GB17258-1998汽车用压缩天然气钢瓶.pdf

GB17258-1998汽车用压缩天然气钢瓶Steel cylinders for the on-board of compressed natural gas as a fuel for vehicles自1998-10-1起执行 前言本标准是在原机械电子部通用机械行业内部标准JB/TQ814-89汽车用压缩天然气高压钢瓶规范的基础上进行编制的。本标准对JB/TQ814-89的重要改动如下：取消了公称工作压力25MPa这档；增大了容积系列及直径系列；材料取消锰钢，一律用铬钼钢；壁厚计算采用Mises公式；对抗拉强度予以上限限制；取消爆破试验容积变形率；修订了爆破安全系数。本标准参考文献：GB5099钢质无缝气瓶；美国联邦规程第49章571.304压缩天然气燃料容器规范（Compressed natural gas fuel container integrity）（1996年）及ISO/CD11439车用高压天然气瓶（High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for vehicles）（1996年）。本标准的附录A是标准的附录。本标准由中华人民共和国劳动部提出。本标准由全国气瓶标准化技术委员会归口。本标准由北京市天海工业有限公司起草。本标准主要起草人：秋长鋆、吴如元。1 范围本标准规定了汽车专用压缩天然气钢瓶（以下简称钢瓶）的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、涂敷、包装、运输和贮存等。本标准适用于设计、制造公称工作压力为1620MPa（本标准压力均指表压），公称容积为30120L，工作温度为-5060的钢瓶。按本标准制造的钢瓶，只允许充装符合有关标准的，且经脱水、脱硫和脱轻油处理后，每标准立方米水分含量不超过8mg和硫化氢含量不超过20mg的作为燃料的天然气。本标准不适用于压缩天然气充气站用的贮气钢瓶，也不适用于复合材料气瓶。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB222-84 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差GB223.1-81钢铁及合金中碳量的测定GB223.2-81钢铁及合金中硫量的测定GB223.3-88钢铁及合金化学分析方法 二安替比林甲烷磷钼酸重量法测定磷量GB223.4-88钢铁及合金化学分析方法 硝酸铵氧化容量法测定锰量GB223.5-88钢铁及合金化学分析方法 草酸-硫酸亚铁硅钼蓝光度法测定硅量GB/T223.6-94钢铁及合金化学分析方法 中和滴定法测定硼量GB223.7-81合金及铁粉中铁量的测定 GB224-87钢的脱碳层深度测定法GB226-91钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法GB228-87金属拉伸试验法GB/T229-94金属夏比缺口冲击试验方法GB230-91金属洛氏硬度试验方法GB231-84金属布氏硬度试验方法GB232-88金属弯曲试验方法GB1979-80结构钢低倍组织缺陷评级图GB5777-86无缝钢管超声波探伤方法GB6397-86金属拉伸试验试样GB7144-86气瓶颜色标记GB8163-87输送流体用无缝钢管GB8335-1998气瓶专用螺纹GB/T8336-1998气瓶专用螺纹量规GB/T9251-1997气瓶水压试验方法GB9252-88气瓶疲劳试验方法GB/T12606-90钢管及圆钢棒的漏磁探伤方法GB12137-89气瓶气密性试验方法GB/T13298-91金属显微组织检验方法GB/T13299-91钢的显微组织评定方法GB13440-92无缝气瓶压扁试验方法GB13447-92无缝气瓶用钢坯GB15385-94气瓶水压爆破试验方法JB4730-94压力容器无损检测YB/T5148-93金属平均晶粒度测定方法3 术语和符号本标准采用下列定义。