ISO 9809-3:2000
(Main)Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing — Part 3: Normalized steel cylinders
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing — Part 3: Normalized steel cylinders
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception, construction et essais — Partie 3: Bouteilles en acier normalisé
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9809-3
First edition
2000-12-15
Gas cylinders — Refillable seamless steel
gas cylinders — Design, construction and
testing —
Part 3:
Normalized steel cylinders
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans
soudure — Conception, construction et essais —
Partie 3: Bouteilles en acier normalisé
Reference number
ISO 9809-3:2000(E)
©
ISO 2000
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ISO 9809-3:2000(E)
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ISO 9809-3:2000(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Symbols .3
5 Inspection and testing.4
6 Materials .4
7 Design .6
8 Construction and workmanship.10
9 Type approval procedure.11
10 Batch tests.15
11 Tests on every cylinder.22
12 Certification.23
13 Marking .23
Annex A (informative) Description, evaluation of manufacturing defects and conditions for rejection of
seamless steel gas cylinders at time of final visual inspection by the manufacturer.24
Annex B (normative) Ultrasonic inspection .30
Annex C (informative) Type approval certificate.34
Annex D (informative) Acceptance certificate.35
Bibliography.37
© ISO 2000 – All rights reserved iii
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ISO 9809-3:2000(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 9809 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 9809-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders,
Subcommittee SC 3, Cylinder design.
This first edition of ISO 9809-3, together with ISO 9809-1 and ISO 9809-2, cancels and replaces ISO 4705:1983.
ISO 9809 consists of the following parts, under the general title Gas cylinders — Refillable seamless steel gas
cylinders — Design, construction and testing:
— Part 1: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength less than 1 100 MPa
— Part 2: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa
— Part 3: Normalized steel cylinders
Annex B forms a normative part of this part of ISO 9809. Annexes A, C and D are for information only.
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ISO 9809-3:2000(E)
Introduction
The purpose of this part of ISO 9809 is to provide a specification for the design, manufacture, inspection and
testing of a seamless steel cylinder for worldwide usage. The objective is to balance design and economic
efficiency against international acceptance and universal utility.
This part of ISO 9809 aims to eliminate the concern about climate, duplicate inspections and restrictions currently
existing because of lack of definitive International Standards and should not be construed as reflecting on the
suitability of the practice of any nation or region.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 9809-3:2000(E)
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design,
construction and testing —
Part 3:
Normalized steel cylinders
1 Scope
This part of ISO 9809 specifies minimum requirements for the material, design, construction and workmanship,
manufacturing processes and tests at manufacture of refillable normalized, or normalized and tempered seamless
steel gas cylinders with water capacities from 0,5 l up to and including 150 l for compressed, liquefied and
dissolved gases.
NOTE 1 If so desired, cylinders of water capacity less than 0,5 l may be manufactured and certified to this part of ISO 9809.
NOTE 2 For quenched and tempered cylinders with maximum tensile strength less than 1 100 MPa, refer to ISO 9809-1. For
quenched and tempered cylinders with maximum tensile strengthW 1 100 MPa, refer to ISO 9809-2.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 9809. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 9809 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 148:1983, Steel — Charpy impact test (V-notch).
ISO 2604-2:1975, Steel products for pressure purposes — Quality requirements — Part 2: Wrought seamless
tubes.
ISO 6506-1:1999, Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method.
ISO 6508-1:1999, Metallic materials — Rockwell hardness test — Part1: Test method (scales A,B,C,D,E, F,G,
H, K, N, T).
ISO 6892:1998, Metallic materials — Tensile testing at ambient temperature.
ISO 7438:1985, Metallic materials — Bend test.
ISO 9712:1999, Non-destructive testing — Qualification and certification of personnel.
ISO 9809-1:1999, Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing —
Part 1: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength less than 1 100 MPa.
ISO 9809-2:2000, Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design, construction and testing —
Part 2: Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa.
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ISO 9809-3:2000(E)
ISO 11114-1:1997, Transportable gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas
contents — Part 1: Metallic materials.
1)
ISO 13769:— , Gas cylinders — Stamp marking.
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 9809, the following terms and definitions apply.
3.1
yield stress
value corresponding to the lower yield stress R or, for steels that do not exhibit a defined yield, the 0,2 % proof
eL
stress (non-proportional elongation) R
p0,2
cf. ISO 6892.
3.2
normalizing
heat treatment in which a cylinder is heated to a uniform temperature above the upper critical point (Ac )of the
3
steel and then cooled in still air
3.3
tempering
softening heat treatment which follows normalizing, in which the cylinder is heated to a uniform temperature below
the lower critical point (Ac )of thesteel
1
3.4
batch
quantity of up to 200 cylinders plus cylinders for destructive testing of the same nominal diameter, thickness and
design made successively from the same steel and subjected to the same heat treatment for the same duration of
time
NOTE The lengths of the cylinders in a heat-treatment batch may vary by� 12 %.
3.5
test pressure
p
h
required pressure applied during a pressure test
NOTE It is used for cylinder wall thickness calculations.
3.6
burst pressure
p
b
highest pressure reached in a cylinder during a burst test
3.7
design stress factor (variable)
F
ratio of equivalent wall stress at test pressure (p ) to guaranteed minimum yield stress (R )
h e
1) To be published.
