钢质无缝气瓶.docx
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钢质无缝气瓶
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钢质无缝气瓶
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钢质无缝气瓶
GB5099-94
国家技术监督局1994-12-26批准 1995-08-01实施
1主题内容与适用范围
本标准规定了钢质无缝气瓶(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8~30MPa,公称容积为0.4~80L,用于盛装永久气体或高压液化气体的可重复充气的移动式钢瓶。
一般地区钢瓶的使用环境温度为-20~60℃,寒冷地区的使用环境温度为-40~60℃。
本标准不适用于盛装溶解气体、吸附气体的钢瓶,灭火用的钢瓶以及运输工具上和机器设备上附属的瓶式压力容器。
2引用标准
GB222钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差
GB223.1~223.7钢铁及合金化学分析方法
GB224钢的脱碳层深度测定法
GB226钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法
GB228金属拉伸试验方法
GB230金属洛氏硬度试验方法
GB231金属布氏硬度试验方法
GB232金属弯曲试验方法
GB1979结构钢低倍组织缺陷评级图
GB2106金属夏比(V型缺口)冲击试验方法
GB3077合金结构钢技术条件
GB4159金属低温夏比冲击试验方法
GB5777无缝钢管超声波探伤方法
GB6394金属平均晶粒度测定方法
GB7144气瓶颜色标记
GB8163输送流体用无缝钢管
GB8335气瓶专用螺纹
GB9251气瓶水压试验方法
GB9252气瓶疲劳试验方法
GB12137气瓶气密性试验方法
GB/T13005气瓶术语
GB/T13298金属显微组织检验方法
GB/T13299钢的显微组织评定方法
GB13440无缝气瓶压扁试验方法
GB13447无缝气瓶用钢坯
GB15385气瓶水压爆破试验方法
3技术术语和符号
3.1永久气体:
临界温度小于-10℃的气体;
高压液化气体:
临界温度大于或等于-10℃,且小于或等于70℃。
3.2公称工作压力:
对于盛装永久气体的钢瓶,系指在基准温度时(一般为20℃)所盛装气体的限定充装压力;对于盛装高压液化气体的钢瓶,系指温度为60℃时瓶内气体压力的上限值。
3.3许用压力:
钢瓶在充装、使用、储运过程中允许承受的最高压力。
3.4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。
3.5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所限定的数量。
3.6设计应力系数:
瓶体材料屈服应力设计取值与水压试验压力下筒体当量应力之比。
3.7充装系数:
标准规定的钢瓶单位水容积允许充装的最大气体重量。
3.8应力集中系数:
瓶体的薄膜应力与局部最大应力的比值。
3.9符号:
CM淬火后回火用铬钼钢或其它合金钢种;
D0钢瓶筒体外径,mm;
Df冷弯试验弯心直径,mm;
F设计应力系数(见5.2.4);
Mn正火或正火后回火用碳锰钢种;
MnH淬火后回火用碳锰钢种;
Pb爆破压力计算值,MPa;
Pba爆破压力实测值,MPa;
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;
Sa钢瓶筒体实测最小壁厚,mm;
Sao钢瓶筒体实测平均壁厚,mm;
T压扁试验压头间距,mm;
a弧形扁试样的原始厚度,mm;
b扁试样的原始宽度,mm;
d1、d2破口环向撕裂长度,mm;
l试样原始标记,mm;
ak冲击韧性值,J/cm2;
δ5伸长率,%;
σe瓶体材料热处理后的屈服应力保证值,N/mm2;
σea屈服应力实测值,N/mm2;
σb瓶体材料热处理后的抗拉强度保证值,N/mm2;
σba抗拉强度的实测值,N/mm2。
4钢瓶型式和参数