3.1公称工作压力钢瓶在基准温度（20）时的限定充装压力。3.2 屈服应力对材料试件拉伸试验，呈明显屈服现象的取屈服点或下屈服点；无明显屈服现象的，取屈服强度。3.3 实测抗拉强度按本标准6.3.2所测得实际的抗拉强度值。3.4 批量系指采用同一设计条件，具有相同的公称直径，设计壁厚，用同一炉罐号钢，同一制造方法制成，按同一热处理规范进行连续热处理的钢瓶限定的数量。3.5 应力集中系数钢瓶某部位局部最大应力与瓶体的薄膜应力的比值。3.6 符号Do钢瓶筒体外径，mm；Df冷弯试验弯心直径，mm；H，r，S1、S2，S3端部结构尺寸，mm；Ph水压试验压力，MPa；Py爆破试验过程中屈服压力，MPa；S钢瓶筒体设计壁厚，mm；Sao钢瓶筒体实测平均壁厚，mm；T压扁试验压头间距，mm；V公称水容积，L；ao弧形扁试样的原始厚度，mm；bo扁试样的原始宽度，mm；d破口环向撕裂宽度，mm；lo试样原始标距，mm；ak冲击韧性值，J/cm2；5伸长率，%；e瓶体材料热处理后的屈服应力保证值，N/mm2；ea屈服应力实测值，N/mm2；b瓶体材料热处理后的抗拉强度保证值，N/mm2；ba抗拉强度的实测值，N/mm2；4 型式和参数4.1 钢瓶瓶体结构一般应符合图1所示型式。 图1 钢瓶瓶体结构型式4.2 钢瓶的公称工作压力应为16MPa或20MPa。公称水容积和公称外径一般应符合表1的规定。表1 钢瓶的水容积和外径 4.3 钢瓶型号由以下部分组成： 型号示例：公称工作压力为20MPa，公称水容积为60L，公称外径为229，结构型式为A的钢瓶，其型号标记为“CNP20-60-229A”。5 技术要求5.1 瓶体材料一般规定5.1.1 瓶体材料应是碱性平炉、电炉或吹氧碱性转炉冶炼的无时效性镇静钢。5.1.2 钢种应选用优质铬钼钢。5.1.3 瓶体材料必须符合其相应国家标准或行业标准的规定，并有质量合格证明书。钢瓶制造厂应按炉罐号进行各项验证分析。5.1.4瓶体材料应具有良好的低温冲击性能。5.1.5 瓶体材料的化学成分限定见表2，化学成分允许偏差应符合GB222-84中表2的规定。表2 瓶体材料化学成分 % 5.2 钢坯5.2.1 钢坯的形状尺寸和允许偏差应符合GB13447的有关规定。5.2.2 低倍组织a）不允许有白点、残余缩孔、分层、气泡、异物和夹杂；b）中心疏松不大于1.5级，偏析不大于2.5级。5.3 无缝钢管5.3.1 钢管的外形公差应不低于GB8163的规定。5.3.2 钢管的壁厚偏差不应超过最小壁厚的+22.5%。5.3.3 钢管应由钢厂逐根探伤交货，探伤应按GB5777或GB/T12606进行，合格级别为C5或N5。5.4 设计5.4.1 一般规定5.4.1.1 钢瓶的设计所依据的内压力应为水压试验压力。水压试验压力应为公称工作压力的5/3倍。5.4.1.2设计计算瓶体壁厚所选用的屈服应力保证值不得大于抗拉强度保证值的85%。5.4.1.3应对材料的实际抗拉强度进行限制，钢瓶瓶体材料实际抗拉强度不应大于880N/mm2。5.4.2筒体设计壁厚按式（1）计算： 同时应满足式（2）的要求： 5.4.3端部结构5.4.3.1端部结构有四种型式a）带瓶口半球形见图2a）；b）半球形见图2b）；c）碟形见图2c）；d）凹形见图2d）。 5.4.3.2 碟形端部结构应满足下列要求：r0.075Do；H/Do0.22；或H/Do0.40S11.5S；S1S；S21.5S；S2S；5.4.3.3 凹形端部的公称尺寸应满足下列要求。凹形端部若其中参数不能满足下列要求者，应以循环疲劳试验来验证。S1=（2.02.6）S；S2=（1.82.2）S；S3=（2.02.8）S；r=（0.070.09）Do；H=（0.130.16）Do。5.4.3.4 凹形端部的环壳与筒体之间应有过渡段，过渡段与筒体的连接应圆滑过渡。5.4.3.5 凹形端部应按水压试验压力Ph下的弹性有限元进行计算，且在凹形端部公称尺寸的公差值范围内进行校核调整；应力集中系数应不大于1.80。