关于G B/T 17268—20 09《工业用非重复充装焊接钢瓶》标准的修改建议

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

1 概述

随着我国国力的增强，人民生活水平得到提高，中国已发展成为世界最大的制冷剂生产国和消费国，气瓶需求量急剧增长，由此给国内钢瓶制造行业带来了发展的良机。1998年颁布了国家标准GB/T 17268—1998《工业用非重复充装焊接钢瓶》，并于2009年进行了标准修订。自GB/T 17268—2009颁布以来，对该行业的规范运行、健康发展起到极大的促进作用。目前，全国按该标准生产非重复充装钢瓶的企业约有15家，主要分布在浙江的金华和衢州地区，各企业的生产线既能生产符合GB/T 17268要求的钢瓶，也能生产符合美国DOT39、韩国KGS、日本KHK标准的非重复充装钢瓶。全国年产量从2009年约700万只增长到2017年约2000万只，成为非重复充装钢瓶的生产大国。中国制造的非重复充装钢瓶出口到南北美洲、中东、非洲、亚洲等大部分地区。但随着冶金行业和致冷剂气体工业的发展，标准修订不及时的问题也暴露出来，限制了行业的发展。

2 制冷剂充装介质的发展及ISO 11118—2015[1]的变化

2.1 制冷剂充装介质的发展

制冷剂是在制冷机中完成热力循环的工质，在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气。随着《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》[2]及《京都议定书》[3]的确定，为了控制臭氧层破坏及控制温室效应等环保要求，制冷剂生产厂家不断向天然制冷剂方向研发，至今已有四代产品。随着新型制冷剂的问世，一些环保型制冷剂的介质参数也发生变化，如60℃下介质的饱和蒸气压提高。

2.2 ISO 11118—2015《气瓶——非重复充装金属气瓶规范和试验方法》的变化：

2015年9月，国际标准化组织ISO/TC 58/SC3修订并发布了ISO 11118：2015《气瓶——非重复充装金属气瓶规范和试验方法》，相比该标准的1999版，2015版主要变化有：

1）在适用介质中去掉了溶解气体；气瓶的使用环境温度由1999版的“全世界极端环境温度”修订为“最低环境温度不低于-20℃”；

2）对气瓶的适用压力范围进行了调整，充装液化气体时Ph≤250bar，充装压缩气体时Ph≤450bar；（Ph为气瓶试验压力）；

3）强度计算公式中的F，取值从1变为≤0.85；刚度公式做了改变，铁基材料S≥Do/650+0.5调整为S≥Do/650+0.4；

4）环焊缝焊接接头形式中取消了搭接结构；

5）对水压爆破试验瓶增加了采用人工时效处理方法，对保温温度和保温时间做了明确规定：100℃保温1h，120℃保温15min或150℃保温2.5min；

6）水压爆破试验爆破压力合格标准降低：由大于等于2倍Ph值修改为大于等于1.6倍Ph值；对爆破试验瓶增加了外观检查，不得有拉伸应变痕；

7）增加了附录D屈服点延伸，以协助该标准的使用者更清晰的理解材料出现屈服点延伸现象的原因、特征、危害。

3 GB/T 17268—2009[4]对应条款比较及标准修改建议

GB/T 17268—2009《工业用非重复充装焊接钢瓶》 是在对比了ISO 11118：1999，Gas cylinders—Non-refillable metallic gas cylinders—Specification and test methods和美国联邦管理条例49卷178.65（DOT-39 非重复充装气瓶）[5]的基础上删减了钎焊结构、无缝结构和铝合金结构等内容，将充装介质限定在毒性按GB/T 7778划为A类制冷剂（限低压液化气体）的基础上起草制定的。因为标准的适用范围远小于这些国外标准，因此难以实现等效采用，但在该标准的适用范围内，已经达到国际标准的规定。这可以从我国气瓶生产厂同一条气瓶生产流水线可生产不同国家标准的气瓶并在国际市场拥有强有力的竞争力方面得以佐证。综合GB/T 17268—2009在我国的实际应用现状，以及与ISO 11118：2015及DOT39的对比，在合理可行的基础上，有必要对GB/T 17268—2009进行修订。

