanium, and as a result, hydrogen is hardly absorbed by titanium. In other words, FIG. 1 shows that when titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride exist on the titanium surface, the surface portion becomes an active point and 2H 2 S + 2e →
This indicates that the H 2 + 2HS reaction becomes active. Note that a similar phenomenon occurs even in a wet hydrogen sulfide gas environment.

【0013】こうした背景の下で、更に重要な事項とし
て、熱交換器に使用されるチタン管のほとんどが溶接チ
タン管であるが、これは内部に応力を要しており、この
内部応力を8kgf/mm未満、好ましくは5kgf
/mm以下にすることによりさらに耐水素吸収性が向
上し工業上有用なチタン管が得られる。内部応力が大き
いと、チタンの結晶格子が歪み、水素吸収が起きやすく
なる。また、結晶粒径も重要な要因を占めており、結晶
粒径を15μm以上に増してゆくとやはり耐水素吸収性
が向上する。両者の併用が効果的である。
Under such a background, more importantly, most of the titanium tubes used in the heat exchanger are welded titanium tubes, which require internal stress and reduce the internal stress to 8 kgf. / Mm 2 , preferably 5 kgf
/ Mm 2 or less, the hydrogen absorption resistance is further improved, and an industrially useful titanium tube can be obtained. When the internal stress is large, the crystal lattice of titanium is distorted, and hydrogen absorption easily occurs. Further, the crystal grain size also plays an important factor, and as the crystal grain size increases to 15 μm or more, the hydrogen absorption resistance also improves. Combination of both is effective.

【0014】一般的な冷間圧延チタン材製のチタン管表
面にある窒化チタン、炭化チタン及び炭窒化チタン膜を
除去する方法としては、酸洗、表面研磨等が用いられる
が、その他の方法として、750℃以上で長時間熱処理
することによっても、表面にある窒化チタン、炭化チタ
ン及び炭窒化チタンをチタン内部へ拡散させることによ
り無くすことができる。また、冷間圧延や焼鈍条件の適
切な組み合わせによっても、チタン表面に窒化チタン、
炭化チタン及び炭窒化チタンを形成させないようにする
こともできる。
As a method for removing the titanium nitride, titanium carbide, and titanium carbonitride films on the surface of a general cold-rolled titanium tube, pickling, surface polishing and the like are used. 750 ° C. or more for a long time, the titanium nitride, titanium carbide and titanium carbonitride on the surface can be eliminated by diffusing into titanium. Also, by appropriate combination of cold rolling and annealing conditions, titanium nitride,
It is also possible not to form titanium carbide and titanium carbonitride.

【0015】本発明は、上記のような一般冷間圧延チタ
ン素材から成る溶接管のみならず、炭化チタン、窒化チ
タン若しくは炭窒化チタンを表面に有する石油精製プラ
ント用純チタン管及びチタン合金管全般を対象とする。
要は、その表面に存在する炭化チタン、窒化チタン若し
くは炭窒化チタンが存在しないように、最低限でもそれ
ら膜により被覆された面積が全表面積に対し1.0%以
下となるよう上記した手段によりそれらを除去すれば良
い。
The present invention provides a petroleum refining plastic having titanium carbide, titanium nitride or titanium carbonitride on its surface as well as a welded tube made of a general cold rolled titanium material as described above.
For pure titanium tubes and titanium alloy tubes in general.
In short, the above-mentioned means is used so that the area covered by these films is at least 1.0% of the total surface area so that no titanium carbide, titanium nitride or titanium carbonitride exists on the surface. You can remove them.

【0016】チタン管の内部応力は、造管後、熱処理す
ることにより減少させることができる。内部応力を8k
gf/mm未満、好ましくは5kgf/mm以下に
することが必要である。
The internal stress of the titanium pipe can be reduced by heat treatment after pipe formation. 8k internal stress
It is necessary to be less than gf / mm 2 , preferably 5 kgf / mm 2 or less.

【0017】結晶粒径は、チタン素材の製造時の熱処理
条件を調整することにより所望の粒径とすることができ
る。耐水素吸収の効果が現れる15μmを下限とし、耐
水素吸収の効果が飽和し、さらに粒径が大きすぎること
による加工性、機械的特性の弊害をなくすため、結晶粒
径の上限を100μmとした。
The crystal grain size can be adjusted to a desired grain size by adjusting the heat treatment conditions during the production of the titanium material. The lower limit is set to 15 μm at which the effect of hydrogen absorption is exhibited, and the upper limit of the crystal grain size is set to 100 μm in order to saturate the effect of hydrogen absorption and to eliminate adverse effects on workability and mechanical properties due to the excessively large particle size. .