5.4.3.6 钢瓶瓶口的厚度,自螺纹沟槽处算起,，不得小于筒体的设计壁厚，且保证在承受紧阀的力偶矩和铆合颈圈的附加外力时不变形。5.4.4 附件5.4.4.1 瓶阀上应有安全泄压装置，型式应为爆破片-易熔塞组合式。爆破片的公称爆破压力为水压试验压力，允许偏差为5%。易熔塞的动作温度为1005，其排放面积必须使钢瓶能通过7.13.2条规定的火烧试验合格。5.4.4.2 瓶阀上的安全泄压装置应符合有关标准的要求。5.4.4.3 瓶阀上应标明制造厂名称或代号、重量、水压试验压力及用途。例如：M（制造工厂代号）、W（重量）、Ph（水压试验压力）、CNG（用途）。5.4.4.4 瓶阀与瓶口的螺纹配合应保证在装配瓶阀后留有25个螺距螺纹。5.5 制造5.5.1一般规定5.5.1.1钢瓶制造应符合本标准规定，并应符合产品图样和技术文件的规定。5.5.1.2钢瓶瓶体的制造方法应是：以钢坯为原料，经冲压拉伸制造或以无缝钢管为原料经旋压制成。5.5.1.3 钢瓶制造应分批管理，按热处理顺序以不大于203只为一个批量。5.5.1.4经冲拔拉伸制成的瓶体，其凹形端部深度应符合设计规定值，端部球壳和环壳的厚度均应符合设计要求。5.5.1.5无缝钢管经旋压制成的瓶坯，应进行工艺评定；瓶体端部内表面不应有肉眼可见的凹孔、皱褶、凸瘤和氧化皮；端部的缺陷允许清除，但必须保证端部设计厚度；端部不允许作补焊处理。5.5.2热处理5.5.2.1钢瓶应进行整体热处理，热处理应按评定合格的热处理工艺进行。5.5.2.2淬火温度不应大于930，回火温度不应小于538。5.5.2.3不准在没有添加剂的水中淬火，以水加添加剂作为淬火介质时，瓶体在介质中的冷却速度应不大于在20水中冷却速度的80%。5.5.2.4瓶体热处理后应逐只进行硬度测定和无损检测。6 试验方法6.1瓶体材料技术指标验证6.1.1化学成分：应以材料的炉罐号按GB222和GB223执行。6.1.2低倍组织：应以材料的炉罐号按GB226进行，低倍组织的评定应符合GB1979的规定。6.2瓶体制造公差应用标准的或专用的量具样板进行检查，应用测厚仪检查瓶体厚度，用专用工具对瓶体内外表面进行修磨。6.3瓶体热处理后各项性能指标测定。6.3.1取样a）取样部位见图3所示；b）试样应从筒体中部纵向截取，采用实物扁试样；c）取样数量：拉伸试验试样不少于2个，冲击试验试样不少于3个，冷弯试验试样不少于4个。 图3 试验取样部位图6.3.2拉伸试验a）拉伸试验的测定项目应包括：抗拉强度、屈服应力、伸长率；b）拉伸试样制备形状见图4；c）拉伸试样形状尺寸的一般要求按GB6397执行；d）拉伸试验方法按GB228执行。 图4 拉伸试样图6.3.3冲击试验a）规定以3mm10mm55mm或5mm10mm55mm带有V型缺口的试样作为标准试样；b）试样的形状尺寸及偏差应按GB/T229执行；c）冲击试验方法按GB/T229执行。6.3.4冷弯试验a）试样截取的部位见图3，圆环应从拉伸试样的瓶体上用机械方法横向截取；b）圆环的宽度应为瓶体壁厚的4倍，且不小于25mm，将其等分成四条，任取一块试样进行侧面加工，其表面粗糙度不低于12.5m，圆角半径不大于2mm；c）试样制作和冷弯试验方法按GB232执行，试样按图5进行弯曲。 图5 冷弯试验示意图6.3.5压扁试验压扁试验应按GB13440执行。a）将瓶体的中部放进垂直于瓶体轴线的两个顶角为60、半径为13mm的压头中间，以2050mm/mm的速度对瓶体施加压力，在负荷作用下测量压头间距T；b）压头的长度应不小于瓶体已经压扁的宽度，见图6。 图6 压扁试验示意图 图6（完）6.4硬度测定应按GB230或GB231执行。6.5金相试验a）金相试样应从拉伸试验的瓶体上截取，试样的制备、尺寸和方法应按GB/T13298执行；b）晶粒度按YB/T5148执行；c）脱碳层深度按GB224执行。d）带状组织和魏氏组织的评定按GB/T13299执行。6.6 端部解剖6.6.1 端部解剖图2，b）、c）、d）试样应从拉伸试验的瓶体上截取，试样的剖面应在瓶体的轴线上。