无缝钢瓶国际标准解析

发展阶段
常用工作压 力，ＭＰａ
Ⅰ ６～１５
代表性材料 碳钢
表 １
Ⅱ
Ａ
Ｂ
６～１５
１５
Ａ 类锰钢 Ｂ 类锰钢
Ⅲ
Ⅳ
２０（１５） 铬钼钢
３０
铬钼钒钢 铬镍 钼 钢
（高强钢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）
热 处 理 正火
正火 淬火加回火 淬火加回火
装载率（装气
量／瓶重） （ｍ３／ｋｇ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｇｉｖｅｓ ａｓｕｍｍａｒｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏ ｗｉｎｇ ４ ｓｔａｎｄｓ ｏｒ ｄｒａｆｔｓ ｏｆ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｍａｄｅ ｂｙ ｏｎ： ＩＳＯ４７０５，ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０１－１，ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ ａｎｄ ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－３；ａｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｓＩＳＯ／ＴＣ５８ Ｇａｓ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｕｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｎａｄａｒｄｉｚａｔｉ ｍａｄｅ ｂｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｎｄ Ｃｈｉｎａ．
０．０５
０．１１
０．１４
０．１８
适用国际标准 ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－ ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－ ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－ ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－
草案
３
３
１
１
２ 标准发展简介
淬火加回火 ０．２１
ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２
国际标准化组织 ＩＳＯ／ＴＣ５８ 气瓶技术委员会于 １９８３ 年发布了国际标准 ＩＳＯ４７０５ 钢质无缝气瓶 〔２〕。至今仍有效。它起初是基于西欧国家无缝钢瓶标准的设计观 念起草的。那时美国并不积极参与。标准的主要部分（不包括附录 Ｄ），仅仅是设 计、制造和试验的规定，而不涉及使用。标准对 服役条件没有涉及，例如，充装 压力对试验压力的关系，充装对气体的关系。也就是说，它仅是普通的工业气瓶 “制造”标准。 各成员国对标准的条款存在不少的不同意见，如对爆破压力存在明显的反对意 见，对冲击试 验值的认识也有不小分歧。美国要求限制应力水平和纳入水压容积 膨胀试验。奥地利要求允 许水作为淬火介质等。最后专家组统一了爆破试验要求 和冲击试验值，并制订了附录 Ｄ，作 为气瓶在服役时能通过国界的一致条件。附 录 Ｄ 也包含了对氢气等应力腐蚀气体钢瓶的特殊规定。水作为淬火介质则不予同 意。容积膨胀试验也纳入作为水压验证试验的另一替代试验 。 ＩＳＯ４７０５ 尽管存在不少不同意见，但终究被多数成员国同意，获得通过。有的 专家认为这是 一个好标准，中国就是这样一个国家。在 ＩＳＯ４７０５ 发布后数年的一 次调查中反映出，几乎全世界的钢瓶大国都不执行 ＩＳＯ４７０５，包括投赞同票的那些 国家，而中国却是实实在在地将 ＩＳＯ ４７０５ 的准则纳入到国标 ＧＢ５０９９－１９８５ 钢质无 缝气瓶－－中国第一个气瓶国家标准之中。 ８０ 年代以来，全世界气瓶的制造和使用得到发展，其中可以高强度钢瓶和复 合材料气瓶为代 表，气瓶国际标准的制订也加快了步伐。到 １９９７ 年底，ＩＳＯ／ＴＣ５８ 已出版国际标准约 ２３ 个，正 在编制约 ４８ 个。其中，ＩＳＯ／ＴＣ５８ 在 １９９７ 年和 １９９８ 年，先后出台了无缝钢瓶 ３ 个国际标准草案 ，即： ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－１ 抗拉强度小于 １１００ＭＰａ 的淬火回火无缝钢瓶〔３〕， ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－２ 抗拉强度大于 １１００ＭＰａ 的淬火回火无缝钢瓶〔４〕， ＩＳＯ／ＣＤ ９８０９－３ 正火无缝钢瓶〔５〕。 如果上述 ３ 个标准草案得到通过，则 ＩＳＯ４７０５ 就会被替代和淘汰，这将开创一 个无缝钢瓶国际 标准的新阶段，以新面貌走向 ２１ 世纪。 关于上述 ３ 个国际标准草案的主要内容，以及对它们的评议，简介如下。