【0018】チタン表面に何らかの要因によって傷が存
在すると、そこから水素が吸収されやすい。硫化水素水
溶液中に浸漬した、傷が存在するチタン材の断面ミクロ
組織を調査すると、水素化物が傷を中心に放射線状に伸
びているのが観察された。このような傷は、特に造管工
程や熱交換器組立工程で生じ易い。またどのような傷も
必ず水素吸収を起こす原因となるわけではない。本発明
者の研究によれば、鋭利な刃物または突起物で生じた傷
や切り屑等の硬質物の擦過により生じた傷は水素吸収の
原因となる。一般には、傷の深さが10μm以上の場合
には、そこから激しい水素吸収が生じる事もまたわかっ
ている。また、それより浅くても、きわめて鋭利な物で
傷が生じた場合は、水素吸収が発生する場合がある。傷
が生じた表面近傍は結晶状態が乱れ、転位や空孔等の格
子欠陥等が多く存在し、そこが活性点となり、HS→
+HSやHS→2H+Sの反応がその部分
で起きやすくなることや、傷発生後に新たに生じた酸化
皮膜が不完全で水素原子が透過しやすくなっているため
であろうと考えられる。
If a scratch is present on the titanium surface for some reason, hydrogen is easily absorbed therefrom. Examination of the cross-sectional microstructure of the scratched titanium material immersed in the aqueous hydrogen sulfide solution showed that the hydride extended radially around the scratch. Such flaws are particularly likely to occur in the tube forming process and the heat exchanger assembling process. Also, not all flaws necessarily cause hydrogen absorption. According to the study of the present inventor, a flaw caused by abrasion of a hard object such as a flaw or a chip caused by a sharp blade or a projection causes hydrogen absorption. It has also been found that in general, when the depth of the flaw is 10 μm or more, severe hydrogen absorption occurs therefrom. Even if the surface is shallower than that, if the damage is caused by an extremely sharp object, hydrogen absorption may occur. In the vicinity of the scratched surface, the crystal state is disordered, and there are many lattice defects such as dislocations and vacancies, which become active sites, and H 2 S →
This is because the reaction of H + + HS or H 2 S → 2H + + S is likely to occur in that part, and the oxide film newly formed after the generation of the scratch is incomplete and the hydrogen atoms are easily transmitted. It is thought.

【0019】傷の深さが10μmを超えると水素化物が
はっきりと観察されるようになり、傷の深さが増すに従
い、より多くの水素化物が観察されるようになる。その
ために、チタン上の10μmの深さを超える傷は排除す
ることが好ましい。
When the depth of the flaw exceeds 10 μm, the hydride is clearly observed, and as the depth of the flaw increases, more hydride is observed. Therefore, it is preferable to eliminate scratches on the titanium that have a depth of more than 10 μm.

【0020】また、表面傷が存在する場合、傷表面を酸
洗や研磨により削除するか、300℃以上の温度で熱処
理して、或いは両者を併用して傷を不活性化しておくこ
とが好ましい。即ち、傷の部分を熱処理することによ
り、乱れた結晶状態が健全な状態に戻りまた傷の鋭尖な
状態を丸み付け、水素吸収を抑える事が可能とる。更に
は、酸洗や研磨による傷表面削除によりこれら不完全な
部分を削除することによっても、傷の鋭尖部を鈍磨化す
ることにより傷を不活性化しまたあらたなチタン表面を
出現させることにより、結果として傷がないところと同
様なまでに水素吸収を抑える事ができる。傷表面の削除
と熱処理とを併せて行うことにより、耐水素吸収性能が
更に一層向上する。
When there is a surface flaw, it is preferable to remove the flaw surface by pickling or polishing, heat-treat at a temperature of 300 ° C. or higher, or inactivate the flaw by using both of them. . That is, by heat-treating the flaw portion, the disordered crystal state returns to a healthy state, and the sharp state of the flaw can be rounded to suppress hydrogen absorption. In addition, by removing these imperfect parts by removing the scratched surface by pickling or polishing, the sharpened point of the wound is made blunt to inactivate the wound and make a new titanium surface appear. As a result, hydrogen absorption can be suppressed to the same extent as where there is no flaw. By performing both the removal of the scratched surface and the heat treatment, the hydrogen absorption resistance is further improved.