6.6.2 试样的高度尺寸应保证留有瓶体端部过渡段以上的筒体部分。6.6.3 检查方法按GB226执行。6.7 无损探伤JB4730执行。6.8 用目测和符合GB/T8336的标准塞规检查瓶口内螺纹。6.9 爆破试验爆破试验按GB15385执行。a）管路中不得存有气体；b）升压速度不应超过0.5MPa/s；c）测出试验过程中瓶体的屈服压力值；d）测出从开始升至钢瓶爆破瞬间水的总压入量；e）绘制出压力-时间或压力-进水量曲线。6.10 水压试验按GB/T9251执行。6.11 气密试验按GB12137执行。6.12 循环疲劳试验按GB9252执行。循环压力的上限为水压试验压力。6.13 火烧试验按7.13.2条执行。6.14 爆炸冲击试验按7.13.3条执行。7 检验规则7.1瓶体允许的制造公差7.1.1 筒体的壁厚偏差不应超过设计壁厚的+22.5%。7.1.2 筒体的外径的制造公差不应超过设计的1%。7.1.3 筒体的圆度，在同一截面上测量其最大与最小外径之差，不应超过该截面平均外径的2%。7.1.4 筒体的直线度不应超过瓶体长度的2。7.1.5 瓶体的垂直度不应超过其长度的8。7.1.6 瓶体的高度的制造公差不应超过15mm。7.2 瓶体内外观要求7.2.1 筒体内、外表面应光滑圆整，不得有肉眼可见的裂纹、折叠、波浪、重皮、夹杂等影响强度的缺陷；对氧化皮脱落造成的局部圆滑凹陷和修靡后的轻微痕迹允许存在，但必须保证筒体设计壁厚。7.2.2 瓶体底部内表面不得有肉眼可见的凹孔、皱褶、凸瘤和氧化皮；底部缺陷允许用机加工方法清除，但必须保证瓶底设计厚度。7.2.3 瓶肩和瓶底与筒体必须圆滑过渡；瓶肩上不允许有沟痕存在。7.3 瓶口内螺纹7.3.1 螺纹的牙型、尺寸和公差应符合GB8335的规定。7.3.2 螺纹不允许有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上的明显跳动波纹。7.3.3 瓶口基面起有效螺纹距数不得少于8个螺距。7.3.4 螺纹基面位置的轴向变动量为1.5mm。7.4 机械性能试验瓶体热处理后的机械性能应符合表3规定表3 瓶体的机械性能 7.5 硬度试验瓶体热处理后的硬度值应符合材料强度值的要求。7.6 冷弯和压扁试验7.6.1 冷弯试验和压扁试验以无裂纹为合格，弯心直径和压头间距的要求应符合表4规定。7.6.2 抗拉强度实测值超过保证值10%的，应以压扁试验代替冷弯试验。表4 冷弯试验和压扁试验的弯心直径和压头间距要求 mm 7.7 金相组织检查7.7.1 瓶体组织体应呈回火索氏体。7.7.2 瓶体的脱碳层深度，外壁不得超过0.3mm；内壁不得超过0.25mm。7.7.3 端部图2，b）、c）、d）解剖经酸蚀后，断面试样上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、未熔合、裂缝、夹杂物或白点，且满足5.4.3条要求。7.8 水压试验7.8.1 按5.4.1.1条及6.10条要求进行水压试验，在保压1min内，压力表指针不得回降，容积残余变形率不得大于3%；瓶体泄漏或明显变形即为不合格。7.8.2 水压试验后，钢瓶内部应烘干。7.9气密试验7.9.1气密试验压力为公称工作压力。7.9.2试验时瓶体出现泄漏，即为不合格。确因装配不紧而引起瓶口泄漏，允许反修后重做试验。7.10爆破试验7.10.1实际爆破压力不得小于公称工作压力的2.4倍。7.10.2实测爆破试验中瓶体塑性变形的压力应大于等于0.77Ph。7.10.3实测屈服压力与爆破压力的比值，应与瓶体材料实测屈服应力与抗拉强度的比值相接近。7.10.4瓶体爆破后应无碎片，破口必须在筒体上。瓶体上的破口形状与尺寸应符合图7的规定。7.10.5瓶体主破口应为塑性断裂，即断口边缘应有明显的剪切唇，断口上不得有明显的金属缺陷；破口裂缝不得引伸超过瓶肩高度的20%。 图7 破口形状与尺寸示意图7.11无损探伤瓶体热处理后应进行无损探伤，无损探伤应使用磁粉检测（A型高灵敏度试片）或超声检测的方法，不得有裂纹或裂纹性缺陷。