4.1钢瓶瓶体一般应符合图1所示的型式。
凹形底及带底座凸形底的钢瓶典型结构及主要附件见图2。
4.2钢瓶的公称容积和外径一般应符合表1的规定。
4.3常用瓶装气体的公称工作压力和充装系数见表2。
图1钢瓶瓶体型式
图2凹形底和带底座凸形底钢瓶的典型结构
表1钢瓶的公称容积和外径
表2常用瓶装气体公称工作压力及充装系数
5技术要求
5.1瓶体材料一般规定
5.1.1必须采用碱性平炉、电炉或吹氧碱性转炉冶炼的无时效性镇静钢。
5.1.2制造钢瓶的钢种必须经国家或国际有关部门鉴定认可,应选用优质锰钢、铬钼钢或其他合金钢。
5.1.3制造钢瓶的材料,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钢瓶的瓶体材料,应具有良好的冲击性能。
5.1.5钢瓶瓶体材料的化学成分限定见表3,化学成分允许偏差应符合GB222中表2的规定。
表3钢瓶瓶体材料化学成分
5.1.6制造小容积的钢瓶若选用正火处理方法,可选用碳钢材料,若选用调质处理,可选用合金钢材料。
5.1.7初轧坯或钢坯
5.1.7.1钢坯的形状尺寸和允许偏差应符合GB13447的有关规定。
5.1.7.2低倍组织
a.不允许白点、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。
5.1.8无缝钢管
5.1.8.1钢管的外形和内外表面质量应不低于GB8163的规定。
5.1.8.2钢管的壁厚偏差不应超过公称壁厚的。
5.1.8.3钢管如钢厂已探伤,制造厂可在同一批钢管中抽查10%;如钢厂未逐根探伤,气瓶制造厂则应逐根探伤,探伤合格级别应符合GB8163的规定。
5.1.9经鉴定的材料钢种,钢瓶制造厂应制造不少于20000个钢瓶投入使用,质量满足各项要求后方可纳标作为国家认可的钢种。
5.2设计一般规定
5.2.1受压部位的壁厚设计取用该材料热处理后的σc保证值。
正火处理的钢瓶,热处理后的屈服应力保证值σe应不大于520N/mm2。
5.2.2设计计算瓶体壁厚应以水压试验压力几为准。
钢瓶的水压试验压力为公称工作压力的1.5倍,永久气体气瓶的许用压力不得超过水压试验压力的0.8倍。
5.2.3设计计算所选用的屈服应力,对正火或正火后回火处理的,不得大于最小抗拉强度的75%;对淬火后回火处理的,不得大于最小抗拉强度的85%。
5.2.4设计应力的限定
5.2.4.1应对材料的实际最大抗拉强度进行控制,要求淬火后回火热处理的最大抗拉强度不应大于1000N/mm2;小容积瓶最大抗拉强度不应大于1100N/mm2;对具有应力腐蚀倾向的介质,抗拉强度不应大于880N/mm2。
5.2.4.2设计应力系数F值的取用
a.对正火或正火后回火热处理的钢瓶设计,F值取用0.82;
b.对淬火后回火热处理的钢瓶设计,F值取用0.77。
5.2.5简体设计最小壁厚公式
…………………………………
(1)
同时应满足式
(2)的要求,且不得小于1.5mm。
…………………………………
(2)
5.2.6底部结构
5.2.6.1凸形底有三种型式:
a.半球形;
b.碟形(见图3a,b,c);
c.H形(见图3d)。
图3凸形底结构图
5.2.6.2碟形底和H形底的结构应满足下列要求:
r≥0.075Do;
H/Do≥0.22;或H/Do≥0.40
S1≥1.5S;S1≥S
S2≥1.5S;S2≥S。
凸形底与简体连接部位,应圆滑过渡,其厚度不得小于筒体设计最小壁厚值。
5.2.6.3凹形底的公称尺寸应满足下列要求(见图4),以管子来制造的凹形底瓶若发生其中参数不能满足下列要求者,可以加压疲劳试验来验证。
S1=(2.0~2.6)S;
S2=(1.8~2.2)S;
S3=(2.0~2.8)S;
r=(0.07~0.09)Do;
H=(0.13~0.16)Do。
图4凹形底结构图
5.2.6.4凹形底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。
5.2.6.5凸形底或凹形底应按水压试验压力Ph下的弹性有限元进行计算,且在凸或凹形底公称尺寸的公差值范围内进行校核调整;应力集中系数不大于1.80,局部最大应力值不得大于材料的强度值。
5.2.7凸形底和凹形底钢瓶的设计都应进行循环加压疲劳试验。