０．９０
０．９０
伸长率 扁试样 ２０
１４
１２
％ 圆试样 ２２
１６
１４
这些规定的钢种基本符合美国、欧洲、日本等工业国家的实践，显示了各成员 国对国际上已成熟的钢种表现出充分的信心，与 ＩＳＯ４７０５ 对钢材化学成分未作详 细规定相比较，ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１ 与 ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－３ 要严格得多。但在具体成分上， ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－３ 所允许的含碳量上限（０． ４５％），与 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１Ｍｎ 钢允许的含锰 上限（１．７５％）略高了些，宜各降低 ０．０５％。与此关联的 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１ 的 Ｍｎ 钢抗拉 强度，宜相应降低。 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 中，未对化学成分作出具体规定，可能是国际上对高强钢经验 不多，有待于进一步实践来充实。但对高强度钢瓶而言，伴随着强度的提高，必 定引起塑性和韧性的降低，高强钢材的选择，首先要确保足够的塑性和韧性，其 次，应有足够的能力来抵抗裂纹扩展、疲劳和应力裂纹等。为达到此目的， ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 中具体化学成分的选择，除应提高淬透性，确保整个壁厚从外到 里彻底完成马氏体的转变，以确保淬火性能外，同时还要消除淬火裂纹的可能性， 和改进钢的回火性能。另外，还要规定较窄的化学成分范围。实际上， ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 所允许的高低限范围，比 ＩＳＯ ／ＤＩＳ９８０９－１ 要窄得多，这样的规定 应是合理的。 从制造方面，热挤压和冲击工艺易使钢瓶产生各向异性倾向，即在高强度同时 存在横向韧性降低。为提高横向韧性，夹杂物的含量应减少，尤其要限制硫含量 少于 ０．０１％，并用铝脱氧 。对夹杂物的形态也要加以限制。待条件成熟， ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 应规定具体的化学成分，从 Ｉ ＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１ 的化学成分适当延伸 是好办法。
运得动的 ４５～６５ｋｇ 之间，所以，只有通过材料本身和热处理性能的不断改进来实 现的。三个国际标准草案适用不同的无缝钢瓶抗拉强度范围，以适应愈来愈增大的 工作压力，使保证安全的前提下，达到经济的平衡。
表 ２
国际标准 草 案
适 用 范 围
抗拉强度 ＭＰａ
常用工作压 力 ＭＰａ
Ａｌ ≥０．０１５
表 ３
化 学 成 分 ％
ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－１
锰 钢
铬钼钢
≤０．３８
０．２５－０．３８
１．３５－１．７５ ０．４０－１．００
０．１０－０．３５ ０．１０－０．４０
－
０．８０－１．２０
－
－
－
０．１５－０．４０
－
－
－
－
ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２
最大－最小≤０．０４ 最大－最小≤０．２０ 最大－最小≤０．１５ 最大－最小≤０．３０ 最大－最小≤０．３０ 最大－最小≤０．１５
－ －
Ｃｕ ≤０．０２０
－
－
－
Ｓ ≤０．０２０ ≤０．０２０
≤０．０１０
≤０．０１０
Ｐ ≤０．０２０ ≤０．０２０
≤０．０２０
ＧＢ５０９９－１９９４ 〔１０〕
ＧＢ５０９９－ １９９４
ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－ ２（１９９７）
１１００ 以 上
ｍａｘ ３０ ＤＯＴ Ｅ ９４２１〔９ 〕－１９８５（美）
－
