Chai chứa khí – chai chứa khí bằng thép không hàn lại được – thiết kế, kết cấu và thử nghiệm – phần 3: chai bằng thép thường hóa - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 7388-3:2013

ISO 9809-3:2010

CHAI CHỨA KHÍ – CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP KHÔNG HÀN LẠI ĐƯỢC – THIẾT KẾ, KẾT CẤU VÀ THỬ NGHIỆM – PHẦN 3: CHAI BẰNG THÉP THƯỜNG HÓA

Gas cylinders – Refillable seamless steel gas cylinders – Design, construction and testing – Part 3: Normalized steel cylinders

Lời nói đầu

TCVN 7388-3:2013 thay thế TCVN 7388-3:2004 (ISO 9809-3:1989).

TCVN 7388-3:2013 hoàn toàn tương đương ISO 9809-3:2010

TCVN 7388-3:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 58 Chai chứa khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 7388:2013 (ISO 9809:2010), Chai chứa khí – Chai chứa khí bằng thép không hàn nạp lại được – Thiết kế, kết cấu và thử nghiệm bao gồm 3 phần:

- Phần 1: Chai bằng thép tôi và ram có giới hạn bền kéo nhỏ hơn 1100 MPa

- Phần 2: Chai bằng thép tôi và ram có giới hạn bền kép lớn hơn hoặc bằng 1100 MPa

- Phần 3: Chai bằng thép thường hóa

CHAI CHỨA KHÍ – CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP KHÔNG HÀN LẠI ĐƯỢC – THIẾT KẾ, KẾT CẤU VÀ THỬ NGHIỆM – PHẦN 3: CHAI BẰNG THÉP THƯỜNG HÓA

Gas cylinders – Refillable seamless steel gas cylinders – Design, construction and testing – Part 3: Normalized steel cylinders

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu tối thiểu về vật liệu, thiết kế, kết cấu, cũng như trình độ chuyên môn, phương pháp chế tạo, kiểm tra và thử nghiệm khi trong chế tạo các chai chứa khí nạp lại được bằng thép không hàn được thường hóa hoặc được thường hóa và ram có dung tích nước từ 0,5 L đến 150 L, để chứa khí nén, khí hóa lỏng và khí hòa tan.

CHÚ THÍCH 1: Nếu có mong muốn sử dụng các giới hạn vượt quá như đã nêu trên, các chai có dung tích nước nhỏ hơn 0,5 L có thể được chế tạo và cấp giấy chứng nhận theo tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH 2: Đối với các chai được tôi và ram có độ bền kéo lớn nhất nhỏ hơn 1100 MPa, xem TCVN 7388-1 (ISO 9809-1). Đối với các chai được tôi và ram có độ bền kéo lớn nhất lớn hơn hoặc bằng 1100 MPa, xem TCVN 7388-2 (ISO 9809-2).

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu ghi năm công bố, áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu không có năm công bố, áp dụng phiên bản mới nhất kể cả các sửa đổi, bổ sung nếu có.

TCVN 198 (ISO 7438), Vật liệu kim loại – Thử uốn.

TCVN 256-1 (ISO 6506-1), Vật liệu kim loại – Thử độ cứng Brinell – Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 257-1 (ISO 6508-1), Vật liệu kim loại – Thử độ cứng Rockwell – Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 312-1 (ISO 148-1), Vật liệu kim loại – Thử va đập kiểu con lắc Charpy – Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 5868 (ISO 9712), Thử không phá hủy – Trình độ chuyên môn và cấp chứng chỉ cá nhân.

TCVN 6874-1 (ISO 11114-1), Chai chứa khí di động – Xác định tính tương thích của vật liệu chai chứa và làm van với khí chứa – Phần 1: Vật liệu kim loại.

ISO 6892-1*, Metallic materials – Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature (Vật liệu kim loại – Thử kéo ở nhiệt độ phòng).

TCVN 7388-1 (ISO 9809-1), Chai chứa khí – Chai chứa khí bằng thép không hàn có thể nạp lại được – Thiết kế, kết cấu và thử nghiệm. Phần 1: Chai bằng thép tôi và ram có độ bền kéo nhỏ hơn 1100 MPa.