3.1 适用范围

符合ISO 11118：2015标准的气瓶产品可以充装试验压力Ph低于25MPa的液化气体和试验压力Ph低于45MPa的压缩气体；并从安全考虑，限制了Ph·V≤100MPa·L；并将Ph＞35bar、V≤5L放宽至Ph＞45bar、V≤ 5L。

DOT39标准限制范围为：在设计压力低于 625psig（4.31MPa）， 也即工作压力低于500psig（3.45MPa）时， 钢瓶的容积最大可为55lbs（24.9L）； 在设计压力大于4.31MPa时，水容积为10lbs（4.5L）。设计压力为介质在环境温度54.4℃时的饱和蒸气压力，工作压力为介质在环境温度21.1℃时的饱和蒸气压力，工作压力不得超过设计压力的80%。最小试验压力PT取介质在55℃下的最大压力或1.2MPa二者中较高者。

GB/T 17268—2009规定：适用于在环境温度-40℃～60℃下使用的，试验压力PT≤6.2MPa（表压）、容积V≤25L（当PT＞3.5MPa时，V≤5L），非重复充装毒性按GB/T 7778划为A类制冷剂（限低压液化气体）的钢瓶。

试验压力为钢瓶所充介质在60℃时的饱和蒸汽压与2.3 MPa二者中之大值。

随着HFC类致冷剂的广泛使用后，以第三代制冷剂R410A、R32为例：

表1 制冷剂饱和蒸气压

从表1可以看出，如果要充装R410A、R32这类的制冷剂，采用 ISO 11118：2015、DOT39标准的气瓶均可以使用V大于5L的气瓶，而采用GB/T 17268—2009气瓶，则受到标准条款“当PT＞3.5MPa时，V≤5L”的限制。由于气瓶的常用规格按照集装箱尺寸设计，国际通用规格为水容积13.4L、22.3L，因此用GB/T 17268—2009气瓶充装R410A、R32类制冷剂，极大提高了物料的吨包装成本，缺乏市场竞争力。

建议修订GB/T 17268—2009标准时，采用与ISO 11118：2015标准一样的规定，将“PT＞3.5MPa时，V≤5L”修改为“PT＞4.5MPa时，V≤5L”。同时从安全管理的角度，规定PTV≤100MPa·L，限制该类钢瓶发生事故后可能产生危害的最大能量。经统计比对，目前已知制冷剂最大的PTV值约为62MPa·L。

3.2 瓶体材料

●3.2.1 瓶体材料深冲压要求

1）ISO 11118—2015标准对材料的要求：

用于气瓶瓶体制造的钢材须采用电炉或氧气转炉冶炼，采用铝或硅脱氧的无时效性充分镇静钢。

用于冷深拉成形的无缝、焊接或钎焊钢瓶瓶体的碳钢具有无时效性，使用时无拉伸应变痕，采用铝或硅脱氧的充分镇静。

对冷拉深成形的焊接或钎焊气瓶用的碳钢具有无时效性，并满足化学成分的要求：C≤0.12，Mn ≤ 0.50， P ≤ 0.025， S≤ 0.025。

附录D 屈服平台，对材料出现屈服平台现象的原因、特征、危害进行了阐述。

2）美国标准DOT39的材料要求：

化学成分C≤0.12， P≤0.04， S≤0.05。

对不进行热处理的DOT39钢瓶，在进行化学成分要求的同时，要求使用充分镇静钢，且符合深拉伸质量的钢材。冷轧薄板相对热轧板，具有优异的拉伸性能。

3）GB/T 17268—2009规定：钢瓶瓶体材料应采用深冲压完全镇静钢，具有良好的焊接性能。化学成分 C ≤ 0.12， P ≤ 0.025， S ≤0.020。

对比上面三个标准，可以看出对瓶体材料的要求相近。但瓶体采用的冷轧板，国内对应材料标准为GB/T 5213《冷轧低碳钢板及钢带》[6]。在GB/T 5213中，规定DC04适合深冲用，DC01适合一般用途；而国内各制造厂在制造DOT气瓶时均采用DC01，也通过了DOT的检验，出口的千万只气瓶未发生安全事故，可见冶金行业的深冲与气瓶行业的深拉伸控制尺度不一样。这就造成气瓶制造厂在做DOT气瓶时采用DC01，做国内产品尤其是换证时采用DC04。DC04价格比DC01高，造成了国内产品材料成本比国外产品高，同时制造厂生产中需要使用两种牌号材料，也不利于批量生产管理。