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4 Symbols
a Calculated minimum thickness, in millimetres, of the cylindrical shell
a� Guaranteed minimum thickness, in millimetres, of the cylindrical shell
a Guaranteed minimum thickness, in millimetres, of a concave base at the knuckle (see Figure 2)
1
a Guaranteed minimum thickness, in millimetres, at the centre of a concave base (see Figure 2)
2
A Percentage elongation
b Guaranteed minimum thickness, in millimetres, at the centre of a convex base (see Figure 1)
c Maximum permissible deviation of burst profile, in millimetres [see Figure 5b), c) and d)]
D Nominal design outside diameter of the cylinder, in millimetres (see Figure 1)
D Diameter, in millimetres, of former (see Figure 8)
f
F Design stress factor (variable), see 7.2.
h Outside depth (concave base end), in millimetres (see Figure 2)
H Outside height, in millimetres, of domed part (convex head or base end) (see Figure 1)
L Original gauge length, in millimetres, as defined in ISO 6892 (see Figure 7)
o
n Ratio of diameter of bend test former to actual thickness of test piece (t)
2�
p Measured burst pressure, in bar , above atmospheric pressure
b
p Hydraulic test pressure, in bar, above atmospheric pressure
h
p Working pressure, in bar, above atmospheric pressure
w
p Observed pressure when cylinder starts yielding during hydraulic bursting test, in bar, above
y
atmospheric pressure
r Inside knuckle radius, in millimetres (see Figures 1 and 2)
R Minimum guaranteed value of yield stress, in megapascals (see 3.1)
e
R Actual value of the yield stress, in megapascals, as determined by the tensile test (see 10.2)
ea
R Minimum guaranteed value of tensile strength, in megapascals
g
R Actual value of tensile strength, in megapascals, as determined by the tensile test (see 10.2)
m
S Original cross-sectional area of tensile test piece, in square millimetres, in accordance with ISO 6892
o
t Actual thickness of the test specimen, in millimetres
u Ratio of distance between knife edges or platens in the flattening test to average cylinder wall
thickness at the position of test
5 5 2
2� 1 bar = 10 Pa = 10 N/m .
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V Water capacity of cylinder, in litres
w Width, in millimetres, of the tensile test piece (see Figure 7)
5 Inspection and testing
Evaluation of conformity is required to be performed in accordance with the relevant regulations of the country(ies)
where the cylinders are used.
In order to ensure that the cylinders are in compliance with this part of ISO 9809 they shall be subject to inspection
and testing in accordance with clauses 9, 10 and 11 by an authorized inspection body (hereafter referred to as “the
inspector”) recognized in the countries of use. The inspector shall be competent for inspection of cylinders.
6 Materials
6.1 General requirements
6.1.1 Materials for the manufacture of normalized, or normalized and tempered, gas cylinders intended for
international service shall be those generically classified as: carbon-steels, carbon-manganese or manganese-
molybdenum steels. The maximum tensile strength for cylinders made from those steels shall not exceed 800 MPa.
Other steels permitted in ISO 9809-1 or ISO 9809-2 for quenched and tempered cylinders may be used and
subjected to normalizing and tempering as specified in 6.3 provided they additionally pass the impact test
requirements as stipulated in ISO 9809-1, and the maximum tensile strength R does not exceed 950 MPa.
m
The steel used shall fall within one of the following categories:
a) internationally recognized cylinder steels;
b) nationally recognized cylinder steels;
c) new cylinder steels resulting from technical progress.
6.1.2 The material used for the fabrication of gas cylinders shall be steel, other than rimming quality, with non-
ageing properties, and shall be aluminium and/or silicon killed. The aluminium content shall be at least 0,015 %.
In cases where examination of this non-ageing property is required by the customer, the criteria by which it is to be
specified shall be agreed with the customer and inserted in the order.
6.1.3 The cylinder manufacturer shall establish means to identify the cylinders with the cast of steel from which
they are made.
6.1.4 Grades of steel used for cylinder manufacture shall be compatible with the intended gas service,
e.g. corrosive gases, embrittling gases (see ISO 11114-1).
6.2 Controls on chemical composition
6.2.1 The chemical composition of all steels shall be defined at least by:
� the carbon, manganese and silicon contents in all cases;
� the chromium, nickel and molybdenum contents or other alloying elements intentionally added to the steel;
� the maximum sulfur and phosphorus contents in all cases.
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The carbon, manganese and silicon contents and, where appropriate, the chromium, nickel and molybdenum
contents shall be given, with tolerances, such that the differences between the maximum and minimum values of
the cast do not exceed the values shown in Table 1.
Table 1 — Chemical composition tolerances
Maximum content Permissible range
Element
mass fraction in % mass fraction in %
<0,30
0,06
Carbon
W 0,30
0,07
Manganese All values 0,30
Silicon All values 0,30
Molybdenum All values 0,15
The actual content of any element deliberately added shall be reported and their maximum content shall be
representative of good steelmaking practice.
6.2.2 Except for steels complying with the requirements of ISO 9809-1 or ISO 9809-2, the following limits on
carbon, manganese, sulfur, phosphorus and other alloying elements shall not be exceeded in the cast analysis of
material used:
carbon 0,45 %
manganese 1,70 %
chromium 0,20 %
nickel 0,20 %
copper 0,20 %
combined value of micro alloying elements:
i.e. V, Nb, Ti, B, Zr, Sn 0,15 %
sulfur 0,020 %
phosphorus 0,020 %
sulfur + phosphorus 0,030 %
6.2.3 The cylinder manufacturer shall obtain and provide certificates of cast (heat) analyses of the steels
supplied for the construction of gas cylinders.
