ISO 9809-2:2019
(Main)Gas cylinders — Design, construction and testing of refillable seamless steel gas cylinders and tubes — Part 2: Quenched and tempered steel cylinders and tubes with tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa
Gas cylinders — Design, construction and testing of refillable seamless steel gas cylinders and tubes — Part 2: Quenched and tempered steel cylinders and tubes with tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa
This document specifies minimum requirements for the material, design, construction and workmanship, manufacturing processes, examination and testing at time of manufacture for refillable seamless steel gas cylinders and tubes with water capacities up to and including 450 l. it is applicable to cylinders and tubes for compressed, liquefied and dissolved gases and for quenched and tempered steel cylinders and tubes with an actual tensile strength Rma ≥ 1 100 MPa. It is not applicable to cylinders and tubes with Rma, max > 1 300 MPa for diameters >140 mm and guaranteed wall thicknesses a′ ≥ 12 mm and for cylinders and tubes with Rma, max > 1 400 MPa for diameters ≤140 mm and guaranteed wall thicknesses a′ ≥ 6 mm because, beyond these limits, additional requirements can apply.
Bouteilles à gaz — Conception, construction et essais des bouteilles à gaz et des tubes rechargeables en acier sans soudure — Partie 2: Bouteilles et tubes en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction supérieure ou égale à 1 100 MPa
Le présent document spécifie les exigences minimales concernant le matériau, la conception, la construction et la mise en œuvre, les procédés de fabrication, les examens et les essais au moment de la fabrication des bouteilles à gaz et des tubes rechargeables en acier sans soudure d'une contenance en eau inférieure ou égale à 450 l. Il s'applique aux bouteilles et tubes pour les gaz comprimés, liquéfiés et dissous, ainsi qu'aux bouteilles et tubes en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction réelle Rma ≥ 1 100 MPa. Il ne s'applique pas aux bouteilles et tubes ayant Rma, max > 1 300 MPa pour les diamètres > 140 mm et les épaisseurs garanties de paroi a′ ≥ 12 mm, ni aux bouteilles et tubes ayant Rma, max > 1 400 MPa pour les diamètres ≤ 140 mm et les épaisseurs garanties de paroi a′ ≥ 6 mm car, au-delà de ces limites, des exigences supplémentaires peuvent s'appliquer.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9809-2
Third edition
2019-08
Gas cylinders — Design, construction
and testing of refillable seamless steel
gas cylinders and tubes —
Part 2:
Quenched and tempered steel
cylinders and tubes with tensile
strength greater than or equal to
1 100 MPa
Bouteilles à gaz — Conception, construction et essais des bouteilles à
gaz et des tubes rechargeables en acier sans soudure —
Partie 2: Bouteilles et tubes en acier trempé et revenu ayant une
résistance à la traction supérieure ou égale à 1 100 MPa
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 3
5 Inspection and testing . 4
6 Materials . 4
6.1 General requirements . 4
6.2 Controls on chemical composition . 5
6.3 Heat treatment . 6
6.4 Failure to meet test requirements . 6
7 Design . 7
7.1 General requirements . 7
7.2 Limitation on tensile strength . 7
7.3 Design of cylindrical shell thickness . 7
7.4 Design of convex ends (heads and bases). 8
7.5 Design of concave base ends . 8
7.6 Neck design .10
7.7 Foot rings .11
7.8 Neck rings .11
7.9 Design drawing .11
8 Construction and workmanship .11
8.1 General .11
8.2 Wall thickness .11
8.3 Surface imperfections .12
8.4 Ultrasonic examination .12
8.5 Out-of-roundness .12
8.6 Mean diameter .12
8.7 Straightness .12
8.8 Verticality and stability .12
8.9 Neck threads .13
9 Type approval procedure .13
9.1 General requirements .13
9.2 Prototype tests .14
9.2.1 General requirements .14
9.2.2 Verification of hardness/tensile correlation .15
9.2.3 Pressure cycling test .16
9.2.4 Flawed cylinder burst test .17
9.2.5 Flawed cylinder cycle test .19
9.2.6 Base check .20
9.2.7 Bend test and flattening test .20
9.2.8 Torque test for taper thread only .21
9.2.9 Shear stress calculation for parallel threads .21
9.3 Type approval certificate.22
10 Batch tests .22
10.1 General requirements .22
10.2 Tensile test .24
10.3 Impact test .25
10.4 Hydraulic bursting test .27
10.4.1 Test installation . .27
10.4.2 Test conditions.28
10.4.3 Interpretation of test results .29
11 Tests/examinations on every cylinder .30
11.1 General .30
11.2 Hydraulic test .30
11.2.1 Proof pressure test .30
11.2.2 Volumetric expansion test .30
11.3 Hardness test .30
11.4 Leak test .31
11.5 Capacity check .31
12 Certification .31
13 Marking .31
Annex A (normative) Description and evaluation of manufacturing imperfections in
seamless gas cylinders .32
Annex B (normative) Ultrasonic examination .45
Annex C (informative) Example of type approval certificate .50
Annex D (informative) Example of acceptance certificate .51
Annex E (informative) Bend stress calculation.54
Annex F (informative) An example of shear strength calculation for parallel threads .55
Bibliography .57
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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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 3,
Cylinder design.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 9809-2:2010), which has been technically
revised. The changes compared to the previous edition are as follows:
— water capacity extended from below 0,5 l and up to and including 450 l;
— batch size for tubes now introduced;
— bend test retained only for prototype tests;
— test requirements for check analysis (tolerances modified);
— new test requirements for threads introduced including an informative Annex F;
— original European Annexes now incorporated into the body of this document;
— Annex A "Manufacturing imperfections" now aligned with ISO/TR 16115.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
Introduction
This document provides a specification for the design, manufacture, inspection and testing of a
seamless steel cylinder and tube. The objective is to balance design and economic efficiency against
international acceptance and universal utility.
ISO 9809 (all parts) aims to eliminate existing concern; about climate, duplicate inspections and
restrictions because of a lack of definitive International Standards.