循环压力的上限值在公称工作压力条件下,承受80000次循环,或在试验压力条件下承受12000次循环,不破坏为合格;试验不合格,该设计不应采用。
5.2.8钢瓶瓶口的厚度,自螺纹沟槽处算记,不得小于简体的设计壁厚,保证在承受紧阀的力偶距和铆合颈圈的附加外力时不变形。
5.3制造
5.3.1钢瓶制造除应符合本标准规定外,还应符合产品图样和技术条件的规定。
5.3.2钢瓶瓶体的制造方法一般是:
以钢坯或钢板等为原料,经冲拔、冲压拉伸制造;以无缝钢管为原料,经收底、收口制成。
5.3.3进厂的瓶体材料应对其化学成分和低倍组织等进行验证,分析结果应满足5.1条要求。
5.3.4瓶体允许的制造公差
5.3.4.1简体的圆度,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%。
5.3.4.2筒体的直线度不得超过瓶体长度的2‰。
5.3.4.3瓶体的垂直度不应超过其长度的8‰。
5.3.5瓶体内、外观要求
5.3.5.1简体内、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磨后的轻微痕迹允许存在,但必须保证简体设计壁厚。
5.3.5.2经挤压拔伸制成的瓶体,其凹形底深度应符合设计规定值,底部球壳和环壳的厚度均应符合设计要求。
5.3.5.3无缝钢管经收底制成的瓶坯,应进行工艺评定;瓶体底部内表面不应有肉眼可见的凹孔、皱褶、凸瘤和氧化皮;底部和缺陷允许清除,但必须保证瓶底设计厚度;瓶底不允许作补焊处理。
5.3.5.4瓶肩与简体必须圆滑过渡,瓶肩上不允许有沟痕存在。
5.3.6中容积凸形底钢瓶的底座材料应与瓶体相适应,应用热套法装配牢固,严禁焊接装配,底座接地平面与瓶底部间距应不小于10mm。
5.3.7热处理
5.3.7.1钢瓶制造厂除遵守标准规定外,应制订相应的热处理规范。
5.3.7.2瓶体应按热处理顺序组批,中容积瓶不大于502只为一个批量;小容积瓶不大于202只为一个批量。
5.3.7.3采用淬火工艺可用油或水中加添加剂作为淬火介质。
在水中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%;且应完成相应的热处理工艺评定。
5.3.7.4采用淬火后回火处理的瓶体,硬度值应符合材料强度值要求。
5.3.7.5按5.2.1、5.2.2条要求,瓶体热处理后的机械性能应符合表4规定。
表4钢瓶瓶体的热处理与机械性能
5.3.7.6冷弯和压扁
a.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5规定。
b.对正火或正火后回火处理的瓶体,其抗拉强度实测值超过保证值15%的,对淬火后回火处理的瓶体,其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5冷弯压扁试验的弯心直径和压头间距要求 mm
5.3.7.7金相组织
a.瓶体的基体组织应符合相应热处理规范;
b.对正火或正火后回火处理的瓶体,晶粒度应不小于6级(100倍),带状组织不大于3级,魏氏组织不大于二级;
c.对淬火后回火处理的瓶体,其组织体应呈回火索氏体;
d.瓶体的脱碳层深度,外壁不得超过0.3mm,内壁不得超过0.25mm。
5.3.7.8底部解剖经酸蚀后,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5.2.6条要求。
5.3.7.9采用淬火后回火处理的瓶体,应进行逐只无损探伤,且不得有裂纹或裂纹性缺陷。
5.3.8瓶口内螺纹
5.3.8.1螺纹的牙型、尺寸和公差,应符合GB8355的规定,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。
5.3.8.2瓶口基面起有效螺距数,中容积瓶体不得少于8个螺距,小容积瓶体不得少于7个螺距。
5.3.8.3瓶口螺纹基面位置的轴向变动量为+1.5mm。
5.3.8.4特殊用途钢瓶的瓶口螺纹,可按专门的要求设计和制造。
5.3.9爆破
5.3.9.1实际爆破压力不得小于式(3)的计算值:
………………………………(3)
采用正火或正火后回火处理 C=1
采用淬火后回火处理 C=1.05
且Pb≥1.7Ph
5.3.9.2实测爆破过程中瓶体塑性变形的压力不得小于Ph/F,即Py>Ph×F。