ISO 9329-1, Seamless steel tubes for pressure purposes – Technical delivery conditions – Part 1: Unalloyed steels with specified room temperature properties (Ống thép không hàn dùng cho mục đích chịu áp lực – Điều kiện kỹ thuật khi giao hàng – Thép không hợp kim với các tính chất quy định ở nhiệt độ phòng).

ISO 11114-4, Transportable gas cylinders – Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents – Part 4: Test methods for selecting metallic materials resistant to hydrogen embrittment (Chai chứa khí di động – Tính tương thích của vật liệu chai và làm van với khí chứa – Phần 4: Các phương pháp thử để chọn vật liệu bền chịu sự làm giòn bằng hidro).

ISO 13769, Gas cylinders-Stamp marking (Chai chứa khí – Ghi nhãn).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1. Lô (batch)

Số lượng tới 200 chai cộng với các chai cho thử phá hủy có cùng một đường kính danh nghĩa, chiều dày, chiều dài và thiết kế được sản xuất liên tục trên cùng một thiết bị, từ cùng mẻ thép và được nhiệt luyện theo cùng một chế độ và trong cùng một khoảng thời gian.

3.2. Áp suất nổ (burst pressure)

p_b

Áp suất cao nhất đạt được trong chai trong quá trình thử nổ.

3.3. Hệ số ứng suất thiết kế (design stress factor)

F

Tỷ số giữa ứng suất tương đương trên thành chai ở áp suất thử (p_h) và giới hạn chảy nhỏ nhất (R_eg) có đảm bảo.

3.4. Thường hóa (normalizing)

Sự nhiệt luyện trong đó chai được nung nóng tới nhiệt độ đồng đều trên điểm tới hạn dưới Ac1 của thép và sau đó được làm nguội trong không khí tĩnh.

3.5. Ram (tempering)

Sự nhiệt luyện để làm mềm sau quá trình tôi, trong đó chai được nung nóng tới nhiệt độ đồng đều dưới điểm tới hạn dưới Ac1 của thép.

3.6. Áp suất thử (test pressure)

p_h

Áp suất cần áp dụng trong quá trình thử áp lực.

CHÚ THÍCH: Áp suất thử được dùng để tính toán chiều dày thành chai.

3.7. Áp suất làm việc (working pressure)

Áp suất ổn định của một khí nén tại một nhiệt độ chuẩn đồng đều 15^oC trong chai chứa đầy khí.

3.8. Giới hạn chảy (yield strength)

Giá trị ứng suất tương ứng với giới hạn chảy trên (R_eH), hoặc là đối với thép không có sự biến dạng dẻo cố định, giới hạn chảy quy ước 0,2% (giãn dài không tỷ lệ) (R_p0,2).

Xem TCVN 197 (ISO 6892-1).

4. Ký hiệu

a Chiều dày tính toán nhỏ nhất, tính bằng milimét, của vỏ chai hình trụ tròn.

a' Chiều dày nhỏ nhất cho phép, tính bằng milimét, của vỏ chai hình trụ tròn.

a₁ Chiều dày nhỏ nhất cho phép, tính bằng milimét, của đáy lõm tại khuỷu cong (xem Hình 2),

a₂ Chiều dày nhỏ nhất cho phép, tính bằng milimét, tại tâm đáy lõm (xem Hình 2).

A Độ giãn theo phần trăm.

b Chiều dày nhỏ nhất cho phép, tính bằng milimét, tại tâm của đáy lồi (xem Hình 1).

c Sai lệch lớn nhất cho phép của prôfin (tiết diện) nổ, tính bằng milimét, (xem Hình 5).

d₂ Sai lệch lớn nhất cho phép của prôfin (tiết diện) nổ, tính bằng milimét, (xem Hình 5 b), c) và d).

D Đường kính ngoài danh nghĩa của chai, tính bằng milimét, (xem Hình 1 và Hình 2).

D_t Đường kính của lõi uốn, tính bằng milimét, (xem Hình 8).

F Hệ số ứng suất thiết kế (thay đổi) (xem 7.2).

h Chiều sâu bên ngoài (của đáy lõm), tính bằng milimét, (xem Hình 2).