This document is intended to be used under a variety of regulatory regimes, and has been written so
[11]
that it is suitable to be referenced in the UN Model Regulations .
vi © ISO 2019 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 9809-2:2019(E)
Gas cylinders — Design, construction and testing of
refillable seamless steel gas cylinders and tubes —
Part 2:
Quenched and tempered steel cylinders and tubes with
tensile strength greater than or equal to 1 100 MPa
1 Scope
This document specifies minimum requirements for the material, design, construction and
workmanship, manufacturing processes, examination and testing at time of manufacture for refillable
seamless steel gas cylinders and tubes with water capacities up to and including 450 l.
it is applicable to cylinders and tubes for compressed, liquefied and dissolved gases and for quenched
and tempered steel cylinders and tubes with an actual tensile strength R ≥ 1 100 MPa.
ma
It is not applicable to cylinders and tubes with R > 1 300 MPa for diameters >140 mm and
ma, max
guaranteed wall thicknesses a′ ≥ 12 mm and for cylinders and tubes with > 1 400 MPa for
Rma, max
diameters ≤140 mm and guaranteed wall thicknesses a′ ≥ 6 mm because, beyond these limits, additional
requirements can apply.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 148-1, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method
ISO 6506-1, Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method
ISO 6508-1, Metallic materials — Rockwell hardness test — Part 1: Test method
ISO 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
ISO 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO 10286, Gas cylinders — Terminology
ISO 11114-1, Gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents — Part 1:
Metallic materials
ISO 11114-4, Transportable gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas
contents — Part 4: Test methods for selecting steels resistant to hydrogen embrittlement
ISO 13341, Gas cylinders — Fitting of valves to gas cylinders
ISO 13769, Gas cylinders — Stamp marking
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10286 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
batch
quantity of up to 200 for cylinders and up to 50 for tubes, plus cylinders/tubes for destructive testing
of the same nominal diameter, thickness, length and design made successively on the same equipment,
from the same cast of steel and subjected to the same heat treatment for the same duration of time
Note 1 to entry: In this document where not specifically mentioned for “cylinder/tube” only the term “cylinder”
will be used.
3.2
burst pressure
p
b
highest pressure reached in a cylinder during a burst test
3.3
design stress factor
F
ratio of equivalent wall stress at test pressure, p , to guaranteed minimum yield strength, R
h eg
3.4
quenching
hardening heat treatment in which a cylinder, which has been heated to a uniform temperature above
the upper critical point, Ac , of the steel, is cooled rapidly in a suitable medium
3.5
reject
cylinder that has been set aside (Level 2 or Level 3) and not allowed to enter into service
3.6
rendered unserviceable
cylinder that has been treated in such a way as to render it impossible for it to enter into service
Note 1 to entry: Examples for acceptable methods to render cylinders unserviceable can be found in ISO 18119.
Any actions on cylinders rendered unserviceable are outside the scope of this document.
3.7
repair
action to return a rejected cylinder to a Level 1 condition
3.8
tempering
toughening heat treatment which follows quenching, in which the cylinder is heated to a uniform
temperature below the lower critical point, Ac , of the steel
3.9
test pressure
p
h
required pressure applied during a pressure test
Note 1 to entry: Test pressure is used for cylinder wall thickness calculation.
3.10
working pressure
settled pressure of a compressed gas at a uniform reference temperature of 15 °C in a full gas cylinder
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3.11
yield strength
stress value corresponding to the upper yield strength, R , or for steels which do not exhibit a defined
eH
yield, the 0,2 % proof strength (non-proportional extension), R
p0,2
Note 1 to entry: See ISO 6892-1.
4 Symbols
A percentage elongation after fracture
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)
a guaranteed minimum thickness, in millimetres, at the centre of a concave base (see Figure 2)
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 13)
d depth of artificial flaw, in millimetres, in flawed cylinder burst test and flawed cylinder cycle
test (see Figure 5)
D nominal outside diameter of the cylinder, in millimetres (see Figure 1 and Figure 2)
D external diameter, in millimetres, of cutter milling tool for flawed cylinder burst test and
c
flawed cylinder cycle test (see Figure 5)
D diameter, in millimetres, of former (see Figure 6)
f
F design stress factor (variable) (see 3.3)
H outside height, in millimetres, of domed part (convex head or base end) (see Figure 1)
h outside depth (concave base end), in millimetres (see Figure 2)
l length of artificial flaw, in millimetres, in flawed cylinder burst test and flawed cylinder
o
cycle test (see Figure 5)
L length of cylindrical part of the cylinder, in millimetres (see Figure 3)
L original gauge length, in millimetres, as defined in ISO 6892-1 (see Figure 8)
o
p measured burst pressure, in bars, above atmospheric pressure
b
NOTE 1 bar = 10 Pa = 0,1 MPa.
p measured failure pressure, in bars, above atmospheric pressure
f
p hydraulic test pressure, in bars, above atmospheric pressure
h
p observed pressure when cylinder starts yielding during hydraulic bursting test, in bars,
y
above atmospheric pressure
r inside knuckle radius, in millimetres (see Figure 1 and Figure 2)
r cutter tip radius of milling tool for artificial flaw, in millimetres, for flawed cylinder burst
c
test and flawed cylinder cycle test (see Figure 5)
R minimum guaranteed value of the yield strength (see 7.1.1), in megapascals, for the finished
eg
cylinder
R actual value of the yield strength, in megapascals, as determined by the tensile test
ea
(see 10.2)
R minimum guaranteed value of the tensile strength, in megapascals, for the finished cylinder
mg
R actual value of tensile strength, in megapascals, as determined by the tensile test (see 10.2)
ma
R maximum actual value of the tensile strength range, in megapascals
ma, max
R minimum actual value of the tensile strength range, in megapascals
ma, min
S original cross-sectional area of tensile test piece, in square millimetres, in accordance with
o
ISO 6892-1
t actual thickness of the test specimen, in millimetres
t average cylinder wall thickness at position of testing during the flattening test, in millimetres
m
V water capacity of cylinder, in litres
w width, in millimetres, of the tensile test piece (see Figure 8)
5 Inspection and testing
Assessment of conformity to this international standard shall take into account the applicable
regulations of the countries of use.
To ensure that cylinders conform to this document, they shall be subject to inspection and testing in
accordance with Clauses 9, 10 and 11.
Tests and examinations performed to demonstrate compliance with this document shall be conducted
using instruments calibrated before being put into service and thereafter according to an established
programme.
6 Materials
6.1 General requirements
6.1.1 Materials for the manufacture of gas cylinders 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.
For all categories, the relevant conditions specified in 6.2 and 6.3 shall be satisfied.
6.1.2 The material used for the manufacture of gas cylinders shall be steel, other than rimming quality,
with non-ageing properties and shall be fully killed with aluminium and/or silicon.
In cases where examination of this non-ageing property is required by the customer, the criteria by
which it is to be specified should be agreed with the customer and inserted in the order.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
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 High strength cylinders made in accordance with this document are normally not compatible
with corrosive or embrittling gases (see ISO 11114-1). They may nevertheless be used with these gases
provided that their compatibility is proven by a recognized test method, e.g. ISO 11114-4.
6.1.5 Wherever continuously cast billet material is used, the manufacturer shall ensure that there are
no deleterious imperfections (porosity) in the material to be used for making cylinders (see 9.2.6).
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.
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
Element Maximum content Permissible range Check analysis
(mass fraction) (mass fraction)
Deviation from the
limits specified for the
cast analyses
(mass fraction)
% % %
Carbon <0,30 0,03
±0,02
≥0,30 0,04
Manganese All values 0,20 ≤1,00 ± 0,04
>1,00 ≤ 1,70 ± 0,05
Silicon All values 0,15 ±0,03
Chromium <1,20 0,20 ≤2,00 ± 0,05
≥1,20 0,30 >2,00 ≤ 2,20 ± 0,10
Nickel All values 0,30 ≤2,00 ± 0,05
>2,00 ≤ 4,30 ± 0,07
Molybdenum <0,50 0,10 ≤0,30 ± 0,03
≥0,50 0,15
>0,30 ≤ 0,60 ± 0,04
The combined content of the following elements: vanadium, niobium, titanium, boron and zirconium,
shall not exceed 0,15 %.
The actual content of any element deliberately added shall be reported and their maximum content
shall be representative of good steel making practice.
6.2.2 Sulfur and phosphorus in the cast analysis of material used for the manufacture of gas cylinders
shall not exceed the values shown in Table 2.
Table 2 — Maximum sulfur and phosphorus limits in % (mass fraction)
Sulfur 0,005
Phosphorus 0,015
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 steel maker 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 Table 1.
6.3 Heat treatment
6.3.1 The cylinder manufacturer shall certify the heat treatment process applied to the finished
cylinders.
6.3.2 Quenching in media other than mineral oil is permissible, provided that:
— the method produces cylinders free of cracks;
— the manufacturer ensures that the rate of cooling does not produce any cracks in the cylinder;
— every production cylinder is subjected to a method of non-destructive testing to prove freedom
from cracks, if the average rate of cooling in the medium is greater than 80 % of that in water at
20 °C without additives;
— during the production of cylinders, the concentration of the quenchant is checked and recorded
during every shift to ensure that the limits are maintained. Further documented checks shall be
carried out to ensure that the chemical properties of the quenchant are not degraded.
6.3.3 The tempering 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.
6.4 Failure to meet test requirements
In the event of failure to meet the 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 only one further heat treatment, e.g. 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.
This reheat treatment shall consist of re-tempering or re-quenching and tempering.
Whenever cylinders are reheat treated, the minimum guaranteed wall thickness shall be
maintained.
6 © ISO 2019 – All rights reserved
Only the relevant prototype or batch tests needed to prove the acceptability of the new batch
shall be performed again. If one or more tests 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 cylinders with imperfections
shall be either rejected or repaired such that the repaired cylinders pass the test(s) required for the
repair. They shall then 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 strength, R , of the material in the finished cylinder.
eg
7.1.2 Cylinders shall be designed with one or two openings along the central cylinder axis only.
7.1.3 For calculation purposes, the value of R shall not exceed 0,90 R .
eg mg
7.1.4 The internal pressure upon which the calculation of wall thickness is based shall be the hydraulic
test pressure p .
h
7.2 Limitation on tensile strength
The maximum value of the tensile strength is limited by the ability of the steel to meet the
requirements of Clauses 9 and 10. The maximum range of tensile strength shall be 120 MPa (i.e.
R − R ≤ 120 MPa).
ma, max ma, min
However, the actual value of the tensile strength as determined in 10.2 shall not exceed 1 300 MPa for
cylinders with an outside diameter greater than 140 mm, and 1 400 MPa for cylinders with an outside
diameter equal to or less than 140 mm.
7.3 Design of cylindrical shell thickness
The guaranteed minimum thickness of the cylindrical shell, a′, shall not be less than the thickness
calculated using Formulae (1) and (2), and additionally condition (3) shall be satisfied:
10 FR − 3p
D
eg h
a=− 1 (1)
2 10 FR
eg
0,65
where the value of F is the lesser of or 0,77.
RR/
eg mg
R /R shall not exceed 0,90.
eg mg
The wall thickness shall also satisfy Formula (2):
D
a≥+1 (2)
with an absolute minimum of a = 1,5 mm.
The burst ratio shall be satisfied by test as given in Formula (3):
pp/,≥16 (3)
bh
NOTE 1 If the result of these requirements is a guaranteed thickness of the cylindrical shell a′ ≥12 mm for
diameter D ≥ 140 mm, or a guaranteed thickness of the cylindrical shell, a′ ≥ 6 mm for diameter D ≤ 140 mm, such
a design is outside the scope of this document (see Clause 1).
NOTE 2 It is generally assumed that p = 1,5 times working pressure for compressed gases for cylinders
h
designed and manufactured to this document.
NOTE 3 For some applications such as tubes assembled in batteries to equip trailers or skids (ISO modules) or
MEGCs for the transportation and distribution of gases, it is important that stresses associated with mounting
the tube (e.g. bending stresses, see Annex E, torsional stresses, dynamic loadings) are considered by the assembly
manufacturer and the tube manufacturer.
NOTE 4 In addition, during hydraulic pressure testing, tubes could be supported or lifted by their necks;
therefore, potential bending stresses are considered. For general guidance, see Annex E.
7.4 Design of convex ends (heads and bases)
7.4.1 When convex base ends (see Figure 1) are used, 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
b ≥ 1,5 a for 0,40 > H/D ≥ 0,20;
b ≥ a for H/D ≥ 0,40.
To obtain a satisfactory stress distribution in the region where the end joins the shell, any thickening
of the end when required shall be gradual from the point of juncture, particularly at the base. For the
application of this rule, the point of juncture between the shell and the end is defined by the horizontal
lines indicating dimension H in Figure 1.
7.4.2 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), c) and d) are base
ends and shape b) is a head.
7.5 Design of concave base ends
When concave base ends (see Figure 2) are used, the following design values are recommended:
a ≥ 2a
a ≥ 2a
h ≥ 0,12D
r ≥ 0,075D
The design drawing shall at least show values for a , a , h and r.
1 2
8 © ISO 2019 – All rights reserved
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.
a) b)
c) d)
Key
1 cylindrical part
Figure 1 — Typical convex ends
Figure 2 — Concave base end
7.6 Neck design
7.6.1 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 valve/fitting
type (e.g. plugs), diameter of thread, the form of thread and the sealant used in the fitting of the valve.
10 © ISO 2019 – All rights reserved
NOTE For guidance on torques, see ISO 13341.
7.6.2 In establishing the minimum thickness, the thickness of wall in the cylinder neck shall prevent
permanent expansion of the neck during the initial and subsequent fittings of the valve into the cylinder
without support of an attachment. The external diameter and thickness of the formed neck end of the
cylinder shall not be damaged (no permanent expansion or crack) by the application of the maximum
design torque required to fit the valve to the cylinder (see ISO 13341) and the stresses when the cylinder
is subjected to its test pressure. In specific cases (e.g. very thin walled cylinders), where these stresses
cannot be supported by the neck itself, the neck may be designed to require reinforcement, such as a
neck ring or shrunk on collar, provided the reinforcement material and dimensions are clearly specified
by the manufacturer and this configuration is part of the type approval procedure (see 9.2.8 and 9.2.9).
7.7 Foot rings
When a foot ring is provided, it shall be made of material compatible with that of the cylinder. The shape
should preferably be cylindrical and shall give the cylinder stability. The foot ring shall be secured to
the cylinder by a method other than welding, brazing or soldering. Any gaps which can form water traps
shall be sealed by a method other than welding brazing or soldering. This is particularly important in
the case of high strength cylinders.
7.8 Neck rings
When a neck ring is provided, it shall be s 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 Nm.
7.9 Design drawing
A fully dimensioned drawing shall be prepared, which includes the specification of the material and
details relevant to the design of the permanent fittings. Dimensions of non-safety related fittings can
be agreed on between the customer and manufacturer and need not be shown on the design drawing.
8 Construction and workmanship
8.1 General
The cylinder shall be produced by
a) forging or drop forging from a solid ingot or billet,
b) manufacturing from seamless tube, or
c) pressing from a flat plate.
Metal shall not be added in the process of closure of the end. Manufacturing defects shall not be
corrected by plugging of bases (e.g. addition of metal by welding).
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 imperfections
The internal and external surfaces of the finished cylinder shall be free from imperfections which could
adversely affect the safe working of the cylinder.
For examples of imperfections and assistance on their evaluation, see Annex A.
8.4 Ultrasonic examination
8.4.1 After completion of the final heat treatment and after the final cylindrical wall thickness has
been achieved each cylinder shall be ultrasonically examined for internal, external and sub-surface
imperfections in accordance with Annex B.
8.4.2 In addition to the ultrasonic examination as specified in 8.4.1, the cylindrical area to be closed
(that creates the shoulder and in case of cylinders made from tube, also the base) shall be ultrasonically
examined prior to the forming process to detect any defects that after closure could be positioned in the
cylinder ends.
In case of cylinders produced from tube (provided that the thickness of the tube is unaltered) this
additional test is not required if the tube is 100 % ultrasonically tested before closure of the ends in
accordance with Annex B.
The test shall be performed as close as possible to the open end of the shell.
The untested area shall extend to a length of not more than 40 mm from the open end of the shell.
In both 8.4.1 and 8.4.2 it is not required to perform the ultrasonic examination for small cylinders with
a cylindrical length of less than 200 mm or where the product of p × V < 600 bar · l.
h
NOTE This examination does not necessarily cover the tests required in 6.3.2.
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 outside diameter of the cylindrical part outside the transition zones on a cross-section shall
not deviate by more than ±1 % from the nominal design outside diameter.
8.7 Straightness
The maximum deviation (b) of the cylindrical part of the shell (l ) from a straight line shall not exceed
3 mm per metre length (see Figure 3).
8.8 Verticality and stability
For a cylinder designed to stand on its base, the deviation from vertical (a) shall not exceed 10 mm per
metre length (l ) (see Figure 3), and the outer diameter of the surface in contact with the ground is
recommended to be greater than 75 % of the nominal outside diameter.
12 © ISO 2019 – All rights reserved
a
Maximum 0,01 × l (see 8.8).
b
Maximum 0,003 × l (see 8.7).
Figure 3 — Deviation of cylindrical part of shell from a straight line and from vertical
8.9 Neck threads
The internal neck threads shall conform to a recognized standard agreed on between the parties to
permit the use of a corresponding valve, thus minimizing neck stresses following the valve torqueing
operation. Internal nec
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 9809-2
Troisième édition
2019-08
Bouteilles à gaz — Conception,
construction et essais des bouteilles
à gaz et des tubes rechargeables en
acier sans soudure —
Partie 2:
Bouteilles et tubes en acier trempé
et revenu ayant une résistance à la
traction supérieure ou égale à 1 100
MPa
Gas cylinders — Design, construction and testing of refillable
seamless steel gas cylinders and tubes —
Part 2: Quenched and tempered steel cylinders and tubes with tensile
strength greater than or equal to 1 100 MPa
Numéro de référence
©
ISO 2019
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 3
5 Contrôles et essais . 4
6 Matériaux . 5
6.1 Exigences générales . 5
6.2 Contrôle de la composition chimique. 5
6.3 Traitement thermique . 6
6.4 Non-respect des exigences relatives aux essais. 7
7 Conception . 7
7.1 Exigences générales . 7
7.2 Limitation de la résistance à la traction . 8
7.3 Conception de l’épaisseur de l’enveloppe cylindrique . 8
7.4 Conception des extrémités convexes (ogives et fonds) . 9
7.5 Conception des fonds concaves . 9
7.6 Conception du goulot .11
7.7 Frettes de pied .11
7.8 Collerettes .11
7.9 Plan de conception .12
8 Construction et exécution .12
8.1 Généralités .12
8.2 Épaisseur de la paroi.12
8.3 Imperfections de surface .12
8.4 Contrôle ultrasons .12
8.5 Ovalisation .13
8.6 Diamètre moyen.13
8.7 Rectitude .13
8.8 Verticalité et stabilité .13
8.9 Filetage du goulot .13
9 Procédure d’approbation de type .14
9.1 Exigences générales .14
9.2 Essais de prototype .15
9.2.1 Exigences générales .15
9.2.2 Vérification de la corrélation entre la dureté et la résistance à la traction .16
9.2.3 Essai de cyclage en pression .17
9.2.4 Essai de rupture de la bouteille entaillée .18
9.2.5 Essai de cyclage en pression de la bouteille entaillée .20
9.2.6 Vérification du fond .21
9.2.7 Essai de pliage et essai d’aplatissement .21
9.2.8 Essai de serrage pour filetage conique uniquement .22
9.2.9 Calcul de la contrainte de cisaillement pour les filetages parallèles .22
9.3 Certificat d’approbation de type .23
10 Essais par lot .23
10.1 Exigences générales .23
10.2 Essai de traction .25
10.3 Essai de résistance aux chocs .26
10.4 Essai de rupture hydraulique .29
10.4.1 Installation d’essai .29
10.4.2 Conditions d’essai .30
10.4.3 Interprétation des résultats .30
11 Essais/examens sur chaque bouteille .31
11.1 Généralités .31
11.2 Essai hydraulique .31
11.2.1 Essai de résistance à la pression .31
11.2.2 Essai d’expansion volumétrique .31
11.3 Essai de dureté .32
11.4 Essai de fuites . .32
11.5 Vérification de la contenance.32
12 Certification .32
13 Marquage .33
Annexe A (normative) Description et évaluation des imperfections de fabrication des
bouteilles à gaz sans soudure.34
Annexe B (normative) Contrôle ultrasons .50
Annexe C (informative) Exemple de certificat d’approbation de type.56
Annexe D (informative) Exemple de certificat d’essai de production .57
Annexe E (informative) Calcul des contraintes de flexion .60
Annexe F (informative) Exemple de calcul de la résistance au cisaillement pour des
filetages parallèles .62
Bibliographie .64
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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 confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité 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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-comité SC 3,
Construction des bouteilles.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 9809-2:2010), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— extension de la contenance en eau, de moins de 0,5 l à 450 l inclus;
— introduction de la taille du lot pour les tubes;
— maintien de l’essai de pliage uniquement pour les essais de prototype;
— exigences d’essai pour l’analyse de vérification (modification des tolérances);
— nouvelles exigences d’essai applicables aux filetages, avec ajout de l’Annexe F informative;
— intégration des annexes européennes au corps du présent document;
— alignement de l’Annexe A, relative aux imperfections de fabrication, avec l’ISO/TR 16115.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
Introduction
Le présent document fournit une spécification pour la conception, la fabrication, le contrôle et les
essais des bouteilles et tubes en acier sans soudure. L’objectif est de parvenir à un équilibre entre les
aspects liés à la conception et au rendement économique d’une part, et les exigences d’acceptabilité
internationale et d’utilité universelle d’autre part.
L’ISO 9809 (toutes les parties) vise à éliminer les préoccupations actuelles concernant le climat,
les contrôles redondants et les restrictions actuellement imposées du fait de l’absence de Normes
internationales reconnues.
Le présent document est destiné à être utilisé dans le cadre de divers régimes de règlementation et a
[11]
été élaboré de sorte à pouvoir être référencé dans le Règlement type des Nations Unies .
vi © ISO 2019 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 9809-2:2019(F)
Bouteilles à gaz — Conception, construction et essais des
bouteilles à gaz et des tubes rechargeables en acier sans
soudure —
Partie 2:
Bouteilles et tubes en acier trempé et revenu ayant une
résistance à la traction supérieure ou égale à 1 100 MPa
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les exigences minimales concernant le matériau, la conception, la
construction et la mise en œuvre, les procédés de fabrication, les examens et les essais au moment de la
fabrication des bouteilles à gaz et des tubes rechargeables en acier sans soudure d’une contenance en
eau inférieure ou égale à 450 l.
Il s’applique aux bouteilles et tubes pour les gaz comprimés, liquéfiés et dissous, ainsi qu’aux bouteilles
et tubes en acier trempé et revenu ayant une résistance à la traction réelle R ≥ 1 100 MPa.
ma
Il ne s’applique pas aux bouteilles et tubes ayant R > 1 300 MPa pour les diamètres > 140 mm et
ma, max
les épaisseurs garanties de paroi a′ ≥ 12 mm, ni aux bouteilles et tubes ayant R > 1 400 MPa pour
ma, max
les diamètres ≤ 140 mm et les épaisseurs garanties de paroi a′ ≥ 6 mm car, au-delà de ces limites, des
exigences supplémentaires peuvent s’appliquer.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 148-1, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 1:
Méthode d'essai
ISO 6506-1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Brinell — Partie 1: Méthode d'essai
ISO 6508-1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 1: Méthode d'essai
ISO 6892-1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d’essai à température ambiante
ISO 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO 10286, Bouteilles à gaz — Terminologie
ISO 11114-1, Bouteilles à gaz — Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets avec les contenus
gazeux — Partie 1: Matériaux métalliques
ISO 11114-4, Bouteilles à gaz transportables — Compatibilité des matériaux et des robinets avec les
contenus gazeux — Partie 4: Méthodes d'essai pour le choix des aciers résistants à la fragilisation par
l'hydrogène
ISO 13341, Bouteilles à gaz — Montage des robinets sur les bouteilles à gaz
ISO 13769, Bouteilles à gaz — Marquage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 10286 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/.
3.1
lot
quantité pouvant atteindre 200 bouteilles et 50 tubes, plus ceux nécessaires aux essais destructifs, de
même diamètre nominal, de même épaisseur, de même longueur et de même conception, fabriqués de
manière consécutive sur une même installation à partir de la même coulée d’acier et ayant subi le même
traitement thermique pendant la même durée
Note 1 à l'article: Dans le présent document, lorsque la bouteille ou le tube n’est pas spécifiquement sous-entendu,
seul le terme «bouteille» sera utilisé.
3.2
pression de rupture
p
b
pression la plus haute atteinte dans une bouteille lors d’un essai de rupture
3.3
facteur de contrainte théorique
F
rapport de la contrainte équivalente de paroi à la pression d’épreuve, p , à la contrainte minimale
h
d’élasticité garantie, R
eg
3.4
trempe
traitement thermique de durcissement au cours duquel une bouteille, qui a été portée à une température
uniforme supérieure à celle du point critique supérieur, Ac , de l’acier, est refroidie rapidement dans un
milieu adapté
3.5
rejeter
mettre une bouteille de côté (niveau 2 ou 3) et refuser sa mise en service
3.6
rendre inutilisable
traiter une bouteille de manière à rendre impossible sa mise en service
Note 1 à l'article: Des exemples de méthodes acceptables pour rendre les bouteilles inutilisables peuvent
être trouvés dans l’ISO 18119. Le présent document ne couvre pas les actions visant à rendre les bouteilles
inutilisables.
3.7
réparer
ramener l’état d’une bouteille rejetée au niveau 1
3.8
revenu
traitement thermique d’adoucissement qui suit la trempe, au cours duquel une bouteille est portée à
une température uniforme inférieure à celle du point critique inférieur, Ac , de l’acier
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3.9
pression d’épreuve
p
h
pression requise appliquée pendant un essai de pression
Note 1 à l'article: La pression d’épreuve est utilisée pour le calcul de l’épaisseur de la paroi de la bouteille.
3.10
pression de service
pression établie d’un gaz comprimé à une température de référence uniforme de 15 °C dans une
bouteille à gaz pleine
3.11
limite d’élasticité
valeur correspondant à la limite supérieure d’élasticité, R , ou pour les aciers ne présentant pas de
eH
limite définie, limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 % (allongement non proportionnel), R
p0,2
Note 1 à l'article: Voir l’ISO 6892-1.
4 Symboles
A allongement après rupture, exprimé en pourcents
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 à la jointure, exprimée en millimètres
(voir Figure 2)
a épaisseur minimale garantie au centre d’un fond concave, exprimée en millimètres (voir Figure 2)
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 13)
d profondeur de l’entaille artificielle, exprimée en millimètres, lors d’un essai de rupture de la
bouteille entaillée et d’un essai de cyclage en pression de la bouteille entaillée (voir Figure 5)
D diamètre nominal extérieur de la bouteille, exprimé en millimètres (voir Figure 1 et Figure 2)
D diamètre extérieur, exprimé en millimètres, de l’outil de coupe lors d’un essai de rupture de la
c
bouteille entaillée et d’un essai de cyclage en pression de la bouteille entaillée (voir Figure 5)
D diamètre du mandrin, exprimé en millimètres (voir Figure 6)
f
F facteur de contrainte théorique (variable) (voir 3.3)
H hauteur extérieure de la partie bombée (fond concave ou convexe), exprimée en millimètres
(voir Figure 1)
h profondeur extérieure (fond concave), exprimée en millimètres (voir Figure 2)
l longueur de l’entaille artificielle, exprimée en millimètres, lors d’un essai de rupture de la
o
bouteille entaillée et d’un essai de cyclage en pression de la bouteille entaillée (voir Figure 5)
L longueur de la partie cylindrique de la bouteille, exprimée en millimètres (voir Figure 3)
L longueur initiale entre repères, exprimée en millimètres, comme définie dans l’ISO 6892-1
o
(voir Figure 8)
p pression de rupture réelle, exprimée en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
b
NOTE 1 bar = 10 Pa = 0,1 MPa.
p pression de rupture mesurée, exprimée en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
f
p pression d’épreuve hydraulique, exprimée en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
h
p pression à la limite élastique observée pendant l’essai de rupture hydraulique et exprimée
y
en bars, au-dessus de la pression atmosphérique
r rayon de raccordement interne, exprimé en millimètres (voir Figure 1 et Figure 2)
r rayon de coupe, exprimé en millimètres, de la fraise utilisée pour l’entaille artificielle pour
c
l’essai de rupture de la bouteille entaillée et l’essai de cyclage en pression de la bouteille
entaillée (voir Figure 5)
R contrainte minimale d’élasticité garantie, exprimée en mégapascals (voir 7.1.1), pour la
eg exemple
bouteille finie
R valeur réelle de la limite d’élasticité, exprimée en mégapascals, déterminée par l’essai de
ea
résistance à la traction (voir 10.2)
R valeur minimale garantie de la résistance à la traction, exprimée en mégapascals, pour la
mg
bouteille finie
R valeur réelle de la résistance à la traction, exprimée en mégapascals, déterminée par l’essai
ma
de résistance à la traction (voir 10.2)
R valeur maximale réelle de la plage de résistance à la traction, exprimée en mégapascals
ma, max
R valeur minimale réelle de la plage de résistance à la traction, exprimée en mégapascals
ma, min
S section initiale de l’éprouvette de traction, exprimée en millimètres carrés, conformément
o
à l’ISO 6892-1
t épaisseur réelle de l’éprouvette, exprimée en millimètres
t épaisseur moyenne de la paroi d’une bouteille dans la zone de l’essai d’aplatissement, exprimée
m
en millimètres
V contenance en eau de la bouteille, exprimée en litres
w largeur de l’éprouvette de traction, exprimée en millimètres (voir Figure 8)
5 Contrôles et essais
L’évaluation de la conformité à la présente Norme internationale doit prendre en compte la
règlementation applicable dans les pays d’utilisation.
Afin de s’assurer que les bouteilles sont conformes au présent document, elles doivent être soumises
aux contrôles et essais des Articles 9, 10 et 11.
Les essais et examens visant à démontrer la conformité au présent document doivent être effectués à
l’aide d’instruments étalonnés avant leur mise en service et réalisés selon un programme établi.
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6 Matériaux
6.1 Exigences générales
6.1.1 Les matériaux utilisés pour la fabrication des bouteilles à gaz doivent faire partie de l’une des
catégories suivantes:
a) aciers pour bouteilles reconnus au plan international;
b) aciers pour bouteilles reconnus au plan national;
c) nouvelles catégories d’acier pour bouteilles, résultant de progrès techniques.
Toutes ces catégories doivent respecter les conditions pertinentes spécifiées en 6.2 et 6.3.
6.1.2 Les matériaux utilisés pour la fabrication des bouteilles à gaz doivent être des aciers, autres
que des aciers effervescents, présentant des qualités de non-vieillissement, et doivent être entièrement
calmés à l’aluminium et/ou au silicium.
Lorsque le client demande la vérification des qualités de non-vieillissement, il convient de spécifier les
critères à prendre en compte d’un commun accord et de les notifier dans la commande.
6.1.3 Le fabricant de bouteilles doit établir des moyens permettant d’identifier les bouteilles avec les
coulées d’acier à partir desquelles elles ont été fabriquées.
6.1.4 Les bouteilles à haute résistance fabriquées conformément au présent document ne sont
normalement pas compatibles avec les gaz corrosifs ou fragilisants (voir l’ISO 11114-1). Elles peuvent
néanmoins être utilisées avec ces gaz, à condition que leur compatibilité soit prouvée par une méthode
d’essai reconnue, par exemple l’ISO 11114-4.
6.1.5 Lorsqu’une billette de matière provenant d’une coulée continue est utilisée, le fabricant doit
s’assurer de l’absence de tous défauts préjudiciables (porosité) dans la matière destinée à la fabrication
des bouteilles (voir 9.2.6).
6.2 Contrôle de la composition chimique
6.2.1 La composition chimique de tous les aciers doit être définie au minimum par:
— la teneur en carbone, manganèse et silicium, dans tous les cas;
— la teneur en chrome, nickel et molybdène ou en tous autres éléments d’alliage intentionnellement
ajoutés 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 la différence entre les valeurs maximales et minimales sur
coulée n’excède pas les valeurs données dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Tolérances de composition chimique
Élément Teneur maximale Plage admissible Analyse de vérification
(fraction massique) (fraction massique)
Écart par rapport aux limites
spécifiées pour les analyses de
coulées
(fraction massique)
% % %
Carbone < 0,30 0,03
±0,02
≥ 0,30 0,04
Manganèse Toutes valeurs 0,20 ≤ 1,00 ± 0,04
> 1,00 ≤ 1,70 ± 0,05
Silicium Toutes valeurs 0,15 ±0,03
Chrome < 1,20 0,20 ≤ 2,00 ± 0,05
≥ 1,20 0,30 > 2,00 ≤ 2,20 ± 0,10
Nickel Toutes valeurs 0,30 ≤ 2,00 ± 0,05
> 2,00 ≤ 4,30 ± 0,07
Molybdène < 0,50 0,10 ≤ 0,30 ± 0,03
≥ 0,50 0,15
> 0,30 ≤ 0,60 ± 0,04
La teneur combinée des éléments vanadium, niobium, titane, bore et zirconium ne doit pas être
supérieure à 0,15 %.
La teneur réelle de chaque élément volontairement ajouté doit être rapportée et la teneur maximale de
chaque élément doit être conforme aux règles de bonne pratique applicables à la fabrication de l’acier.
6.2.2 La teneur en soufre et en phosphore lors de l’analyse de coulée du matériau utilisé pour la
fabrication des bouteilles à gaz ne doit pas dépasser les valeurs indiquées dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Limites maximales de soufre et de phosphore en % (fraction massique)
Soufre 0,005
Phosphore 0,015
6.2.3 Le fabricant de bouteilles doit obtenir et tenir à disposition 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 fourni par l’aciériste au fabricant de bouteilles, soit
sur des bouteilles finies. Dans toute analyse de vérification, les écarts maximaux admis par rapport
aux limites spécifiées sur les analyses de coulée doivent être conformes aux valeurs indiquées dans le
Tableau 1.
6.3 Traitement thermique
6.3.1 Le fabricant de bouteilles doit certifier le traitement thermique appliqué aux bouteilles finies.
6.3.2 Il est permis d’effectuer la trempe de l’acier dans un bain autre que l’huile minérale, aux
conditions suivantes:
— la méthode utilisée ne provoque pas de fissures dans les bouteilles;
— le fabricant s’assure que la vitesse de refroidissement n’engendre pas de fissures dans la bouteille;
6 © ISO 2019 – Tous droits réservés
— chaque bouteille de la production est soumise à un essai non destructif afin de prouver l’absence
de fissures, si la vitesse moyenne de refroidissement dans le bain est supérieure à 80 % de celle
obtenue avec de l’eau à 20 °C sans additifs;
— pendant la production des bouteilles, la concentration du fluide de trempe est vérifiée et sa valeur
est consignée durant le passage de chaque équipe pour s’assurer que les limites sont maintenues.
Des vérifications documentées ultérieures doivent être réalisées pour s’assurer que les propriétés
chimiques du fluide de trempe ne sont pas altérées.
6.3.3 Le procédé de revenu doit permettre d’obtenir les propriétés mécaniques 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 Non-respect des exigences relatives aux essais
En cas de non-respect des exigences des essais, un contre-essai ou un nouveau traitement thermique
suivi d’un nouvel essai doivent être effectués à la satisfaction de l’inspecteur.
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 mesure, 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 du résultat 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 seul nouveau traitement thermique. Par exemple, si la
non-conformité concerne un essai de bouteilles d’un lot ou de prototypes, toutes les bouteilles
représentatives doivent faire l’objet d’un nouveau traitement thermique avant le contre-essai.
Ce nouveau traitement thermique doit consister en un nouveau revenu ou une nouvelle trempe
suivie d’un 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 un autre facteur que le traitement thermique appliqué, toutes les
bouteilles défectueuses doivent être refusées ou réparées par une méthode approuvée. Si les
bouteilles réparées satisfont à l’essai ou aux essais requis pour la réparation, elles doivent être
considérées comme faisant partie du lot d’origine.
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 minimale garantie de la limite d’élasticité, R , du matériau dans la bouteille finie.
eg exemple
7.1.2 Les bouteilles doivent être conçues avec une ou deux ouvertures le long de l’axe central de la
bouteille uniquement.
7.1.3 Dans les calculs, la valeur de R ne doit pas dépasser 0,90 R .
rg exemple mg
7.1.4 La pression interne sur laquelle repose le calcul de l’épaisseur de paroi doit être la pression
d’épreuve hydraulique p .
h
7.2 Limitation de la résistance à la traction
La valeur maximale de la résistance à la traction est limitée par la capacité de l’acier à satisfaire aux
exigences des Articles 9 et 10. La plage maximale de résistance à la traction doit être de 120 MPa (c’est-
à-dire R − R ≤ 120 MPa).
ma, max ma, min
La valeur réelle de la résistance à la traction déterminée en 10.2 ne doit toutefois pas dépasser 1 300 MPa
pour les bouteilles de diamètre extérieur supérieur à 140 mm, et 1 400 MPa pour les bouteilles de
diamètre extérieur inférieur ou égal à 140 mm.
7.3 Conception de l’épaisseur de l’enveloppe cylindrique
L’épaisseur minimale garantie de l’enveloppe cylindrique, a′, ne doit pas être inférieure à l’épaisseur
calculée à l’aide des Formules (1) et (2), et la condition (3) doit en plus être satisfaite.
10 FR − 3p
D
eg h
a=− 1 (1)
2 10 FR
eg
0,65
où la valeur de F est la plus petite valeur de ou 0,77.
RR/
eg mg
Le rapport R /R ne doit pas dépasser 0,90.
rg exemple mg
L’épaisseur de la paroi doit également satisfaire à la Formule (2):
D
a≥+1 (2)
avec un minimum absolu a = 1,5 mm.
Le rapport de rupture doit être satisfait par essai selon la Formule (3):
pp/,≥16 (3)
bh
NOTE 1 Si le résultat de ces exigences est une épaisseur garantie de l’enveloppe cylindrique a′ ≥ 12 mm pour
un diamètre D ≥ 140 mm, ou une épaisseur garantie de l’enveloppe cylindrique a′ ≥ 6 mm pour un diamètre
D ≤ 140 mm, une telle conception sort du domaine d’application du présent document (voir Article 1).
NOTE 2 Il est généralement admis que, pour les gaz comprimés, p = 1,5 fois la pression de service, pour des
h
bouteilles conçues et fabriquées selon le présent document.
NOTE 3 Pour certaines applications telles que des tubes assemblés en batteries pour équiper des remorques
ou des plates-formes (modules ISO) ou des CGEM destinés au transport et à la distribution de gaz, il est important
que l’assembleur et le fabricant des tubes tiennent compte des contraintes associées au montage des tubes (par
exemple les contraintes de flexion (voir l’Annexe E), les contraintes de torsion, les charges dynamiques).
NOTE 4 De plus, pendant les essais de pression hydraulique, les tubes pourraient être supportés ou soulevés
par leurs goulots; par conséquent, les contraintes de flexion potentielles sont prises en compte. Pour obtenir des
recommandations générales, voir l’Annexe E.
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7.4 Conception des extrémités convexes (ogives et fonds)
7.4.1 Lorsque les bouteilles sont à fond convexe (voir Figure 1), l’épaisseur b au centre du fond convexe
ne doit pas être inférieure à celle requise pour satisfaire aux critères suivants:
si le rayon de raccordement interne, r, n’est pas inférieur à 0,075D, alors:
b ≥ 1,5 a pour 0,40 > H/D ≥ 0,20;
b ≥ a pour H/D ≥ 0,40
Afin d’obtenir une répartition satisfaisante des contraintes dans la zone de raccordement de l’extrémité
à la partie cylindrique, toute augmentation de l’épaisseur du fond qui est requise doit être progressive
à partir du point de raccordement, en particulier au fond. Pour l’application de cette règle, le point de
raccordement, à la Figure 1, entre la partie cylindrique et l’extrémité est défini par la ligne horizontale
indiquant la cote H.
7.4.2 Le fabricant de bouteilles doit prouver, par l’essai de cyclage en 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), c) et d)
représentent des fonds, alors que la forme b) représente une ogive.
7.5 Conception des fonds concaves
Lorsque les bouteilles sont à fond concave (voir Figure 2), il est recommandé d’utiliser les valeurs de
conception suivantes:
a ≥ 2a
a ≥ 2a
h ≥ 0,12D
r ≥ 0,075D
Le plan de conception doit au moins indiquer les valeurs de a , a , h et r.
1 2
Afin d’obtenir une répartition satisfaisante des contraintes, l’épaisseur de la paroi de la bouteille doit
augmenter progressivement 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 de cyclage en pression détaillé
en 9.2.3, que la conception est satisfaisante.
a) b)
c) d)
Légende
1 partie cylindrique
Figure 1 — Extrémités convexes types
10 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Figure 2 — Fond concave
7.6 Conception du goulot
7.6.1 Le diamètre extérieur du goulot et l’épaisseur de sa paroi doivent être adaptés au couple appliqué
lors du montage du robinet sur la bouteille. Ce couple peut varier selon le type de robinet/accessoire
(par exemple bouchons), le diamètre ou la forme du filetage, ainsi que le moyen d’étanchéité utilisé dans
le montage du robinet.
NOTE Pour de plus amples informations sur les couples, voir l’ISO 13341.
7.6.2 Lors de la détermination de l’épaisseur minimale, l’épaisseur de paroi du goulot de la bouteille
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. Le diamètre extérieur et l’épaisseur
du goulot de la bouteille ne doivent pas être endommagés (aucune déformation permanente ou fissure)
du fait de l’application du couple maximal requis pour fixer le robinet sur la bouteille (voir l’ISO 13341)
et des contraintes exercées lorsque la bouteille est soumise à sa pression d’épreuve. Dans des cas
spécifiques (par exemple bouteilles à paroi très mince) où ces contraintes ne peuvent pas être supportées
par le goulot lui-même, ce dernier peut être conçu pour être équipé d’un renfort, tel qu’une collerette ou
une bague frettée, à condition que le matériau et les dimensions du renfort soient clairement spécifiés
par le fabricant et que cette configuration fasse partie de la procédure d’approbation de type (voir 9.2.8
et 9.2.9).
7.7 Frettes de pied
Lorsqu’une frette de pied est fournie, elle doit être réalisée dans un matériau compatible avec celui de
la bouteille. Il convient que sa forme soit de préférence cylindrique et elle doit donner de la stabilité à
la bouteille. La frette de pied doit être fixée sur la bouteille par une méthode autre que le 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. Cette
exigence est particulièrement importante dans le cas de bouteilles à haute résistance.
7.8 Collerettes
Lorsqu’une collerette est prévue, elle doit être réalisée dans un matériau compatible avec celui de la
bouteille et doit être fixée 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 vide et au moins égale à 1 000 N, et que le couple nécessaire pour faire
tourner la collerette est supérieur à 1
...
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