5.3.9.3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。
5.3.9.4瓶体爆破后无碎片突破口必须在简体上。
瓶体上的破口形状与尺寸应符合图5的规定。
图5破口形状与尺寸示意图
5.3.9.5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%。
5.3.10按5.2.3要求进行水压试验,在保压1min内,压力表指针不得回降,中容积瓶体的容积残余变形率不得大于3%;瓶体泄漏或明显变形即行判废。
5.3.11气密性试验压力为公称工作压力。
若瓶体出现泄漏应予以判废,因装配而引起的泄漏现象,允许返修后重做试验。
5.3.12根据角户需要,瓶体在水压或气密性试验后,应采取内表面干燥处理,并予以密封。
5.3.13附件
5.3.13.1颈圈可用钢板、可锻铸铁、球墨铸铁或铸钢制成。
颈圈与瓶体的装配不得歪斜、松动或带有毛刺,不得因装配不当而损伤瓶口螺纹,严禁焊接装配。
5.3.13.2根据充装气体或使用要求,采用不同的瓶阀。
瓶阀与瓶体装配后,应留有备用螺纹2~5个螺距。
5.3.13.3瓶帽型式分固定式或可卸式。
可用钢板、钢管、铸钢、可锻铸铁和球墨铸铁制成;如用户无特殊要求,应配固定式瓶帽出厂。
5.3.13.4采用螺纹连接的附件,牙型、尺寸和公差应符合GB8335的规定。
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6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6
6.3.2拉伸试验和冲击试验
6.3.2.1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7;
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7
6.3.2.2冲击试验
a.规定以3mm×10mm×55mm或5mm×10mm×55mm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GB2106执行;
c.冲击试验方法按GB2106或GB4159执行;
d.瓶体壁厚不足以加工标准试样时,可免做冲击试验。
6.3.3冷弯试验和压扁试验
6.3.3.1冷弯试验
a.试样截取的部位见图6,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12.5μm,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8进行弯曲。
图8冷弯试验示意图
6.3.3.2压扁试验
压扁试验按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20~50mm/min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9。
图9压扁试验示意图
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GB6394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底部解剖
6.6.1底部解剖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底部过渡段以上的筒体部分。
6.6.3检查方法按GB226执行。
6.7表面无损探伤一般按GB5777或JB3965执行。
6.8用符合GB8336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GB9251执行。
6.11气密试验按GB12137执行。
6.12循环疲劳试验按GB9252执行。
7检验规则
7.1出厂检验
7.1.1逐只检验:
凡出厂的瓶应按表6规定项目进行逐只检验;
7.1.2批量检验:
凡出厂的钢瓶,应按表6规定项目进行批量检验。
7.1.3抽样和复验规则
a.制造钢瓶的材料,必须符合相应标准的规定,并有质量合格证明书;