H Chiều cao bên ngoài của phần vòm (đỉnh lồi hoặc đáy lồi), tính bằng milimét, (xem Hình 1).

l Chiều dài phần hình trụ của chai, tính bằng milimét (xem Hình 3)

L_o Chiều dài đo ban đầu của mẫu thử kéo, tính bằng milimét, như đã xác định trong TCVN 197 (ISO 6892) (xem Hình 7).

n Tỷ số giữa đường kính lõi uốn trên chiều dài thực của mẫu thử (t).

p_b Áp suất nổ đo được, tính bằng bar, cao hơn áp suất khí quyển.

p_h Áp suất thử thủy lực, tính bằng bar, cao hơn áp suất khí quyển.

p_y Áp suất quan sát được khi chai bắt đầu hư hỏng trong quá trình thử nổ thủy lực, tính bằng bar.

r Bán kính bên trong của khuỷu cong, tính bằng milimét, (xem Hình 1 và Hình 2).

R_eg Giá trị nhỏ nhất cho phép của giới hạn chảy, tính bằng megapascal (xem 7.1.1), đối với chai thành phẩm

R_ea  Giá trị thực của giới hạn chảy, tính bằng megapascal, được xác định bằng thử kéo (xem 10.2).

R_mg Giá trị nhỏ nhất có cho phép của giới hạn bền kéo, tính bằng megapascal, đối với chai thành phẩm.

R_ma Giá trị thực của độ bền, tính bằng megapascal, được xác định bằng thử kéo (xem 10.2).

S_o Diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu thử kéo, tính bằng milimét vuông, phù hợp với TCVN 197. (ISO 6892)

t Chiều dày thực của mẫu thử, tính bằng milimét.

t_m Chiều dày trung bình của thành chai ở vị trí thử trong thời gian thử nén bẹp, tính bằng milimét.

u Tỷ số giữa khoảng cách giữa các mép dao hoặc dụng cụ ép trong phép thử nén bẹp (dát phẳng) trên chiều dày thành chai trung bình tại vị trí thử.

V Dung tích nước của chai, tính bằng lít.

w Chiều rộng, tính bằng milimét, của mẫu thử kéo (xem Hình 7)

5. Kiểm tra và thử nghiệm

CHÚ THÍCH: Đánh giá sự phù hợp cần được thực hiện phù hợp với các quy định có liên quan của nhà nước.

Để đảm bảo các chai tuân theo tiêu chuẩn này thì chúng phải chịu sự kiểm tra và thử nghiệm phù hợp với các Điều 9,10 và 11 bởi các cơ quan kiểm tra có thẩm quyền (sau đây gọi là “cơ quan kiểm tra”) được nhà nước công nhận.

Trang thiết bị dùng để đo đạc, thử nghiệm và kiểm tra trong quá trình sản xuất phải được bảo dưỡng và hiệu chuẩn trong một hệ thống quản lý chất lượng đầy đủ tài liệu.

6. Vật liệu

6.1. Yêu cầu chung

6.1.1. Vật liệu để chế tạo các chai chứa khí được thường hóa hoặc được thường hóa và ram phải là các thép được phân loại như: thép cácbon hoặc cácbon – mangan. Độ bền kéo thực lớn nhất, R_ma, của các chai được chế tạo từ các thép đó không được vượt quá 800 MPa.

Các thép khác cho phép trong TCVN 7388-1 (ISO 9809-1) hoặc TCVN 7388-2 (ISO 9809-2) dùng cho các chai được tôi và ram có thể được sử dụng và được thường hóa và ram theo quy định trong 6.3 nếu chúng đạt thêm các yêu cầu thử va đập như quy định trong TCVN 7388-1 (ISO 9809-1) và độ bền kéo thực lớn nhất R_ma không vượt quá 950 MPa.

Các thép được sử dụng phải là một trong các loại sau:

a) Thép chế tạo chai được quốc tế công nhận;

b) Thép chế tạo chai được nhà nước công nhận;

c) Thép chế tạo mới, xuất phát từ tiến bộ kỹ thuật.

6.1.2. Vật liệu sử dụng để chế tạo chai phải là thép khác với thép sôi, có đặc tính không hóa già và phải được khử nhôm và/hoặc silic. Nếu sử dụng nhôm kim loại để khử, hàm lượng nhôm kim loại không được nhỏ hơn 0,015%.