建议GB/T 17268—2009修订时去除瓶体板材深冲压要求，按照ISO 11118—2015标准改为“采用电炉或转炉冶炼的镇静钢，并具有良好的压延和焊接性能。”

●3.2.2 瓶体材料化学成分要求

Mn能轻微增加铁素体的强度，是控制钢的强度和硫化物析出的重要手段。材料冶炼时采用Al脱氧，有利于减小钢的时效性，提升材料的冲击韧性，提高安全性。GB/T 5213标准对材料化学成分有Al元素的要求。

建议瓶体材料化学成分按照ISO 11118—2015标准的规定增加Mn元素的要求，同时按照GB/T 5213增加Al的要求。

●3.2.3 屈服点延伸（YPE）

根据ISO 11118—2015 附录D，具有YPE的冷轧板拉伸时形成拉伸应变痕，成因是材料具有YPE特征引起的。

1）在力学性能拉伸曲线中的表现。

图1 具有YPE特征的应力应变曲线

图2 无YPE特征的应力应变曲线

在力学性能拉伸试验的曲线上，可明显的观察到：具有YPE特征的冷轧板的应力应变曲线具有屈服平台；而无YPE特征的应力应变曲线没有屈服平台，曲线平滑过渡。YPE特征可以通过检查材料的应力—应变曲线来确定。

2）具有YPE特征的冷轧板瓶体拉深后的表面特征。

YPE是冷轧板在塑性流动开始后在近似恒定载荷下发生的不连续屈服延伸。在呈现屈服点的冷轧板材料中，YPE是试样在不连续屈服开始时和结束时的伸长之差（即应变增加而应力不增加的区域）。无YPE特征的冷轧板材料拉伸应变曲线中屈服现象不明显。冷轧板中的YPE特征通常与板材退火后没有足够的平整有关，连续退火的钢比间歇退火的材料更容易受到YPE的影响。为了消除YPE，冷轧钢退火后应进行平整轧制（通常大于1.5%），平整轧制通常是生产冷轧钢的制造过程的最后一步。

图3 水压爆破试验

具有YPE特征的冷轧板在瓶体拉伸变形、爆破过程中会呈现出拉伸应变痕。拉伸应变痕的存在会造成未进行退火的气瓶瓶体厚度减薄，应力集中、削弱瓶体的强度，造成在低于爆破片爆破压力下钢瓶意外破裂，存在安全隐患。所以需对拉伸应变痕进行控制。

按照GB/T 5213的规定，只有DC06以上牌号才能保证无拉伸应变痕，DC01、DC04均有时效性，这样就给气瓶制造厂在材料使用时造成困难。出于成本考虑，制造厂不会采用DC06以上的钢板，而使用前的有时效性钢板从轧制时间到采购、仓储等环节如何能保证板材无YPE现象？为此有制造厂做了大量的试验，发现在使用前对板材进行力学性能复验，并记录拉伸应力—应变曲线，通过应力—应变曲线是否平滑过渡来事先判定将投料材料是否具有YPE特征，进而保证钢瓶质量的方法是有效可行的。

