gb 172581998汽车用压缩天然气钢瓶doc.docx

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GB17258—1998

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／TQ814一89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》（compressednatural　gasfuelcontainerintegrity）（1996年）及ISO／CDl1439《车用高压天然气瓶》（Highpressurecylindersfortheon-boardstorageofnatural　gasasafuelforvehicles）（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。

中华人民共和国国家标准

GB　17258—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

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16～20　MPa（本标准压力均指表压），公称容积为30～120　L，工作温度为-50℃～60℃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，每标准立方米水份含量不超过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。

　　GB　222—84　钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差

　　GB　223.1—81　钢铁及合金中碳量的测定

　　GB　223.2—81　钢铁及合金中硫量的测定

　　GB　223.3—88　钢铁及合金化学分析方法　二安替比林甲烷磷钥酸重量法测定磷量

　　GB　223.4—88　钢铁及合金化学分析方法　硝酸铰氧化容量法测定锰量

　　GB　223.5—88　钢铁及合金化学分析方法　草酸-硫酸亚铁硅钥蓝光度法测定硅量

　　GB／T　223.6—94　钢铁及合金化学分析方法　中和滴定法测定硼量

　　GB　223.7—81　合金及铁粉中铁量的测定

　　GB　224—87　钢的脱碳层深度测定法

　　GB　226—91　钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法

　　GB　228—87　金属拉伸试验法

　　GB／T　229—94　金属夏比缺口冲击试验方法

　　GB　230—91　金属洛氏硬度试验方法

　　GB　231—84　金属布氏硬度试验方法

　　GB　232—88　金属弯曲试验方法

　　GB　1979—80　结构钢低倍组织缺陷评级图

　　GB　5777—86　无缝钢管超声波探伤方法

　　GB　6397—86　金属拉伸试验试样

　　GB　7144—86　气瓶颜色标记

　　GB　8335—1998　气瓶专用螺纹

　　GB／T　8336—1998　气瓶专用螺纹量规

　　GB／T　9251—1997　气瓶水压试验方法

　　GB　9252—88　气瓶疲劳试验方法

　　GB／T　12606—90　钢管及圆钢棒的漏磁探伤方法

　　GB　12137—89　气瓶气密性试验方法

　　GB／T　13298—91　金属显微组织检验方法

　　GB／T　13299—91　钢的显微组织评定方法

　　GB　13440—92　无缝气瓶压扁试验方法

　　GB　13447—92　无缝气瓶用钢坯

　　GB　15385—94　气瓶水压爆破试验方法

　　JB　4730—94　压力容器无损检测

　　YB／T　5148—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；

　　　　　　　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　型式和参数

4．1　钢瓶瓶体结构一般应符合图1所示型式。

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

项 目

数 值

允许偏差，％

公称水容积V

L

3040506070

8090100120

+5

0

公称外径Do

mm

219229232245

267273335425

±1

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GB　222—84中表2的规定。

表2瓶体材料化学成分

％

C

Si

Mn

Cr

Mo

S

P

S+P

Cu

≤0.40

0.17～0.37

0.40～0.70

0.80～1.10

0.15～0.25

≤0.035

≤0.030

≤0.055

≤0.020

5．2　钢坯

5．2．1　钢坯的形状尺寸和允许偏差应符合GB　13447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GB　8163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GB　5777或GB／T　12606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880　N／mm2。

5．4．2　简体设计壁厚按式

（1）计算：

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：

　　r≥0.075　Do；

　　H／Do≥0.22；或H／Do≥0.40

　　S1≥1.5S；S1≥S

　　S2≥1.5S；S2≥S

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=（2.0～2.6）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。

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100℃±5℃，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2～5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、皱榴、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GB　222和GB　223执行。

6．1．2　低倍组织：

应以材料的炉罐号按GB　226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。

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GB　6397执行；

　　d）拉伸试验方法按GB　228执行。

6．3．3　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12.5μm，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5进行弯曲。

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6。

6．4　硬度测定应按GB　230或GB　231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／T　13298执行；

　　b）晶粒度按YB／T　5148执行；

　　c）脱碳层深度按GB　224执行；

　　d）带状组织和魏氏组织的评定按GB／T　13299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GB　226执行。

6．7　无损探伤按JB　4730执行。

6．8　用目测和符合GB／T　8336的标准塞规检查瓶口内螺纹。

6．9　爆破试验

　　爆破试验按GB　15385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／T　9251执行。

6．11　气密试验按GB　12137执行。

6．12　循环疲劳试验按GB　9252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±l％。

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磨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、皱榴、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GB　8335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

热处理状态

试验项目

淬火后回火处理

σea/σba　　　　　　　　　≤

0.90

σe，N/mm2　　　　　　　　　≥

钢瓶制造厂热处理保证值

σb，N/mm2　　　　　　　　　≥

钢瓶制造厂热处理保证值

δ5，％　　　　　　　　　　≥

16

ak,J/cm2

V型缺口试样截，mm

3×5

5×10

试验温度，℃

-50

平均值

60

50

单个试样最小值

50

40

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

钢瓶实测抗拉强度值

σba,MPa

弯心直径

Df

压头间距

T

钢瓶实测抗拉强度值

σba,MPa

弯心直径

Df

压头间距

T

≤580

3Sao

6Sao

＞685～784

5Sao

6Sao

＞580～685

4sao

6Sao

＞784～880

6Sao

7Sao

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，允许返修后重做试验。

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％。

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

序号

检验项目

试验方法

出厂检验

型式试验

判定依据

逐只检验

批量检验

1

瓶体壁厚

6.2条

√

√

7.1.1条

2

瓶体制造公差

6.2条

√

√

7.1条

3

瓶体内、外观

6.2条

√

√

7.2条

4

拉伸试验

6.3.2条

√

√

7.4条

5

冲击试验

6.3.2条

√

√

7.4条

6

冷弯试验

6.3.2条

√

√

7.6条

7

压扁试验

6.3.2条

√

√

7.6条

8

硬度测定

6.4条

√

√

7.5条

9

金相组织

6.5条

√

√

7.7条

10

端部解剖

6.6条

√

√

7.7.3条

11

无损控伤

6.7条

√

√

7.11条

12

瓶口内螺纹

6.8条

√

√

7.3条

13

水压试验

6.10条

√

√

7.8条

14

气密性试验

6.11条

√

√

7.9条

15

爆破试验

6.9条

√

√

7.10条

16

疲劳循环试验

6.12条

√

7.13.4.2条

17

火烧试验

7.13.2条

√

7.13.2条

18

爆炸冲击试验

7.13.3条

√

7.13.2条

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