Should check analyses be required, they shall be carried out either on specimens taken during manufacture from
the material in the form as supplied by the steelmaker to the cylinder manufacturer, or from finished cylinders. In
any check analysis, the maximum permissible deviation from the limits specified for the cast analyses shall conform
to the values specified in ISO 2604-2.
6.3 Heat treatment
The heat treatment process applied to the finished cylinder shall be either normalizing or normalizing and
tempering. The cylinder manufacturer shall certify the heat treatment process applied.
The heat treatment process shall achieve the required mechanical properties.
The actual temperature to which a type of steel is subjected for a given tensile strength shall not deviate by more
than 30 °C from the temperature specified by the cylinder manufacturer.
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6.4 Testing requirements
The material of the finished cylinders shall satisfy the requirements of clauses 9, 10 and 11.
6.5 Failure to meet test requirements
In the event of failure to meet test requirements, retesting or reheat treatment and retesting shall be carried out as
follows to the satisfaction of the inspector.
a) If there is evidence of a fault in carrying out a test, or an error of measurement, a further test shall be
performed. If the result of this test is satisfactory, the first test shall be ignored.
b) If the test has been carried out in a satisfactory manner, the cause of test failure shall be identified.
1) If the failure is considered to be due to the heat treatment applied, the manufacturer may subject all the
cylinders implicated by the failure to a further heat treatment, i.e. if the failure is in a test representing the
prototype or batch cylinders, test failure shall require reheat treatment of all the represented cylinders prior
to retesting; however, if the failure occurs sporadically in a test applied to every cylinder, then only those
cylinders which fail the test shall require reheat treatment and retesting.
This heat treatment shall consist of renormalizing, or renormalizing and tempering, or retempering.
Whenever cylinders are reheat treated, the minimum guaranteed wall thickness shall be maintained.
Only the relevant prototype or batch tests needed to prove the acceptability of the batch shall be
performed again. If one or more of these retests prove even partially unsatisfactory, all cylinders of the
batch shall be rejected.
2) If the failure is due to a cause other than the heat treatment applied, all defective cylinders shall be either
rejected or repaired by an approved method. Provided that the repaired cylinders pass the test(s) required
for the repair, they shall be re-instated as part of the original batch.
7 Design
7.1 General requirements
7.1.1 The calculation of the wall thickness of the pressure-containing parts shall be related to the guaranteed
minimum yield stress (R ) of the material.
e
7.1.2 For calculation purposes, the value of R shall not exceed 0,75 R .
e g
7.1.3 The internal pressure upon which the calculation of wall thickness is based shall be the hydraulic test
pressure p .
h
7.2 Calculation of cylindrical shell thickness
The guaranteed minimum thickness of the cylindrical shell (a�) shall not be less than the thickness calculated using
equations (1) and (2) and, in addition, condition (3) shall be satisfied:
��
10FR � 3 p
D
eh
a��1 (1)
��
21��0FR
e
��
where Fu 0,85.
The wall thickness shall also satisfy the formula:
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ISO 9809-3:2000(E)
D
aW �1 (2)
250
with an absolute minimum of a =1,5 mm.
The burst ratio
p / p W 1,22/(R /R ) (3)
b h e g
shall be satisfied by test.
NOTE It is generally assumed that p =1,5 � p for permanent gases for cylinders designed and manufactured in
h w
accordance with this part of ISO 9809.
7.3 Calculation of convex ends (heads and bases)
7.3.1 The thickness, b, at the centre of a convex end shall be not less than that required by the following criteria.
Where the inside knuckle radius, r, is not less than 0,075D,then
bW 1,5 a for 0,20u H/D � 0,40
bW a for H/DW 0,40
In order to obtain a satisfactory stress distribution in the region where the end joins the shell, any thickening of the
end that may be required shall be gradual from the point of juncture. For the application of this rule the point of
juncture between the shell and the end is defined by the horizontal line indicating dimension H in Figure 1.
Shape B shall not be excluded from this requirement.
7.3.2 The cylinder manufacturer shall prove by the pressure cycling test detailed in 9.2.3 that the design is
satisfactory.
The shapes shown in Figure 1 are typical of convex heads and base ends. Shapes A, B, D and E are base ends,
and shapes C and F are heads.
7.4 Calculation of concave base ends
When concave base ends (see Figure 2) are used, the following design values are recommended:
a W 2a
1
a W 2a
2
hW 0,12D
rW 0,075D
The design drawing shall at least show values for a , a , h and r.
1 2
In order to obtain a satisfactory stress distribution, the thickness of the cylinder shall increase progressively in the
transition region between the cylindrical part and the base.
The cylinder manufacturer shall in any case prove by the pressure cycling test detailed in 9.2.3 that the design is
satisfactory.
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ISO 9809-3:2000(E)
Key
1 Cylindrical part
Figure 1 — Typical convex heads and base ends
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ISO 9809-3:2000(E)
Figure 2 — Concavebaseends
7.5 Neck design
7.5.1 The external diameter and thickness of the formed neck end of the cylinder shall be adequate for the
torque applied in fitting the valve to the cylinder. The torque may vary according to the diameter of thread, the form
of thread and the sealant used in the fitting of the valve. (Guidance on torques is given in ISO 13341.)
7.5.2 In establishing the minimum thickness, consideration shall be given to obtaining a wall thickness in the
cylinder neck which will prevent permanent expansion of the neck during the initial and subsequent fittings of the
valve into the cylinder without support of an attachment such as a neck ring.
7.6 Foot-rings
When a foot-ring is provided, it shall be sufficiently strong and made of material compatible with that of the cylinder.