按JB4730，合格标准均为I级。7.12出厂检验7.12.1逐只检验凡出厂的钢瓶，应按表5规定项目进行逐只检验。7.12.2批量检验凡出厂的钢瓶，应按表5规定项目进行批量检验。7.12.3抽样规则按5.5.1.3的要求，从中随机抽出三只钢瓶进行各项性能测定。7.12.4复验规则a）若对抽样瓶体测定的试验结果不符合规定要求时，应对不合格项目进行加倍复验；若复验结果符合规定，认为合格，若复验仍不合格，允许该批钢瓶重新热处理；b）经重复热处理的该批钢瓶，应作为新批对待并应重新进行批量检验；c）在质量检验记录中，应写明重复热处理的钢瓶编号、原因及结论；d）重复热处理次数不得多于两次。7.13型式试验钢瓶制造厂凡遇下列情况之一者，即须进行型式试验。a）制造厂新设计的钢瓶；b）制造厂因改变原制造工艺而生产的钢瓶；c）改变瓶体材料牌号而生产的钢瓶；d）变更瓶体直径和设计壁厚生产的钢瓶；e）变更热处理方式而生产的钢瓶；f）变更最小屈服应力保证值超过60N/mm2而生产的钢瓶。7.13.1 型式试验项目按表5规定。表5 检验项目表 7.13.2 火烧试验7.13.2.1 试验装置钢瓶充装压缩天然气至公称工作压力，将瓶体水平架起，燃烧装置长1650mm，与钢瓶对中，放在钢瓶下侧约100mm处。为防止火焰直接触及瓶阀、连接件和安全装置，应使用金属护板且金属护板不应与上述部件直接接触。燃烧装置应使规定的试验温度持续时间不小于30min。三个热电偶固定在钢瓶的下侧部，彼此间隔不大于0.75m，应使用金属护板防止火焰直接触及热电偶。7.13.2.2 试验方法点火后，火焰应环绕钢瓶整个环向；点火后5min内，所有热电偶应显示不低于650并持续保持不低于650的温度。7.13.2.3 合格标准钢瓶达到下列结果之一为合格：经30min火烧试验不爆破或安全装置泄放。但若安全装置在点火后5min内泄放，则应继续火烧试验至少5min。7.13.3 爆炸冲击试验7.13.3.1 试验方法钢瓶充装压缩天然气至公称工作压力，将钢瓶水平放置地面，在钢瓶中部上表面上放置200克左右硝胺炸药，然后引爆。7.13.3.2 合格标准钢瓶应不破裂，测量凹坑深度应不小于5mm为合格。7.13.4 循环疲劳试验7.13.4.1 试验方法按6.12执行。7.13.4.2 合格标准为钢瓶承受12000次循环，不破坏为合格。7.13.5 抽样规则7.13.5.1 凡表5中规定的逐只检查的项目，都应按项目逐只检查。7.13.5.2 凡表5中规定的批量检验的项目，每批的抽样数不少于3只进行检验。7.13.5.3 钢瓶制造厂应另抽取对试验目的有代表性的钢瓶5只，其中3只进行疲劳试验，1只进行爆炸冲击试验，1只进行火烧试验。7.13.6 若按7.13条进行的型式试验不合格，则不得投入批量生产，不得投入使用。8 标志、涂敷、包装、储存8.1 标志8.1.1 钢印标记8.1.1.1 每个钢瓶一般应在瓶肩上按图8所示项目、位置打钢印标记。 图8 钢瓶钢印标记示意图8.1.1.2 钢瓶上钢印标记也可在瓶肩部沿圆周线排列，各项目的排列可不按图8中的指引号顺序，但项目不可缺少。8.1.1.3 钢印必须明显、完整、清晰。8.1.1.4 钢印字体高度不小于8mm，钢印字体深度为0.30.5mm。8.1.1.5 容积和瓶重的钢印标记应保留一位小数。例如：容积或瓶重的实测值 100.675容积应表示为 100.6瓶重应表示为 100.78.1.2 颜色标记钢瓶颜色为棕色，字样为“天然气”，字色白色，其他参照GB7144执行。8.2 涂敷8.2.1 钢瓶在涂敷前应清除其表面油污、锈蚀等杂物，且在干燥的条件下方可涂敷。8.2.2 涂层应均匀牢固，不应有气泡、漆痕、龟裂纹和剥落等缺陷。8.3 包装8.3.1 根据用户的要求，如不带瓶阀出厂，则瓶口应采取可靠措施加以密封，以防止沾污。出厂时可用捆装、集装或散装。8.4 运输8.4.1 钢瓶的运输应符合运输部门的规定。8.4.2 钢瓶在运输和装卸过程中，应防止碰撞、受潮和损坏附件。8.5 储存8.5.1