中国国内使用的中容量无缝钢瓶，大部分处在ⅡＡ 的阶段，即对应于 ＩＳＯ／ＣＤ ９８０９－３，目前， 第ⅡＢ 和第Ⅲ阶段的钢瓶正在逐步发展，即对应于 ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－ １。国家标准 ＧＢ－５０９９ 包容 ＩＳ Ｏ／ＣＤ９８０９－３ 和 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１，但还没有一个国家 标准来规范正在出现的第Ⅲ阶段钢瓶。美国政府的豁免令 ＤＯＴ－Ｅ９４２１ 可作为参考， 美国按该豁免令制造的中容量无缝钢瓶已达数 １０ 万只，运行至今无一发生事故。
相当的工业国 家标准 举 例
相当的中国标 准
ＩＳＯ／ＣＤ ９８０９－３（１９９８） ８００ 以下 ｍａｘ １５
ＩＳＯ／ＤＩＳ ９８０９－ １（１９９７）
１１００ 以 下
ｍ ａｘ ２０
ＪＩＳ Ｂ ８２４１－１８８９（日本） 〔６ 〕
ＴＲＧ ８０１（德）〔７〕 ８４／５２５／ＥＥＣ〔８〕（欧共体）
３ 个国际标准草案 对钢材伸长率的规定，是随着强度的增高而降低的。对当 前大量使用的第ⅡＢ 和第Ⅲ阶段的钢瓶而言，伸长率 １４％（扁试样）已使用有 ２０ 年。但对高强度钢瓶，１２％（扁试样）的伸长率规定 ，已经是可能的最下限值。国内 有的钢瓶制造厂对此未给予充分重视，在钢瓶试制中将伸长率规定到可达 １０％以 下，于是发生了型式试验通不过的情况。 上述情况正是说明 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 国际标准草案实际上并不认为高强度钢瓶制 造时可以自由选择钢种和热处理，而是由试制时要求的型式试验的实际要求来确 定钢种和热处理。这些指标值不是孤立的，而是相关的，是首先由使用要求来决 定的。
中国锅炉压力容器安全
ＣＨＩＮＡ ＢＯＩＬＥＲ ＡＮＤ ＰＲＥＳＳＵＲＥ
ＶＥＳＳＥＬ ＳＡＦＥＴＹ
１９９９ 年 第 １５ 卷 第 １ 期 Ｖｏｌ．１５ Ｎｏ．１ １９９９
无缝钢瓶国际标准解析
秋长
摘 要 本文对国际标准化组织 ＩＳＯ／ＴＣ５８ 气瓶技术委员会所制订的 四个无缝 钢瓶标准或草案，即 ＩＳＯ４７０５、ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１、ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－２ 及 ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－ ３， 作了归纳，比较与分析；结合发达工业国家和中国的技术现状进行了评价。 关键词 钢质无缝气瓶 ＩＳＯ４７０５ 国际标准 评价
≤０．０１５
Ｓ＋Ｐ ≤０．０３０ ≤０．０３０
≤０．０２５
≤０．０２０
机 械 性 能
热处理
正火
淬火加回火
淬火加回火
外径
外径
抗拉强度，ＭＰａ ８００ 以下 １０３０ 以下 １１００ 以下 Φ１４０ 以上 Φ１４０ 以下
１１００－１３００ １１００－１４００
设计屈强比 ０．７５
３ 适用范围
表 ２ 列出了 ３ 个国际标准草案的适用范围，相当的工业国家标准举例和相当的 中国国家标准。由于装运气体量需求越来越高，使钢瓶的工作压力不断提高，而对 中容量移动式钢瓶来说， 质量不允许随工作压力的大幅提高而大幅度增加，例如 ４０～５０ 升水容积的钢瓶，无论工作压力是 １５，２０ 或 ３０ＭＰａ，重量基本在人们能搬
４ 材料
在 ＩＳＯ／ＤＩＳ９８０９－１ 和 ＩＳＯ／ＣＤ９８０９－３ 两个国际标准草案中，对所认可的钢种和 热处理性能作了 详细的规定，见表 ３。
元素
ＩＳＯ／ＣＤ ９８０９－３
Ｃ ≤０．４５
Ｍｎ ≤１．７０
Ｓｉ －
Ｃｒ ≤０．２０
Ｎｉ ≤０．２０
Ｍｏ －
Ｖ
－
１ 前言
全世界有 １ 亿余个高压无缝气瓶在服役，其中约一半在美国。我国在役无缝气 瓶总数约 ５００ 多 万，数量与英国相当。无缝气瓶中 ９０％以上是钢质无缝气瓶。移 动式无缝钢瓶经过大半个世纪的发展，水压试验压力最高 ６０ＭＰａ，水容积最大接近 ３ｍ ３，装运氧气最多约 ６００ｍ３〔１〕。 世界上使用的无缝钢瓶发展至今，大体上经过几个阶段。见表 １。以最通用的 ４０～５０Ｌ 水 容积钢瓶为例，工作压力的增高，材料和制造工艺的改进，使装气量／ 瓶重之比约净提高了 三倍多。工业发达国家多用淬火加回火铬钼钢瓶，亚洲多用 淬火加回火锰钢瓶。８０ 年代始， 美国和欧洲批量制造中容量高强度钢瓶，安全服 役无一事故。另一方面，低强度厚壁钢瓶仍 在各地使用，如氯、氨等气体运输， 压力低，不要求用贵的合金钢；另外，以刚度设计为主 或装卸粗暴的地方仍可使 用。
５ 强度与塑性
上述 ３ 个国际标准草案，对抗拉强度作了限制，同时对设计屈强比作了规定， 这意味着对屈服强度也作了限制。对强度由低到高作了分类，以使无缝钢瓶能适 合高低不同的工作压力（ 见表 １）。这种观点和做法，基本来自欧洲的钢瓶实践， 使大量使用的中容量钢瓶（水容积自 ４ ０～５０Ｌ）的高度和重量，基本上适合人体工 程学的需求（４５～６５ｋｇ）。