The shape should preferably be cylindrical and shall give the cylinder sufficient stability. The foot-ring shall be
secured to the cylinder by a method other than welding, brazing or soldering. Any gaps which may form water traps
shall be sealed by a method other than welding, brazing or soldering.
7.7 Neck-rings
When a neck-ring is provided, it shall be sufficiently strong and made of material compatible with that of the cylinder
and shall be securely attached by a method other than welding, brazing or soldering.
The manufacturer shall ensure that the axial load to remove the neck-ring is greater than 10 times the weight of the
empty cylinder and not less than 1 000 N, and that the torque to turn the neck-ring is greater than 100 N�m.
7.8 Design drawing
A fully dimensioned drawing shall be prepared which includes the specification of the material.
Consideration shall be given to the minimum required impact values at the lowest service temperature, which may
be either –20 °Cor –50 °C (see 10.4, Table 3). The minimum permissible service temperature shall be specified
on the drawing.
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8 Construction and workmanship
8.1 General
The cylinder shall be produced by
a) forging or drop forging from a solid ingot or billet, or
b) manufacturing from seamless tube, or
c) pressing from a flat plate.
Cylinders may be designed with one or two openings along the central cylinder axis. Metal shall not be added in
the process of closure of the end. Plugging to correct manufacturing defects in bases is not permitted.
8.2 Wall thickness
During production, each cylinder or semi-finished shell shall be examined for thickness. The wall thickness at any
point shall be not less than the minimum thickness specified.
8.3 Surface defects
The internal and external surfaces of the finished cylinder shall be free from defects which would adversely affect
the safe working of the cylinder. See annex A for examples of defects and guidance on their evaluation.
8.4 Ultrasonic examination
Each cylinder intended to be used for hydrogen, other embrittling gases, or toxic or corrosive gases with a test
pressure > 60 bar, shall be ultrasonically examined for defects in accordance with annex B.
Examination of such cylinders shall be carried out at the end of manufacture. For small cylinders with a cylindrical
length of less than 200 mm or where the product p � V<400 (for R W 650 MPa) or p � V<800 (for R <
w m w m
650 MPa), the ultrasonic test is not necessary. (For this purpose p may be taken as 2/3 p .)
w h
8.5 Out-of-roundness
The out-of-roundness of the cylindrical shell, i.e. the difference between the maximum and minimum outside
diameters at the same cross-section, shall not exceed 2 % of the mean of these diameters.
8.6 Mean diameter
The mean external diameter of the cylindrical part outside the transition zones on a cross section shall not deviate
by more than � 1 % from the nominal design diameter.
8.7 Straightness
The maximum deviation of the cylindrical part of the shell from a straight line shall not exceed 3 mm per metre
length (see Figure 3).
8.8 Verticality
Deviation from vertical shall not exceed 10 mm per metre length (see Figure 3).
10 © ISO 2000 – All rights reserved
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ISO 9809-3:2000(E)
Key
1 Max.: 0,01 l (see 8.8)
2 Max.: 0,003 l (see 8.7)
Figure 3 — Illustration of deviation of cylindrical part of shell from a straight line and from the vertical
9 Type approval procedure
9.1 General requirements
A technical specification of each new design of cylinder [or cylinder family as defined in f) below], including design
drawing, design calculations, steel details and heat treatment, shall be submitted by the manufacturer to the
inspector. The type approval tests detailed in 9.2 shall be carried out on each new design under the supervision of
the inspector.
A cylinder shall be considered to be of a new design, compared with an existing approved design, when
a) it is manufactured in a different factory, or
b) it is manufactured by a different process (see 8.1), or
c) it is manufactured from a steel of different specified chemical composition range as defined in 6.2.1, or
d) it is given a different heat treatment beyond the limits stipulated in 6.3, or
e) the base profile has changed, e.g. concave, convex, hemispherical or also if there is a change in base
thickness/cylinder diameter ratio, or
f) the overall length of the cylinder has increased by more than 50 % (cylinders with a length/diameter ratio less
than 3 shall not be used as reference cylinders for any new design with this ratio greater than three), or
g) the nominal outside diameter has changed, or
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ISO 9809-3:2000(E)
h) the design wall thickness has changed, or
i) the hydraulic test pressure has
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 9809-3
Première édition
2000-12-15
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz
rechargeables en acier sans soudure —
Conception, construction et essais —
Partie 3:
Bouteilles en acier normalisé
Gas cylinders — Refillable seamless steel gas cylinders — Design,
construction and testing —
Part 3: Normalized steel cylinders
Numéro de référence
ISO 9809-3:2000(F)
©
ISO 2000
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ISO 9809-3:2000(F)
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ISO 9809-3:2000(F)
Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2Références normatives .1
3Termesetdéfinitions.2
4 Symboles.3
5 Contrôle et essais.4
6Matériaux .4
7 Conception .7
8 Fabrication et exécution .10
9 Mode opératoire pour l’essai de prototype.11
10 Essais par lot.16
11 Essai sur chaque bouteille .22
12 Certification.23
13 Marquage.23
Annexe A (informative) Description, évaluation des défauts de fabrication et des critèresderejet des
bouteilles à gaz en acier sans soudure au moment de l’examen visuel final effectué par le
fabricant.24
Annexe B (normative) Examen aux ultrasons.30
Annexe C (informative) Exemple de certificat d'approbation de prototype .34
Annexe D (informative) Exemple de certificat d'acceptation.35
Bibliographie .37
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments delaprésente partie de l’ISO 9809 peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Norme internationale ISO 9809-3 a étéélaboréepar le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz,
sous-comité SC 3, Construction des bouteilles.