b.瓶体材料的验证应从同一牌号、同一炉罐号、同一规格的每批钢坯中,按材料标准中复验规则规定的钢坯上截取试样;
c.按5.3.7.2要求,从中随机抽出两只瓶体进行各项性能测定;
d.若对抽样瓶体测定的试验结果不符合判定要求时,应对不合格项目进行加倍复验,若复验仍不合格,允许该批瓶体重新热处理;
e.经重复热处理的该批瓶体应作为新批对待,并应重新进行批量检验;
f.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;
g.重复热处理次数不得多于两次。
表6
7.2型式检验:
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.采用与原来不同的热处理方式;
e.因改变瓶体底型结构,而变更瓶体直径和设计壁厚生产的钢瓶;
f.制造厂采用的原最小屈服应力保证值,因调整超过60MPa,而生产的钢瓶。
7.2.1型式检验项目按表6规定。
7.2.2抽样规则
7.2.2.1凡表6中规定逐只检验的项目,对中容积钢瓶、小容积钢瓶,都应按项目逐只检验。
7.2.2.2凡表6中规定的批量检验的项目,每批的抽样数不少于2只。
钢瓶制造厂应抽取对试验目的有代表性的3只钢瓶进行疲劳试验。
7.2.2.3凡出现下列情况之一时,应按批抽取一个瓶体进行压扁试验。
a.改变材料或材料性能有波动;
b.开始生产或生产间断达三个月恢复后的首批钢瓶;
c.钢瓶制造厂在正常情况下,应每半年不少于一次进行压扁试验。
7.2.3若按7.2的a.b.c.d.e.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、运输、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10所示项目、位置打钢印标记。
图10钢瓶钢印标记(示意)
图中标记的含义:
0——制造厂检验标记;
1——钢瓶制造厂代号或商标;
2——钢瓶编号;
3——水压试验压力,MPa;
4——公称工作压力,MPa;
5——实测重量,kg;
6——实测容积,L;
7——瓶体设计壁厚,mm;
8——制造年月;
9——安全监察部门的监检标记;
10——寒冷地区用钢瓶代号(铬钼钢材料);
11——盛装介质名称或化学分子式。
8.1.1.2钢瓶上钢印标记,也可在瓶肩部沿圆周线排列,但各项目的排列应以图10中的指引号为顺序。
8.1.1.3钢印必须明显、完整、清晰。
8.1.1.4钢印字体高度,钢瓶外径等于或小于70mm的为4mm,70~140mm的为5~7mm,大于140mm以上的,不小于8mm,钢印字体深度为0.3~0.5mm。
8.1.1.5容积和瓶重的钢印标记应保留一位小数,公称容积小于10L的应保留二位小数。
例如:
容积或瓶重的实测值 1.0645 10.675
容积应表示为 1.06 10.6
瓶重应表示为 1.07 10.7
8.1.2漆色标记
8.1.2.1钢瓶漆色、字样、字色和色环应符合GB7144的有关规定。
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,要防止碰撞、受潮和损坏附件。
8.5储存
8.5.1钢瓶应分类存放整齐。
如采取堆放,则应限制高度防止受损。
8.5.2钢瓶出厂前如储存六个月以上,则应采取可靠的防潮措施。
9产品合格证和批量检验质量证明书
9.1出厂的每只钢瓶均应附有产品合格证,且应向用户提供使用说明书。
9.2对出厂合格证的要求:
a.钢瓶制造厂名称;
b.钢瓶编号;
c.水压试验压力;
d.公称工作压力;
e.气密性试验压力;
f.材料牌号及其化学成分和机械性能,热处理后工厂保证值;
g.热处理状态;
h.筒体设计壁厚;
i.实际重量(不包括瓶阀、瓶帽和防震圈);
j.实际水容积;
k.出厂检验标记;
l.制造年、月;
m.产品执行的标准;
n.钢瓶制造厂生产许可证号。
9.3出厂合格证应用透明塑料袋盛装,并固定于瓶阀或瓶帽上。
9.4出厂的每批钢瓶,均应附有批量检验质量证明书。
该批钢瓶有一个以上用户时,所有用户均应有批量检验质量证明书的复印件。
9.5批量检验质量证明书的内容,应包括本标准规定的批量检验项目。
9.6制造厂应妥善保存钢瓶的检验记录和批量检验质量证明书的复印件(或正本),保存时间应不少于7年。
附录