【0021】傷表面を削除する方法としては、弗酸等の
酸を用いた酸洗が最も簡便で効果がある。また、酸洗以
外にも研摩等の機械的な削除方法も使用することができ
る。傷表面を0.1μm以上削除することが好ましい。
研磨の場合、注意しなければならないのは研摩仕上げの
方法である。つまり研摩自体が新たな傷を創出するわけ
であり、研摩面が粗いままの仕上がりではそこから新た
な水素吸収を起こす可能性がある。研摩後の仕上がりと
しては最低限でも研磨紙番号400番上がり、好ましく
はバフ研摩上がりとするのがよい。傷表面の削除は、隠
れた傷をも不活性化するためにチタン材表面全体を削除
するのが良い。
The simplest and most effective method for removing the wound surface is acid pickling using an acid such as hydrofluoric acid. In addition to the pickling, a mechanical removal method such as polishing can be used. It is preferable to remove the wound surface by 0.1 μm or more.
In the case of polishing, it is necessary to pay attention to the polishing method. In other words, polishing itself creates new scratches, and if the polishing surface is rough, there is a possibility that new hydrogen absorption will occur therefrom. As a finish after the polishing, the polishing paper number should be at least 400, preferably buff-polished. It is preferable to delete the entire surface of the titanium material in order to inactivate hidden scratches as well.

【0022】チタンの表面が粗いと水素吸収が起こりや
すい。従って、表面粗さRmaxが3.0μm以下であ
ることが好ましい。
If the surface of titanium is rough, hydrogen absorption tends to occur. Therefore, it is preferable that the surface roughness Rmax is 3.0 μm or less.

【0023】本チタン管は、石油精製プラントの脱硫関
連設備用の熱交換器、配管等として有用である。湿潤な
硫化水素ガスの環境下においても有用である。
The titanium tube is useful as a heat exchanger, piping, etc. for desulfurization-related equipment in a petroleum refining plant. It is also useful in an environment of wet hydrogen sulfide gas.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の有用性を以下の実施例及び比較例に
基づいて説明する。
EXAMPLES The usefulness of the present invention will be described based on the following examples and comparative examples.

【0025】(実施例及び比較例)表1に示すようなJ
IS1種相当の純チタン溶接管を用い、表2に示すよう
に種々処理した供試材を硫化水素水溶液中で水素吸収試
験を実施した。用いた硫化水素水溶液の組成を表3に示
す。これは、実際稼動中の石油精製プラントから採取し
た溶液である。この溶液を密閉式の容器に供試材と共に
収納し、110℃に加熱し、2400時間浸漬した。な
お、炭窒化チタンがその表面に存在しないチタン管は、
チタン管を酸洗処理することにより作製した。
(Examples and Comparative Examples) J as shown in Table 1
Using a pure titanium welded pipe equivalent to IS1 class, a test material subjected to various treatments as shown in Table 2 was subjected to a hydrogen absorption test in an aqueous hydrogen sulfide solution. Table 3 shows the composition of the aqueous hydrogen sulfide solution used. This is a solution taken from a working oil refinery plant. This solution was stored in a sealed container together with the test materials, heated to 110 ° C., and immersed for 2400 hours. In addition, the titanium tube where titanium carbonitride does not exist on the surface,
It was produced by pickling a titanium tube.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】内部応力を減少させたチタン管は、種々の
温度条件にて真空焼鈍することにより作製した。チタン
管の内部応力は、図2に示すように溶接部近傍(0
°)、その反対側(180°)およびその中間(90
°)の各箇所に予め歪ゲージを貼りそしてその近傍に切
り込みをいれ、その際の歪変化より円周方向(Y方向)
および長手方向(X方向)の内部応力を計算で求めた。
具体的には、以下の計算式を用いて内部応力を求めた。
Titanium tubes with reduced internal stress were manufactured by vacuum annealing at various temperature conditions. As shown in FIG. 2, the internal stress of the titanium
°), its opposite side (180 °) and its middle (90 °
°) A strain gauge is attached to each part in advance, and a cut is made in the vicinity of the strain gauge.
And the internal stress in the longitudinal direction (X direction) was calculated.
Specifically, the internal stress was determined using the following formula.

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】[0031]

【数2】 (Equation 2)

【0032】これら式において、記号は次の通り定義さ
れる: εX2:長手方向の測定ひずみ εX1:長手方向初期ひずみ(切込み前) εY2:長手方向の測定ひずみ εY1:長手方向初期ひずみ(切込み前) ν:ポアソン比 E:縦弾性係数 σX :長手方向の内部応力 σY :円周方向の内部応力
In these equations, the symbols are defined as follows: ε X2 : Longitudinal measured strain ε X1 : Longitudinal initial strain (before cutting) ε Y2 : Longitudinal measured strain ε Y1 : Longitudinal initial strain (Before cutting) ν: Poisson's ratio E: modulus of longitudinal elasticity σ X : internal stress in the longitudinal direction σ Y : internal stress in the circumferential direction

【0033】各種供試材の浸漬後の水素分析結果を表4
に示す。
Table 4 shows the results of hydrogen analysis after immersion of various test materials.
Shown in

【0034】[0034]

【表4】 [Table 4]

【0035】炭窒化チタンが表面に存在し、しかも残留
応力が8kgf/mm2 を超えている供試材(No.1)は7
63ppmと非常に多くの水素吸収を起こしている。こ
れに対し、炭窒化チタンを取り除いた供試材(No.
2)は水素吸収量が格段に低下しているが、その上にチ
タン管の残留応力を8kgf/mm2 より低くすることによっ
て、さらに耐水素吸収の効果があがることがわかる。好
ましくは、チタン管の残留応力を5kgf/mm2 以下にする
ことによりほとんど水素吸収が起きなくなる。次に、残
留応力は8kgf/mm2 を超えていても、結晶粒径を増して
ゆく(No.6〜9)とやはり耐水素吸収性が向上して
いるのがわかり、これから耐水素吸収の効果が現れる2
0μmを下限とし、耐水素吸収の効果が飽和し、さら
に、粒径が大きすぎることによる加工性、機械的特性の
弊害をなくすため、結晶粒径の上限を100μmとし
た。最後に、残留応力が低く、結晶粒径も40μmとな
っている供試材(No.4、5)も水素吸収がほとんど
起こっておらず優れた特性を示すことがわかる。
The specimen (No. 1) in which titanium carbonitride exists on the surface and the residual stress exceeds 8 kgf / mm 2 is 7
It causes a very large amount of hydrogen absorption at 63 ppm. On the other hand, the test material from which titanium carbonitride was removed (No.
In the case of 2), the amount of hydrogen absorption is remarkably reduced, and it can be seen that the effect of absorbing hydrogen is further enhanced by reducing the residual stress of the titanium tube to less than 8 kgf / mm 2 . Preferably, by setting the residual stress of the titanium tube to 5 kgf / mm 2 or less, almost no hydrogen absorption occurs. Next, even if the residual stress exceeds 8 kgf / mm 2 , it can be seen that as the crystal grain size increases (Nos. 6 to 9), the hydrogen absorption resistance is also improved. The effect appears 2
The lower limit is set to 0 μm, and the upper limit of the crystal grain size is set to 100 μm in order to saturate the effect of resistance to hydrogen absorption and to eliminate adverse effects on workability and mechanical properties due to an excessively large grain size. Finally, it can be seen that the test materials (Nos. 4 and 5) having a low residual stress and a crystal grain size of 40 μm also exhibited excellent characteristics with almost no hydrogen absorption.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、硫化水素水溶液中での
水素吸収量が格段に低いチタン材が得られる。石油精製
プラントにおいて、耐食性の良いチタン管の使用の実用
性を更に高めることに成功した。
According to the present invention, a titanium material having an extremely low hydrogen absorption amount in an aqueous hydrogen sulfide solution can be obtained. In a petroleum refining plant, we succeeded in further improving the practicality of using titanium tubes with good corrosion resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】酸洗により炭化チタン、窒化チタン及び炭窒化
チタンを除去したチタン材(酸洗材)とそれらが存在す
るチタン材(無処理材)との硫化水素水溶液中での分極
曲線を示すグラフである。
FIG. 1 shows a polarization curve in a hydrogen sulfide aqueous solution of a titanium material (pickling material) from which titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride have been removed by pickling, and a titanium material in which they are present (untreated material). It is a graph.

【図2】内部応力の測定方法を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for measuring internal stress.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 表面に炭化チタン、窒化チタン及び(或
いは)炭窒化チタン膜が存在せずそして内部応力を8k
gf/mm未満としたことを特徴とする硫化水素水溶
液中で耐水素吸収性を具備する石油精製プラント用チタ
ン管。
1. The method according to claim 1, wherein the surface is free of titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film and has an internal stress of
A titanium pipe for a petroleum refining plant having hydrogen absorption resistance in an aqueous hydrogen sulfide solution, characterized by having a gf / mm 2 or less.
【請求項2】 表面に炭化チタン、窒化チタン及び(或
いは)炭窒化チタン膜が存在せずそして結晶粒径を15
μm以上で且つ100μm以下としたことを特徴とする
硫化水素水溶液中で耐水素吸収性を具備する石油精製プ
ラント用チタン管。
2. A titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film is not present on the surface and the crystal grain size is 15
oil refining process with hydrogen absorption resistance in an aqueous solution of hydrogen sulfide, characterized in that the thickness is not less than 100 μm and not more than 100 μm.
Titanium tube for runt .
【請求項3】 表面に炭化チタン、窒化チタン及び(或
いは)炭窒化チタン膜が存在せず、内部応力を8kgf
/mm未満とし、そして結晶粒径を15μm以上で且
つ100μm以下としたことを特徴とする硫化水素水溶
液中で耐水素吸収性を具備する石油精製プラント用チタ
ン管。
3. There is no titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride film on the surface, and the internal stress is 8 kgf.
/ Mm and less than 2, and oil refineries for titanium <br/> down tube having a hydrogen absorption resistance in a hydrogen sulfide aqueous solution, characterized in that the grain size and 100μm or less than 15 [mu] m.
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