Cette première édition de l’ISO 9809-3, ainsi que l’ISO 9809-1 et l’ISO 9809-2, annulent et remplacent
l’ISO 4705:1983, dont elles constituent une révision technique.
L'ISO 9809 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz
rechargeables en acier sans soudure — Conception, construction et essais:
— Partie 1: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction inférieure à 1 100 MPa
— Partie 2: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction supérieure ou égale à
1 100 MPa
— Partie 3: Bouteilles en acier normalisé
L’annexe B constitue un élément normatif de la présente partie de l’ISO 9809. Les annexes A, C et D sont données
uniquement à titre d’information.
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ISO 9809-3:2000(F)
Introduction
L'objet de la présente partie de l’ISO 9809 est d'offrir une spécification sur la conception, la fabrication, le contrôle
et l'essai des bouteilles en acier sans soudure pour usage international. L'objectif est d'arriver à un équilibre entre
les considérations de conception et de rendement économique d’une part et les exigences d’acceptabilité
internationale et d'utilité universelle d’autre part.
La présente partie de l'ISO 9809 vise àéliminer toute préoccupation quant au climat, aux contrôles redondants et
aux restrictions actuellement de règle du fait de l’absence de Normes internationales reconnues. La présente partie
de l’ISO 9809 ne devrait normalement pas être considérée comme le reflet des pratiques d’unenationoud’une
région quelconque.
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NORME INTERNATIONALE ISO 9809-3:2000(F)
Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans
soudure — Conception, construction et essais —
Partie 3:
Bouteilles en acier normalisé
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 9809 spécifie les exigences minimales concernant le matériau, la conception, la
fabrication et la mise en œuvre, les procédés de fabrication et les essais à la fabrication des bouteilles à gaz
rechargeables, en acier normalisé ou revenu et normalisé sans soudure, d'une contenance en eau comprise entre
0,5 l et 150 l inclus, pour gaz comprimés, liquéfiés ou dissous.
NOTE 1 Le cas échéant, les bouteilles de capacité en eau inférieure à 0,5 l peuvent être fabriquées et certifiées
conformément à la présente partie de l’ISO 9809.
NOTE 2 Pour les bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance maximale à la traction inférieure à 1 100 MPa, se
reporter à l'ISO 9809-1. Pour les bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance maximale à la traction supérieure ou
égale à 1 100 MPa, se reporter à l’ISO 9809-2.
2Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 9809. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présentepartiedel'ISO9809sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 148:1983, Acier — Essai de résilience Charpy (entaille en V).
ISO 2604-2:1975, Produits en acier pour appareils à pression — Spécifications de qualité— Partie 2: Tubes
laminés sans soudure.
ISO 6506-1:1999, Matériaux métalliques — Essai de dureté Brinell — Partie 1: Méthode d'essai.
ISO 6508-1:1999, Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 1: Méthode d'essai (échelles A, B,
C, D, E, F, G, H, K, N, T).
ISO 6892:1998, Matériaux métalliques — Essai de traction à température ambiante.
ISO 7438:1985, Matériaux métalliques — Essai de pliage.
ISO 9712:1999, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel.
ISO 9809-1:1999, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception,
construction et essais — Partie 1: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction inférieure
à1100 MPa.
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ISO 9809-3:2000(F)
ISO 9809-2:2000, Bouteilles à gaz — Bouteilles à gaz rechargeables en acier sans soudure — Conception,
construction et essais — Partie 2: Bouteilles en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction
supérieure ou égale à 1100 MPa.
ISO 11114-1:1997, Bouteilles à gaz transportables — Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets
avec les contenus gazeux — Partie 1: Matériaux métalliques.
1)
ISO 13769:— , Bouteilles à gaz — Marquage.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 9809, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
limite d’élasticité
valeur correspondant à la limite supérieure d'élasticité R ou, pour les aciers ne présentant pas de limite définie, la
eL
limite conventionnelle d'élasticitéà 0,2 %, R (allongement non proportionnel)
p0,2
[ISO 6892]
3.2
recuit de normalisation
traitement thermique au cours duquel une bouteille est portée à une température uniforme supérieure à celle du
point critique supérieur (Ac )de l’acier, puis est refroidie en air calme
3
3.3
revenu
traitement thermique d'adoucissement qui suit la trempe et au cours duquel la bouteille est portée à une
température uniforme inférieure à celle du point critique inférieur (Ac )de l'acier
1
3.4
lot
quantité pouvant atteindre 200 bouteilles plus celles nécessaires aux essais destructifs, de même diamètre
nominal, de même épaisseur et de même conception, fabriquées successivement à partir du même acier et ayant
subi le même traitement thermique pendant la même durée
NOTE Les longueurs des bouteilles d’un lot de traitement thermique peuvent varier jusqu'à ��12 %.
3.5
pression d’épreuve
p
h
pression requise appliquée pendant un essai de pression
NOTE Elle est utiliséepourlecalculdel'épaisseur de la paroi de la bouteille.
3.6
pression de rupture
p
b
pression la plus haute atteinte dans une bouteille lors d’un essai de rupture
1) À publier.