GB/T 17268—2009对材料复验仅规定按炉进行化学成分复验，因此建议增加瓶体板材按批进行力学性能复验的要求，通过拉伸试验检验板材的符合性及控制时效性。

3.3 设计计算公式

●3.3.1 ISO 11118—2015在设计中的变化

1）强度公式不变，以第四强度理论为基础。但式中参数取值变化。

式中：

D——外径，mm；

F——试验压力下的壁应力与保证的最小屈服应力之比，反映了气瓶的应力水平。（该定义解释见EN 12205—2001《可运输气瓶—金属非重复气瓶》[7]）；

Ph——试验压力，bar（表压）；

Reg——钢瓶瓶体屈服强度的最小保证值，MPa；

F取值从1变为≤0.85，主要考虑了ISO标准与欧盟标准EN 12205的一致。

2）刚度公式变化。

铁基材料S≥Do/650+0.5 调整为S≥Do/650+0.4：

3）水压爆破试验压力合格标准降低：水压爆破试验值大于等于1.6倍Ph值。ISO标准的安全系数进行调整：爆破安全系数Pb/Ph从2调整为1.6；屈服强度的安全系数从1调整为至少1.17。ISO标准变化后，则设计厚度取值按强度公式确定。设计思路是设计厚度符合强度的要求即可。在原材料确保拉伸质量和安全裕量的前提下，充分发挥材料拉伸后的力学性能。经测算，采用该公式瓶体的壁厚有所减薄。

●3.3.2 美国DOT39设计计算公式：

DOT39 的 计 算 公式 为σ=PT（1.3D2+0.4d2）/（D2-d2），强度设计公式以第二强度理论为基础，计算当量壁应力，要求其值不超过材料的最小保证屈服强度值。其爆破安全系数是2。

DOT39气瓶设计壁厚按照第二强度理论换算的壁厚计算公式：

未考虑进行刚度计算，将设计壁厚计算值直接作为气瓶的设计壁厚。

●3.3.3 GB/T 17268 的设计计算公式

GB/T 17268—2009和ISO 11118—2015标准采用的设计计算公式一致，设计厚度取强度公式和刚度公式的计算最大值。区别在于：一是ISO采用外径的计算公式；GB/T 17268采用内径的计算公式；二是确定许用应力[σ]的安全系数的取值不同。

GB/T 17268—2009标准的安全系数：爆破安全系数Pb/Ph为2；屈服强度的安全系数为1.3。相对于ISO 11118—2015 中的F=0.77， 符合F≤0.85的要求。

建议GB/T 17268修订时不按照ISO 11118—2015调整安全系数。原因：一是国内有的生产企业主体责任意识淡薄，自律不强，材料控制、拉伸工艺等水平不高，产品质量的稳定性较差，安全得不到有效保障；二是考虑若爆破压力采纳1.6倍的安全系数，若爆破片的质量及焊接质量控制不佳，会产生钢瓶爆开而安全装置未起作用的风险；三是目前如美国、日本等国标准的爆破安全系数都为2，中国企业在生产一次性钢瓶时，最佳的模式是同条生产线，同种材料、安全泄放部件及生产工艺条件下，生产的钢瓶在能符合GB/T 17268要求的同时，也能满足国外标准的要求。

3.4 水压爆破试验

ISO 11118—2015标准增加了样瓶在水压爆破试验前，须按下列要求进行人工时效处理：

1）时效温度100℃，至少恒温1h；

2） 时效温度120℃，至少恒温15min；

3） 时效温度150℃，至少恒温2.5min。

并规定水压爆破试验后的钢瓶，不得有拉伸应变痕。

人工时效处理目的是对YPE现象的控制及其危害的预判。时效性材料在长期使用状态下，因存在间隙原子如C、N、O，可能会导致材料性能的变化，如强度、硬度随时间推移而增大，而塑性则有所下降。而此处的时效处理的作用（时效温度与时间的配合下），虽不能有效消除冷作硬化与焊接产生的残余应力，但可以通过温度的作用，来评估钢瓶长期使用后是否存在时效性。

建议GB/T 17268—2009修订时，此项规定与ISO 11118—2015一致，增加水压爆破后的外观检查，如有拉伸应变痕则该批钢瓶不合格，保证产品的安全质量。

3.5 气瓶制造质量追溯

为贯彻TSG 07—2019《特种设备生产及和充装单位许可规则》[8]《国务院关于加强事中事后监管的指导意见》（国发〔2019〕18号）和《国务院办公厅关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》（国办发〔2015〕95号）的要求，以落实气瓶制造单位、充装单位、检验单位追溯管理责任为基础，提升气瓶质量安全与公共安全为目标，统一追溯标准，强化信息互通共享，提高监管效能，实现气瓶来源可查、流向可追、责任可究的体系。

建议GB/T 17268—2009修订时，应增加对每批气瓶电子合格证上传到信息平台的内容，通过二维码及电子合格证使每只非重复充装钢瓶的制造、充装信息达到可追溯的目的。