Trong trường hợp khách hàng yêu cầu kiểm tra đặc tính không lão hóa này thì các chuẩn cho kiểm tra phải được thỏa thuận với khách hàng và được đưa vào đơn hàng.

6.1.3. Nhà chế tạo chai phải xác lập các biện pháp để nhận biết chai với mẻ đúc thép để chế tạo chai.

6.1.4. Các loại thép dùng để chế tạo chai phải thích hợp với loại khí chứa, như khí ăn mòn, khí gây giòn [xem TCVN 6874-1 (ISO 11114-1) và ISO 11114-4].

6.1.5. Khi sử dụng thép phôi đúc liên tục, nhà sản xuất phải đảm bảo rằng thép sử dụng chế tạo chai không có khuyết tật có hại (sự rỗ khí) trong vật liệu để sử dụng ghi nhãn (Xem 9.2.3).

6.2. Kiểm tra thành phần hóa học

6.2.1. Thành phần hóa học của tất cả các mép thép ít nhất phải được xác nhận giá trị các thành phần:

- Hàm lượng cácbon, mangan và silic trong tất cả các trường hợp;

- Hàm lượng crôm, niken, và molipđen và các nguyên tố hợp kim khác bổ sung thêm vào thép;

- Hàm lượng lớn nhất của lưu huỳnh và phốtpho trong tất cả các trường hợp.

Các hàm lượng của cácbon, mangan và silic phải cho kết quả với độ sai lệch sao cho các hiệu số giữa các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của mẻ đúc không vượt quá các giá trị cho trong Bảng 1.

Hàm lượng thực của một nguyên tố nào đó bổ sung vào một cách có tính toán phải được báo cáo và hàm lượng lớn nhất của nó phải đại diện cho công nghệ sản xuất thép tốt.

Bảng 1 – Dung sai của thành phần hóa học

6.2.2. Trừ các thép phù hợp với yêu cầu của TCVN 7388-1 (ISO 9809-1) hoặc TCVN 7388-2 (ISO 9809-2) các giới hạn dưới đây đối với cácbon, mangan và các nguyên tố hợp kim khác nêu trong Bảng 2, không được vượt quá khi phân tích mẫu đúc của vật liệu sử dụng:

Bảng 2 – Giới hạn đối với cácbon, mangan và các nguyên tố hợp kim khác (theo khối lượng)

6.2.3. Lưu huỳnh và phốtpho trong phân tích đúc của vật liệu chế tạo chai không được vượt quá các giá trị cho trong Bảng 3.

Bảng 3 – Các giới hạn lớn nhất của lưu huỳnh và phốtpho % (theo khối lượng)

6.2.4. Nhà chế tạo chai phải có giấy chứng nhận phân tích mẻ cấu và cung cấp giấy chứng nhận này để thiết kế chai chứa khí.

Khi cần kiểm tra sự phân tích mẻ nấu để chế tạo chai thì phải thực hiện trên các mẫu lấy trong quá trình sản xuất từ vật liệu có hình dạng do nhà chế tạo thép cung cấp cho chế tạo chai hoặc từ chai đã chế tạo hoàn chỉnh. Trong bất kỳ sự phân tích kiểm tra nào, sai lệch lớn nhất cho phép so với các giới hạn quy định cho phân tích mẻ nấu phải phù hợp với các giá trị cho trong ISO 9329-1.

6.3. Xử lý nhiệt

Quá trình xử lí nhiệt đối với các chai đã hoàn thiện là thường hóa hoặc thường hóa và ram. Nhà chế tạo chai phải cấp giấy chứng nhận quá trình xử lí nhiệt đã sử dụng.

Quá trình xử lí nhiệt phải đạt được các cơ tính quy định.

Nhiệt độ thực khi xử lí nhiệt một loại thép để đạt được độ bền kéo đã cho không được sai lệch lớn hơn 30 ^oC so với nhiệt độ do nhà chế tạo chai quy định.