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3.7
facteur de contrainte théorique (variable)
F
rapport de la contrainte équivalente de paroi à la pression d’épreuve (p ) permettant de garantir une limite minimale
h
d'élasticité (R )
e
4 Symboles
a épaisseur minimale calculée de l'enveloppe cylindrique, exprimée en millimètres
a� épaisseur minimale garantie de l'enveloppe cylindrique, exprimée en millimètres
a épaisseur minimale garantie d'un fond concave au rayon de raccordement, exprimée en millimètres
1
(voir Figure 2)
a épaisseur minimale garantie au centre d'un fond concave, exprimée en millimètres (voir Figure 2)
2
A allongement pour cent après rupture
b épaisseur minimale garantie au centre d'un fond convexe, exprimée en millimètres (voir Figure 1)
c écart maximal autorisé du profil de rupture, exprimé en millimètres [voir Figure 5 b), c) et d)]
D diamètre extérieur nominal de conception de la bouteille, exprimé en millimètres (voir Figure 1)
D diamètre du mandrin de formage, exprimé en millimètres (voir Figure 8)
f
F facteur de contrainte théorique (variable) (voir 7.2)
h profondeur extérieure (fond concave), exprimée en millimètres (voir Figure 2)
H hauteur extérieure de la partie bombée (fond concave ou convexe), exprimée en millimètres
(voir Figure 1)
L longueur initiale entre repères, exprimée en millimètres, conformément à l'ISO 6892 (voir Figure 7)
o
n rapport du diamètre du mandrin de l'essai de pliage à l'épaisseur réelle de l'éprouvette (t)
2�
p pression de rupture mesurée, exprimée en bars , au-dessus de la pression atmosphérique
b
p pression d'épreuve hydraulique, exprimée en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
h
p pression de travail, exprimée en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
w
p pression à la limite élastique observée pendant l'essai d'éclatement hydraulique, expriméeenbars, au-
y
dessus de la pression atmosphérique
r rayon de raccordement interne, exprimé en millimètres (voir Figures 1 et 2)
R valeur minimale garantie de la limite d'élasticité,expriméeenmégapascals (voir 3.1)
e
5 5 2
2� 1 bar = 10 Pa = 10 N/m .
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R valeur réelle de la limite d'élasticité,expriméeenmégapascals, déterminée par l'essai de résistance à la
ea
traction (voir 10.2)
R valeur minimale garantie de la résistance à la traction, expriméeenmégapascals
g
R valeur réelle de la résistance à la traction, expriméeen mégapascals, déterminée par l'essai de résistance
m
à la traction (voir 10.2)
S sectioninitialedel'éprouvette de traction, exprimée en millimètres carrés, conformément à l'ISO 6892
o
t épaisseur réelle de l'éprouvette, exprimée en millimètres
u rapport de la distance entre les arêtes des lames ou les plateaux de l'essai d'aplatissement à l'épaisseur
moyenne des parois de la bouteille, en position d'essai
V contenance en eau de la bouteille, expriméeen litres
w largeur de l'éprouvette de traction, exprimée en millimètres (voir Figure 7)
5 Contrôle et essais
L'évaluation de la conformité doit être effectuée conformément aux règlements du ou des pays dans lesquels les
bouteilles sont utilisées.
Afin de s'assurer que les bouteilles sont conformes à la présente partie de l’ISO 9809, elles doivent être soumises
aux contrôles et essais des articles 9, 10 et 11 réalisés par un organisme de contrôle autorisé (nommé«le
contrôleur» par la suite) et reconnu dans les pays d'utilisation. Le contrôleur doit posséder les compétences
nécessaires au contrôle des bouteilles.
6Matériaux
6.1 Exigences générales
6.1.1 Les matériaux utilisés pour la fabrication des bouteilles à gaz à acier normalisé ou normalisé et revenu
destinés à un usage international doivent être ceux classésgénéralement dans la catégorie des aciers au carbone,
aciers au carbone-manganèse ou aciers au manganèse-molybdène. La résistance à la traction maximale pour les
bouteilles fabriquées à partir de ces aciers ne doit pas dépasser 800 MPa.
D’autres aciers autorisés dans l’ISO 9809-1 ou dans l’ISO 9809-2 pour les bouteilles trempées et revenues
peuvent être utilisés et soumis à un recuit de normalisation et à un revenu tels que spécifiésen6.3,pourvuqu’ils
satisfassent également aux exigences d’essai telles que stipulées dans l’ISO 9809-1, et que la résistance à la
traction maximale R ne dépasse pas 950 MPa.
m
L’acier utilisé doit faire partie de l'une des catégories suivantes:
a) aciers pour bouteilles reconnus sur le plan international;
b) aciers pour bouteilles reconnus sur le plan national;
c) nouvelles catégories d'acier pour bouteilles, résultant de progrès techniques.
6.1.2 Les matériaux utilisés pour la fabrication des bouteilles à gaz doivent être des aciers, autre que des aciers
effervescents, présentant des qualités de non-vieillissement, et doivent être calmés à l’aluminium ou au silicium. La
teneur en aluminium doit être d’au moins 0,015 %.
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Lorsque le client demande la vérification des qualités de non-vieillissement, les critères à prendre en compte
doivent être spécifiés d'un commun accord et apparaître dans la commande.
6.1.3 Le fabricant de bouteilles doit établir des moyens permettant d'identifier les bouteilles avec les coulées à
partir desquelles elles ont été fabriquées.
6.1.4 Les nuances d’acier utilisées pour la fabrication des bouteilles doivent être compatibles avec le service de
gaz prévu, par exemple gaz corrosifs, gaz fragilisants (voir ISO 11114-1).
6.2 Contrôles de la composition chimique
6.2.1 La composition chimique de tous les aciers doit être définieauminimum par:
� la teneur en carbone, manganèse et silicium dans tous les cas;
� la teneur en chrome, nickel et molybdène ou d’autres éléments d'alliage ajoutés intentionnellement à l’acier;
� la teneur maximale en soufre et phosphore dans tous les cas.
Les teneurs en carbone, manganèse, silicium et, le cas échéant, en chrome, nickel et molybdène, doivent être
données avec des tolérances telles que les différences entre les valeurs maximales et minimales obtenues lors de
l’analyse de couléen'excèdent pas les valeurs données dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Tolérances sur la composition chimique
Teneur maximale Plage admissible
Élément
Fraction massique en % Fraction massique en %
� 0,30
0,06
Carbone
W 0,30 0,07
Manganèse Toutes valeurs 0,30
Silicium Toutes valeurs 0,30
Molybdène Toutes valeurs 0,15
La teneur réelle de chaque élément volontairement ajouté doit être notée et leur teneur maximale doit être
représentative d'une bonne expérience de la fabrication de l'acier.
6.2.2 Sauf pour les aciers conformes aux exigences de l’ISO9809-1oudel’ISO 9809-2, les limites suivantes en
carbone, en manganèse, en soufre, en phosphore et autres éléments d’alliage, ne doivent pas être dépassées
dans l’analyse sur couléedu matériau utilisé.
Carbone 0,45 %
Manganèse 1,70 %
Chrome 0,20 %
Nickel 0,20 %
Cuivre 0,20 %
Valeur combinéedemicroéléments d’alliage:
c’est-à-dire V,Nb,Ti,B,Zr,Sn 0,15%
Soufre 0,020 %
Phosphore 0,020 %
Soufre + Phosphore 0,030 %
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6.2.3 Le fabricant de bouteilles doit obtenir et fournir les certificats d'analyses (thermiques) de coulée des aciers
fournis pour la fabrication des bouteilles à gaz.
Lorsque des analyses de vérification sont exigées, elles doivent être réalisées soit sur des échantillons prélevés
pendant la fabrication sur le matériau tel que fourni par l'aciériste au fabricant de bouteilles, soit sur des bouteilles
finies. Dans toute analyse de vérification, les écarts maximaux admissibles par rapport aux limites spécifiées sur
lesanalysesdecouléedoivent être conformes aux valeurs spécifiées dans l'ISO 2604-2.
6.3 Traitement thermique
Le procédé de traitement thermique appliqué aux bouteilles finies doit être soit le recuit de normalisation, soit le
recuit de normalisation et le revenu. Le fabricant de bouteilles doit certifier le procédé de traitement thermique
appliqué.
Le procédé de traitement thermique doit permettre d'obtenir les propriétésmécaniques requises.
Pour une résistance à la traction donnée, la température réelle appliquée à un type d'acier ne doit pas s'écarter de
plus de 30 °C de celle indiquée par le fabricant de bouteilles.
6.4 Exigences d’essai
Le matériau des bouteilles finies doit satisfaire aux exigences des articles 9, 10 et 11.
6.5 Non-conformité aux exigences relatives aux essais
En cas de non-conformité aux exigences d’essai, un contre-essai ou un nouveau traitement thermique suivi d'un
nouvel essai doivent être effectués de la manière suivante à la satisfaction du contrôleur:
a) Lorsqu'il est prouvé qu'une erreur a été commise dans l'exécution de l'essai ou dans le cas d'une erreur de
mesurage, un nouvel essai doit être effectué. Si ce dernier est satisfaisant, le premier essai doit être ignoré.
b) Si l'essai a été réalisé de façon satisfaisante, la cause de la non-conformité de l'essai doit être identifiée.
1) Si la non-conformité est due au traitement thermique appliqué, le fabricant peut soumettre toutes les
bouteilles non conformes à un nouveau traitement thermique, c'est-à-dire si la non-conformité concerne
un essai des bouteilles du lot ou des prototypes, la non-conformité de l'essai doit faire l'objet d'un nouveau
traitement thermique de toutes les bouteilles représentatives avant le contre-essai; toutefois, si la non-
conformité alieu demanière sporadique lors d'un essai appliquéà chaque bouteille, seules les bouteilles
non conformes à l'essai doivent nécessiter un nouveau traitement thermique et un contre-essai.
Ce nouveau traitement thermique doit consister en un nouveau recuit de normalisation ou en un nouveau
recuit suivi d'un revenu ou en un nouveau revenu.
Lorsque les bouteilles sont soumises à un nouveau traitement thermique, l'épaisseur minimale garantie de
la paroi doit être conservée.
Seuls les essais applicables à un prototype ou à un lot doivent être réalisés une nouvelle fois pour prouver
la conformité du nouveau lot. Si un ou plusieurs d'entre eux ne sont pas satisfaisants, même
partiellement, toutes les bouteilles du lot doivent être refusées.
2) Si la non-conformité est due à autre chose que le traitement thermique appliqué, toutes les bouteilles
défectueuses doivent être refusées ou réparées par une méthode approuvée. Si les bouteilles réparées
réussissent le ou les essais requis pour la réparation, elles doivent être de nouveau considérées comme
faisant partie du lot initial.
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ISO 9809-3:2000(F)
7 Conception
7.1 Exigences générales
7.1.1 Le calcul de l'épaisseur de la paroi des parties soumises à des pressions doit prendre en compte la valeur
minimalegarantiedelalimited'élasticité, R ,dumatériau.
e
7.1.2 Pour les besoins des calculs, la valeur de R ne doit pas dépasser 0,75R .
e g
7.1.3 La pression interne, sur laquelle repose le calcul de l'épaisseur de paroi, doit êtrelapression d'épreuve
hydraulique p .
h
7.2 Calcul de l’épaisseur de l’enveloppe cylindrique
L'épaisseur minimale garantie de la paroi de l'enveloppe cylindrique a� ne doit pas être inférieure à l’épaisseur
calculée à l’aide des équations (1) et (2) et la condition supplémentaire (3) doit également être remplie:
��
10FR � 3 p
D
eh
a��1 (1)
��
21��0FR
e
��
où Fu 0,85
et que l'épaisseur de la paroi doit aussi satisfaire la formule:
D
aW �1 (2)
250
avec un minimum absolu de a � 1,5 mm.
Le rapport de rupture
p / p W 1,22/(R /R ) (3)
b h e g
doit être satisfait par l'essai.
NOTE Il est généralement admis que p � 1,5 � p pour les gaz permanents pour des bouteilles conçues et fabriquées
h w
conformément à la présente partie de l'ISO 9809.
7.3 Calcul des extrémités convexes (ogives et fonds)
7.3.1 L'épaisseur, b, au centre d’une extrémité convexe ne doit pas être inférieure à celle requise pour satisfaire
au critère suivant.
Si le rayon de la jointure interne, r, n'est pas inférieur à 0,075D,alors:
bW 1,5a pour 0,20u H / D � 0,40
bW a pour H / DW 0,40
Afin d'obtenir une répartition satisfaisante des contraintes dans la zone de raccordement de l'extrémité convexe à
l’enveloppe, toute augmentation nécessaire de l'épaisseur de l’extrémité doit être progressive à partir du point de
raccordement. Pour l'application de cette règle, le point de raccordement sur la Figure 1 entre l'enveloppe et
l'extrémité est défini par une ligne horizontale indiquant la cote H.
La forme B ne doit pas être exclue de cette exigence.
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7.3.2 Le fabricant de bouteilles doit prouver par l'essai cyclique de pression, détaillé en 9.2.3, que la conception
est satisfaisante.
La Figure 1 montre des configurations types d'ogives et de fonds convexes. Les formes A, B, D et E représentent
des fonds et les formes C et F représentent des ogives.
Légende
1 Partie cylindrique
Figure 1 — Fonds convexes et ogives typiques
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ISO 9809-3:2000(F)
7.4 Calcul des fonds concaves
Lorsque les bouteilles sont à fond concave (voir Figure 2), il est recommandé d'utiliser les valeurs de conception
suivantes:
a W 2a
1
a W 2a
2
hW 0,12D
rW 0,075D
Le dessin de conception doit au moins montrer les valeurs pour a , a , h et r.
1 2
Afin d'obtenir une répartition satisfaisante des contraintes, l'épaisseur de la paroi de la bouteille doit être
progressive dans la zone de transition entre la partie cylindrique et le fond.
Le fabricant de bouteilles doit dans tous les cas prouver par l'essai cyclique de pression, détaillé en 9.2.3, que la
conception est satisfaisante.
Figure 2 — Fonds concaves
7.5 Conception du goulot
7.5.1 Le diamètre extérieur du goulot et l'épaisseur de sa paroi doivent être compatibles avec le couple appliqué
lors du montage du robinet sur la bouteille. Ce couple peut varier selon le diamètre, la forme du filetage ainsi que
selon le moyen d'étanchéité utilisé dans le montage du robinet. (Pour des conseils relatifs aux couples, se reporter
à l'ISO 13341.)
7.5.2 Lors de la déterminationdel'épaisseur minimale, il faut prendre en considération le fait que l’épaisseur de
paroi doit empêcher toute dilatation permanente du goulot au cours du montage initial ou des montages ultérieurs
du robinet sur la bouteille, sans aide d'une pièce rapportée, telle qu’une collerette.
7.6 Frettes de pied
Lorsque qu'une frette de pied est fournie, elle doit être suffisamment résistante et réalisée dans un matériau
compatible avec celui de la bouteille. Il convient que sa forme soit de préférence cylindrique et qu'elle donne à la
bouteille une stabilité suffisante. La frette de pied doit être fixée sur la bouteille par une méthode autre que le
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ISO 9809-3:2000(F)
soudage, le brasage dur ou le brasage tendre. Tous les interstices pouvant constituer des retenues d'eau doivent
être rendus étanches par une méthode autre que le soudage, le brasage dur ou le brasage tendre.
7.7 Collerettes
Lorsqu'une collerette est prévue, elle doit être suffisamment résistante et réaliséedans unmatériau compatible
avec celui de la bouteille, et elle doit être solidement fixée sur la bouteille par une méthode autre que le soudage,
le brasage dur ou le brasage tendre.
Le fabricant doit s'assurer que la charge axiale à appliquer pour retirer la collerette est supérieure à 10 fois la
masse de la bouteille à vide et au moins égale à 1 000 N, et que le couple minimal nécessaire pour la faire tourner
est supérieur à 100 N�m.
7.8 Dessin de conception
Un dessin indiquant toutes les cotes ainsi que les spécifications du matériau doit être réalisé.
Les valeurs minimales requises de résistance aux chocs doivent être prises en considération à la température de
service la plus basse, qui peut être de – 20 °Cou de – 50 °C (voir 10.4, Tableau 3). La température de service
minimale admissible doit être spécifiée sur le dessin.
8 Fabrication et exécution
8.1 Généralités
La bouteille doit être réalisée par
a) forgeage ou par matri
...
Questions, Comments and Discussion
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