6.4. Sự không đáp ứng được yêu cầu về thử nghiệm

Trong trường hợp không đáp ứng được các yêu cầu thử nghiệm, để thỏa mãn yêu cầu của người kiểm tra phải tiến hành thử lại hoặc nhiệt luyện lại như sau:

a) Nếu có sai sót ràng trong việc thực hiện phép thử hoặc có lỗi do đo kiểm, phải tiến hành thử nghiệm thêm. Nếu kết quả của phép thử này thỏa mãn yêu cầu đã quy định thì phải loại bỏ kết quả của phép thử đầu tiên.

b) Nếu phép thử đã được thực hiện đạt kết quả tốt thì phải xác định nguyên nhân của phép thử không đạt yêu cầu.

1) Nếu phép thử không đạt yêu cầu do quá trình nhiệt luyện đã áp dụng thì nhà sản xuất có thể đưa tất cả các chai đã qua thử nghiệm không đạt vào nhiệt luyện thêm một lần nữa, nghĩa là, nếu thử nghiệm không đạt thuộc về các chai đầu tiên hoặc các chai của lô. Trước khi thử nghiệm lại cần phải nhiệt luyện lại tất cả các chai mà đại diện của chúng không đạt yêu cầu khi thử nghiệm.

Nhiệt luyện lại này phải bao gồm ram lại hoặc là một quá trình nhiệt luyện toàn bộ.

Mỗi khi các chai được nhiệt luyện lại, phải duy trì chiều dày thành nhỏ nhất có cho phép.

Chỉ phải tiến hành lại các thử nghiệm mẫu đầu tiên hoặc mẫu đại diện của lô cần cho việc chấp nhận lô mới. Nếu một hoặc nhiều mẫu thử nghiệm không đáp ứng được toàn bộ hoặc chỉ một phần các yêu cầu quy định thì phải loại bỏ tất cả các chai trong lô.

2) Nếu phép thử không đạt yêu cầu là do nguyên nhân khác với quá trình nhiệt luyện đã sử dụng thì tất cả các chai có khuyết tật phải được loại bỏ hoặc sửa chữa lại sao cho các chai đã được sửa chữa trải qua thử nghiệm yêu cầu đối với sửa chữa. Sau đó phải đưa chúng trở lại thế chỗ một phần của lô ban đầu.

7. Thiết kế

7.1. Yêu cầu chung

7.1.1. Tính toán chiều dày thành của các bộ phận chịu áp lực phải có quan hệ với giới hạn chảy nhỏ nhất có cho phép R_eg của vật liệu trong chai đã hoàn thiện.

7.1.2. Có thể thiết kế chai với một hoặc hai cửa mở chỉ nằm dọc theo đường tâm của chai.

7.1.3. Khi dùng để tính toán giá trị R_eg không được vượt quá 0,90 R_mg.

7.1.4. Áp suất bên trong dùng để tính toán chiều dày thành phải là áp suất thử thủy lực p_h.

7.2. Tính chiều dày thành của phần trụ tròn

Chiều dày nhỏ nhất cho phép của thành phần hình trụ tròn (a’) không được nhỏ hơn chiều dày được tính toán theo công thức (1) và (2) và phải thỏa mãn điều kiện bổ sung (3):

Trong đó F  0,85.

Chiều dày thành cũng phải thỏa mãn công thức (2)

Với trị số tuyệt đối nhỏ nhất là a = 1,5 mm

Tỷ số nổ phải thỏa mãn với phép thử được nêu trong công thức (3)

CHÚ THÍCH: Thông thường p_h = 1,5 lần áp suất làm việc đối với các khí nén cho các chai được thiết kế và chế tạo theo tiêu chuẩn này.

7.3. Tính các đỉnh và đáy lồi của chai

7.3.1. Chiều dày b, tại tâm của đỉnh và đáy lồi không được nhỏ hơn chiều dày được xác định theo các tiêu chí sau.

Khi bán kính bên trong của khuỷu cong, r, không nhỏ hơn 0,075D, thì

B ≥ 1,5 a đối với 0,20  H/D < 0,40

* Hiện đã có TCVN 197:2002 (ISO 6892:1998)

Xem tiếp: Chai chứa khí – chai chứa khí bằng thép không hàn lại được – thiết kế, kết cấu và thử nghiệm – phần 3: chai bằng thép thường hóa - phần 2

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn