ISO/TR 12391-1:2001
(Main)Gas cylinders — Refillable seamless steel — Performance tests — Part 1: Philosophy, background and conclusions
Gas cylinders — Refillable seamless steel — Performance tests — Part 1: Philosophy, background and conclusions
This part of ISO/TR 12931 applies to seamless steel refillable cylinders of all sizes from 0,5 l up to and including 150 l water capacity produced of steel with tensile strength (Rm) greater than 1 100 MPa. It can also be applied to cylinders produced of steels used at lower tensile strengths. In particular, it provides the technical rationale and background to guide future alterations of existing ISO standards or for developing advanced design standards.
Bouteilles à gaz — Rechargeables en acier sans soudure — Essais de performance — Partie 1: Philosophie, historique et conclusions
La présente partie de l'ISO/TR 12391 est applicable aux bouteilles rechargeables en acier sans soudure de toutes les tailles, d'une capacité en eau comprise entre 0,5 l et 150 l inclus, réalisées dans un acier ayant une résistance à la traction (Rm) supérieure à 1 100 MPa. Elle peut également être applicable aux bouteilles réalisées dans des aciers ayant des résistances à la traction inférieures. Elle fournit notamment une analyse technique et des bases destinées à guider de futures modifications des normes ISO existantes ou à élaborer des normes de conception avancée.
General Information
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 12391-1
First edition
2001-12-15
Gas cylinders — Refillable seamless
steel — Performance tests —
Part 1:
Philosophy, background and conclusions
Bouteilles à gaz — Rechargeables en acier sans soudure — Essais de
performance —
Partie 1: Philosophie, historique et conclusions
Reference number
ISO/TR 12391-1:2001(E)
©
ISO 2001
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 References .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and abbreviations.2
5 Background.2
6 Considerations of fracture performance.6
7 Flawed cylinder burst test procedure.8
8 Considerations of fatigue cycle test.8
9 Discussion of test data .9
Bibliography.12
© ISO 2001 – All rights reserved iii
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ISO/TR 12391-1:2001(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.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is
normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a simple majority
vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely informative in nature
and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO/TR 12391 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 12391-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, Subcommittee SC 3, Cylinder
design.
ISO/TR 12391 consists of the following parts, under the general title Gas cylinders — Refillable seamless steel —
Performance tests:
Part 1: Philosophy, background and conclusions
Part 2: Fracture performance tests — Monotonic burst tests
Part 3: Fracture performance tests — Cyclical burst tests
Part 4: Flawed cylinder cycle test
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
Introduction
Gas cylinders as specified in ISO 9809-1 have been constructed of steel with a maximum tensile strength of less
than 1 100 MPa. With the technical changes in steel-making using a two-stage process, referred to as ladle
metallurgy or secondary refining, significant improvement in mechanical properties have been achieved. These
improved mechanical properties provide the opportunity of producing gas cylinders with higher tensile strength,
which achieve a lower ratio of steel to gas weight. The major concern in using steels of higher tensile strength with
correspondingly higher design wall stress is safety throughout the life of the gas cylinder.
When ISO/TC 58/SC 3 began drafting ISO 9809-2, Working Group 14 was formed to study the need for additional
controls for the manufacture of steel gas cylinders having a tensile strength greater than 1 100 MPa.
This part of ISO/TR 12391 presents the philosophy and background information developed by WG 14 to study the
problems inherent with steel of higher tensile strength. It also states the conclusions of WG 14, which were
included in ISO 9809-2.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 12391-1:2001(E)
Gas cylinders — Refillable seamless steel — Performance tests —
Part 1:
Philosophy, background and conclusions
1 Scope
This part of ISO/TR 12931 applies to seamless steel refillable cylinders of all sizes from 0,5 l up to and including
150 l water capacity produced of steel with tensile strength (R ) greater than 1 100 MPa.
m
It can also be applied to cylinders produced of steels used at lower tensile strengths. In particular, it provides the
technical rationale and background to guide future alterations of existing ISO standards or for developing advanced
design standards.
2 References
ISO 6406.1992, Periodic inspection and testing of seamless steel gas cylinders
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
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO/TR 12391, the following terms and definitions apply.
3.1
flawed cylinder burst test
test conducted on a finished gas cylinder having a deep prescribed flaw machined into the exterior sidewall and
failed by internal pressurization
NOTE Pressurization can be hydraulic, applied either monotonically or cyclical. The flaw depth is in the range of 75 % of
the cylindrical wall thickness.
3.2
flawed cylinder cycle test
test conducted on a finished gas cylinder having a shallow prescribed flaw machined into the exterior sidewall and
failed by cyclical internal pressurization
NOTE Pressurization is normally hydraulic. The flaw depth is 10 % of the cylindrical wall thickness.
3.3
fracture performance
type of crack growth at the instant of through-wall failure, either by stable crack arrest or a running crack rupture,
i.e. leak or fracture
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
4 Symbols and abbreviations
4.1 Symbols
d = artificial flaw depth (mm),
D = nominal outside diameter of cylinder (mm),
l = length of artificial flaw (mm),
o
P = measured failure pressure (bar),
f
P = hydrostatic test pressure (bar),
h
P = calculated design working pressure (bar),
s
t = actual measured wall thickness at the location of the flaw (mm),
a
t = calculated minimum design wall thickness (mm),
d
R = actual measured value of yield strength (MPa),
e
R = actual measured value of tensile strength (MPa)
m
4.2 Abbreviations
CVN = charpy V-notch impact test
KIC = keyhole impact charpy
LBB = leak before break fracture performance
UTS = ultimate tensile strength
1)
NOTE In ISO/TR 12391-2 this term is to be defined as either “leak” or “fracture”.
5 Background
5.1 Participation
In 1989 ISO/TC 58/SC 3 formed a working group (WG 14) to study the potential need for controls in excess of
those in ISO 9809-1 for the manufacture and testing of steel cylinders with tensile strengths greater than
1 100 MPa. Extensive technical considerations were essential to the development of an ISO standard for the
production of a new generation of cylinders using higher tensile strengths to assure safe performance during their
service life. A primary concern was the potential fatigue crack failure mechanism.
Seven member nations provided one or more technical members who had expertise in the technology of seamless
steel gas cylinders. These countries and companies are listed in Table 1.
1) In preparation.
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
Table 1 — List of participating countries
Country Company Status
Austria J. Heiser Producer
Air Liquide User
France
Valmont Producer
Germany Mannesmann Producer
JISC Regulator
Japan
Sumikin Kiko Producer
Sweden AGA User
United Kingdom Chesterfield Producer
Norris Cylinder Co. Producer
Praxair User
Pressed Steel Tank Co. Producer
USA
Taylor Wharton Producer
U.S. DOT Regulator
National Institute of Science & Technology Technology
5.2 Essential cylinder safety controls
The working group first studied and debated which physical attributes of cylinders would vary because of higher
tensile strength and therefore affect critical safety performance of the cylinders. The need for additional
manufacturing tests to control the envisioned critical attributes were then considered. Figure 1 is a flow chart of the
analysis procedure.
5.3 Safety controls
Each member nation presented a review of their existing control system for steels of various tensile strengths which
were generally categorized by R as:
m
below 950 Mpa;
950 to 1 100 Mpa;
greater than 1 100 MPa.
Table 2 lists existing controls, which affect fracture performance, presented by Austria, France, Sweden, United
Kingdom and USA in 1989. It was noted that these basic controls were similar in all nations and used traditional
metallurgical factors. In 1989 only Austria and the USA had developed specific controls for steel with a tensile
strength above 1 100 MPa.
In addition to the data given in Table 2, various experts put forth other considerations. Austria presented a
procedure for predicting burst versus leak in a cycle/fatigue test. France presented the classic French burst test
with a statistical time-history along with impact test data. Sweden stated that an increase in Charpy values would
normally be required to assure adequate toughness at the increased strength level. The United Kingdom presented
a concept of a hydro-burst test measuring total energy and presented a paper on that concept. Germany
investigated the “Battelle Concept” and pointed out that those equations were only valid where the material exhibits
ductile fracture behaviour, and the calculations are not applicable to brittle fracture or mixed fracture mode. The
USA presented a procedure applied since 1985 for cylinders with tensile strength over 1 100 MPa, and test data
from two manufacturers for the “Leak-before-break” (LBB) test concept on a pre-flawed cylinder.
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
Figure 1 — Flow chart of issues, objectives and approach
It was concluded that the only significant change in cylinder performance at strength levels above 1 100 MPa would
be the potential reduction in toughness because of the substantial increases in tensile strength. Consequently, it
was agreed that the critical control factor required was “To develop toughness acceptance level and test
procedures for steel used in the construction of seamless cylinders with tensile strength above 1 100 MPa to
assure a fracture safe performance”.
It was further agreed that current state-of-the-art control of fracture performance could be achieved by a flawed
cylinder burst test and a Charpy V-notch test in the transverse direction at − 50 °C. An important consideration was
to develop a test that tested the entire cylinder and not merely test samples taken from the cylinder wall.
At a later stage the work programme of WG 14 was extended to include a further test to control safe service
performance and fatigue cycle life. As a consequence of this study, the flawed cylinder cycle test was adopted in
ISO 9809-2.
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
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Table 2 — Fracture control — Current practices — 1989
Member nation and strength level
Control
factor
Sweden France Austria UK USA
2 a
u 1 030 u 1 070 W 1 100
R (N/mm ) < 950 950/1 100 > 1 100 All strengths 950/1 150 1 150 u 950 950/1 070 1 070/1 200
m
u 0,9 for H
2
R /R b b
— — — — — — — — —
e m
u 0,95 other
W 20 % W 16 % W 12 %
W 16 % W 14 % W 12 % W 14 %
b W 14% b
Elongation 14 % 14 % (ISO)
2 in × 1,5 in 2 in × 1,5 in 2 in × 1,5 in
(5d gauge) (ISO) (ISO) (ISO)
gauge gauge gauge
In In In
accordance accordance accordance
P /P = NR P /P W 1,6 b P /P W 1,67 b c
Burst — — Flawed burst
b h b h b h
with ISO with ISO with ISO
P = – P = – P = –
b b b
Propagation into
No limit on No limit on
Burst fracture
b thicker section b
propagation propagation
NR NR — — — — —
appearance
u 1,2 t
length length
b b d
L/temperature 50/−50 °C 50/−50 °C 50/−20 °C 60/−20 °C 50/−20 °C — 40/−20 °C 58/−18 °C —
2
CVN (J/cm ) For t > 5mm
b b
— — — 25/−20 °C — — — — 44/− 18 °C
T/temperature 25/−20 °C
b
b W 85 Ksi
KIC — — CVN — — — — — — —
<-->KIC
a
2
USA limited R to 930 N/mm for hydrogen and embrittling gases.
m
b
No specific control.
c
Burst test not required as production test; but US DOT requires maximum of 2,5 P (1,5 P ) for standard 3A and 3AA.
s h
d
2 2
CVN not required as production test, however industry control limits are 51 J/cm , L at − 50 °C and average 102 J/cm , L at − 50 °C.
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ISO/TR 12391-1:2001(E)
6 Considerations of fracture performance
6.1 General
WG 14 members conducted a series of tests on cylinders of different tensile strength levels. These included:
all strength ranges of existing cylinders;
existing cylinders re-heat treated to higher strength levels;
cylinders with a tensile strength greater than 1 100 MPa.
Each cylinder test was to include:
the flawed cylinder burst test;
CVN impact tests transverse at − 50 °C;
a standard tensile test.
Figure 2 shows the standardized test data report required to be used by each participant. By standardizing both the
test methods and the required data collection report, the results of the tests performed at various locations were
suitable for compilation, comparison and analysis.
A basic premise in studying the flawed cylinder burst test was that testing a finished cylinder under service stress
conditions instead of testing samples extracted from a cylinder would be a far superior method to stimulate
potential in-service failure due to cyclic fatigue.
Thirteen member companies performed the standardized tests and submitted the data via the standard report.
More than 500 individual tests were performed and reported. The data resides in a “Data Bank” at National Institute
of Science and Technology (NIST), Washington, DC, USA and is to be discussed in detail in ISO/TR 12391-2.
6.2 Fracture performance test programme
The intent of the test programme was to determine if the flawed cylinder burst test was adequate, as the primary
control, to reliably predict fracture performance of steel cylinders, and to evaluate the Charpy V-notch impact test
as a secondary control. Another test programme was conducted to evaluate fatigue cycle life of cylinders that were
damaged externally during use.
The
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 12391-1
Première édition
2001-12-15
Bouteilles à gaz — Rechargeables en acier
sans soudure — Essais de performance —
Partie 1:
Philosophie, historique et conclusions
Gas cylinders — Refillable seamless steel — Performance tests —
Part 1: Philosophy, background and conclusions
Numéro de référence
ISO/TR 12391-1:2001(F)
©
ISO 2001
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
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Imprimé en Suisse
ii © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.1
4 Symboles et abréviations .2
5 Historique .2
6 Considérations relatives à la résistance à la déchirure .6
7 Mode opératoire de rupture de la bouteille entaillée .8
8 Considération relatives à l'essai de cyclage de fatigue .9
9 Examen des données d'essai.10
Bibliographie.13
© ISO 2001 – Tous droits réservés iii
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état de la
technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport technique.
Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement être révisés avant
que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO/TR 12391 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.
L'ISO/TR 12391-1 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, sous-comité SC 3,
Construction des bouteilles.
L'ISO/TR 12391 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Bouteilles à gaz —
Rechargeables en acier sans soudure — Essais performances:
Partie 1: Philosophie, origine et conclusions
Partie 2: Essais de résistance à la déchirure — Essais de rupture sous pression constante
Partie 3: Essais de résistance à la déchirure — Essais de rupture cyclique
Partie 4: Essai de cyclage de bouteille entaillée
iv © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
Introduction
Les bouteilles à gaz spécifiées dans l’ISO 9809-1 sont réalisées en acier ayant une résistance maximale à la
traction inférieure à 1 100 MPa. Les modifications techniques apportées à l’élaboration de l’acier en mettant en
œuvre un procédé à deux étapes, désigné sous le nom de métallurgie en poche ou d’affinage secondaire, ont
amélioré de façon significative les caractéristiques mécaniques. Cette amélioration des caractéristiques
mécaniques permet de fabriquer des bouteilles à gaz ayant une plus grande résistance à la traction, ce qui donne
un rapport inférieur de l’acier au poids du gaz. La principale préoccupation liée à l’utilisation d’aciers ayant une plus
grande résistance à la traction, avec une contrainte théorique de paroi d’autant plus élevée, est la question de la
sécurité tout au long de la durée de vie de la bouteille à gaz.
Lorsque l’ISO/TC 58/SC 3 a commencé à élaborer l’ISO 9809-2, le groupe de travail GT 14 a été créé pour étudier
la nécessité de contrôles supplémentaires pour la fabrication de bouteilles à gaz en acier ayant une résistance à la
traction supérieure à 1 100 MPa.
La présente partie de l’ISO/TR 12391 présente la philosophie et les informations générales développées par le
GT 14 pour étudier les problèmes inhérents à l’acier de résistance à la traction plus élevée. Elle mentionne
également les conclusions du GT 14, qui figurent dans l’ISO 9809-2.
© ISO 2001 – Tous droits réservés v
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 12391-1:2001(F)
Bouteilles à gaz — Rechargeables en acier sans soudure — Essais
de performance —
Partie 1:
Philosophie, historique et conclusions
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO/TR 12391 est applicable aux bouteilles rechargeables en acier sans soudure de toutes
les tailles, d’une capacité en eau comprise entre 0,5 l et 150 l inclus, réalisées dans un acier ayant une résistance
à la traction (R ) supérieure à 1 100 MPa.
m
Elle peut également être applicable aux bouteilles réalisées dans des aciers ayant des résistances à la traction
inférieures. Elle fournit notamment une analyse technique et des bases destinées à guider de futures modifications
des normes ISO existantes ou à élaborer des normes de conception avancée.
2 Références normatives
ISO 6406:1992, Contrôle et essais périodiques des bouteilles à gaz en acier sans soudure
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
à 1 100 MPa
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 1 100 MPa
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO/TR 12391, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
essai de rupture de bouteille entaillée
essai effectué sur une bouteille à gaz finie présentant une entaille prescrite profonde, usinée dans la paroi
extérieure et due à une mise sous pression interne
NOTE La mise sous pression peut être hydraulique, en étant constante ou cyclique. La profondeur de l’entaille se situe
dans la plage de 75 % de l’épaisseur de paroi cylindrique.
3.2
essai de cyclage de bouteille entaillée
essai effectué sur une bouteille à gaz finie présentant une entaille prescrite peu profonde, usinée dans la paroi
extérieure et due à une mise sous pression interne cyclique
NOTE La mise sous pression est normalement hydraulique. La profondeur de l’entaille est égale à 10 % de l’épaisseur de
paroi cylindrique.
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
3.3
résistance à la déchirure
type de propagation d’une fissure au moment de la défaillance à travers la paroi soit par arrêt stable de la fissure,
soit par rupture d’une fissure qui se propage, c’est-à-dire fuite ou déchirure
4 Symboles et abréviations
4.1 Symboles
d = profondeur de l’entaille artificielle (mm),
D = diamètre nominal extérieur de la bouteille (mm),
l = longueur de l’entaille artificielle (mm),
o
P = pression de défaillance mesurée (bar),
f
P = pression d’essai hydrostatique (bar),
h
P = pression de service théorique calculée (bar),
s
t = épaisseur de paroi réelle mesurée à l’emplacement de l’entaille (mm),
a
t = épaisseur de paroi minimale calculée (mm),
d
R = valeur réelle mesurée de la limite d’élasticité (MPa),
e
R = valeur réelle mesurée de la résistance à la traction (MPa)
m
4.2 Abréviations
CVN = essai Charpy (entaille en V)
KIC = «keyhole impact charpy»
LBB = fuite avant déchirure de rupture
UTS = limite d’élasticité
1)
NOTE Dans la présente partie de l'ISO/TR 12391 , ce terme est défini soit comme «fuite» soit comme «déchirure».
5 Historique
5.1 Participation
En 1989, l’ISO/TC 58/SC 3 a créé un groupe de travail (GT 14) pour étudier la nécessité potentielle de contrôles en
plus de ceux définis dans l’ISO 9809-1 pour la fabrication et les essais des bouteilles en acier ayant une résistance
à la traction supérieure à 1 100 MPa. Des considérations techniques plus larges étaient indispensables à
l’élaboration d’une norme ISO pour la production d’une nouvelle génération de bouteilles ayant des résistances à la
1)
En préparation.
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ISO/TR 12391-1:2001(F)
traction plus élevées garantissant la sécurité de leurs performances au cours de leur vie utile. Une des principales
préoccupations a été le mécanisme de défaillance potentielle par fissure à la fatigue.
Sept nations membres ont mis à disposition un ou plusieurs membres techniques qui avaient l’expérience de la
technologie des bouteilles à gaz en acier sans soudure. La liste de ces pays et de ces sociétés figure dans le
Tableau 1.
Tableau 1 — Liste des pays participants
Pays Société Statut
Autriche J. Heiser Fabricant
Air Liquide Utilisateur
France
Valmont Fabricant
Allemagne Mannesmann Fabricant
JISC Organisme réglementaire
Japon
Sumikin Kiko Fabricant
Suède AGA Utilisateur
Royaume-Uni Chesterfield Fabricant
Norris Cylinder Co. Fabricant
Praxair Utilisateur
Pressed Steel Tank Co. Fabricant
USA
Taylor Wharton Fabricant
U.S. DOT Organisme réglementaire
National Institute of Science & Technology Technologie
5.2 Contrôles indispensables de la sécurité des bouteilles
Le groupe de travail a, tout d’abord, procédé à une étude et à une discussion pour déterminer quels attributs
physiques des bouteilles varieraient, du fait d’une augmentation de la résistance à la traction, et se répercuteraient
donc sur les performances critiques de sécurité des bouteilles. Il a ensuite examiné la nécessité d’essais
supplémentaires en production, afin de contrôler les attributs critiques prévus. La Figure 1 est un schéma
fonctionnel de la méthode d’analyse.
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Figure 1 — Schéma fonctionnel des questions, objectifs et approche
5.3 Contrôles de sécurité
Chaque nation membre a présenté un compte rendu de son système de contrôle en place pour les aciers ayant
diverses résistances à la traction, généralement classées en fonction de la R de la manière suivante:
m
inférieure à 950 MPa;
de 950 à 1 100 MPa;
supérieure à 1 100 MPa.
Le Tableau 2 énumère les contrôles existants en matière de résistance à la déchirure, présentés en 1989 par
l’Autriche, la France, la Suède, le Royaume-Uni et les USA. Il a été noté que ces contrôles de base étaient
semblables dans tous les pays et faisaient intervenir des facteurs métallurgiques traditionnels. En 1989, l’Autriche
et les USA étaient les seuls à développer des contrôles spécifiques pour l’acier ayant une résistance à la traction
supérieure à 1 100 MPa.
Outre les données présentées dans le Tableau 2, divers experts ont avancé d’autres considérations. L’Autriche a
présenté une méthode permettant de prévoir la rupture en fonction des fuites dans un essai de cyclage/fatigue. La
France a présenté l’essai de rupture français classique avec un historique statistique dans le temps accompagné
de données d’essai de résistance aux chocs. La Suède a indiqué qu’une augmentation des valeurs Charpy serait
normalement nécessaire pour assurer une ténacité suffisante à un niveau de résistance plus élevé. Le Royaume-
Uni a présenté un concept d’essai de rupture hydraulique mesurant l’énergie totale, ainsi qu’une communication
sur ce concept. L’Allemagne a étudié le «Concept Battelle» et a souligné que ces équations n’étaient valables que
lorsque le matériau présente un comportement de rupture ductile et que les calculs ne sont pas applicables à une
rupture fragile ou à un mode de rupture mixte. Les USA ont présenté une méthode appliquée depuis 1985 pour les
bouteilles ayant une résistance à la traction supérieure à 1 100 MPa ainsi que les données d’essai fournies par
deux fabricants pour le concept d’essai de «fuite avant rupture» (LBB) sur une bouteille préentaillée.
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Tableau 2 — Contrôle de la déchirure — Pratiques courantes — 1989
Nation membre et niveau de résistance
Facteur de
contrôle
Suède France Autriche Royaume-Uni USA
2 a
R (N/mm ) u 1 030 u 1 070 W 1 100
< 950 950/1 100 > 1 100 Toutes résistances 950/1 150 1 150 u 950 950/1 070 1 070/1 200
m
u 0,9 pour H
2
b b
R /R
— — — — — — — — —
e m
u 0,95 autres
W 20 % W 16 % W 12 %
W 16 %
W 14 % W 12 % W 14 %
2 in × 1,5 in 2 in × 1,5 in 2 in × 1,5 in
b W 14% b
Allongement 14 % 14 % (ISO)
(5d sur longueur
(ISO) (ISO) (ISO) longueur longueur longueur
entre repères)
entre repères entre repères entre repères
Rupture de
Selon l' ISO Selon l' ISO Selon l'ISO
P /P = NR P /P W 1,6 b P /P W 1,67 b c
Rupture — — bouteille
b h b h b h
P = – P = – P = –
b b b
entaillée
Aucune Aucune
Propagation à la
Aspect de la
limite à la limite à la
b section plus mince b
déchirure de NR NR — — — — —
longueur de longueur de
u 1,2 t
rupture
propagation propagation
b b d
L/température 50/−50 °C 50/−50 °C 50/−20 °C 60/−20 °C 50/−20 °C — 40/−20 °C 58/−18 °C —
Pour
2
CVN (J/cm )
b b
— — — t > 5mm 25/−20 °C — — — — 44/− 18 °C
T/température
25°/−20 °C
b
b W 85 Ksi
KIC — — CVN — — — — — — —
<-->KIC
a
2
Les USA ont limité la R à 930 N/mm pour l'hydrogène et les gaz fragilisants.
m
b
Aucun contrôle spécifique.
c
Essai de rupture non requis comme essai en production; mais le DOT américain requiert un maximum de 2,5 P (1,5 P ) pour le standard 3A et 3AA.
s h
d
2 2
CVN non requis comme essai en production; toutefois, les limites de contrôle de l'industrie sont 51 J/cm , L à − 50 °C et une moyenne de 102 J/cm , L à − 50 °C.
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La conclusion a été que le seul changement important dans les performances des bouteilles à des niveaux de
résistance supérieurs à 1 100 MPa serait la diminution potentielle de ténacité du fait de l’augmentation sensible de
la résistance à la traction. En conséquence, il a été convenu que le facteur de contrôle critique requis était de
«développer le niveau d’acceptation de la ténacité et des modes opératoires d’essai pour l’acier utilisé dans la
fabrication de bouteilles sans soudure ayant une résistance à la traction supérieure à 1 100 MPa et ce, pour
garantir la «résistance à la déchirure».
Il a été en outre convenu qu’un contrôle de la résistance à la déchirure en l’état actuel des connaissances pourrait
être réalisé en procédant à un essai de rupture de bouteille entaillée et à un essai Charpy (entaille en V) dans le
sens transversal, à – 50 °C. Un point important envisagé a été la mise au point d’un essai d’une bouteille entière,
et non pas simplement d’échantillons pour essai prélevés sur la paroi d’une bouteille.
À un stade ultérieur, le programme de travail du GT 14 a été élargi pour inclure un autre essai destiné à contrôler
la sécurité en service ainsi que la durée des cycles de fatigue. À l’issue de cette étude, l’essai de cyclage d’une
bouteille entaillée a été adopté dans l’ISO 9809-2.
6 Considérations relatives à la résistance à la déchirure
6.1 Généralités
Les membres du GT 14 ont procédé à une série d’essais sur des bouteilles présentant divers niveaux de
résistance à la traction et notamment:
toutes les plages de résistance des bouteilles existantes;
les bouteilles existantes soumises à un nouveau traitement thermique pour les porter à des niveaux de
résistance plus élevés;
les bouteilles ayant une résistance supérieure à 1 100 MPa.
Chaque essai de bouteille devait comporter:
l’essai de rupture d’une bouteille entaillée;
les essais de résistance CVN dans le sens transversal, à – 50 °C;
un essai de traction normalisé.
La Figure 2 présente le rapport des données d’essai normalisées devant être utilisé par chaque participant. En
normalisant à la fois les méthodes d’essai et le rapport requis de collecte des données, les résultats des essais
effectués en divers lieux convenaient pour compilation, comparaison et analyse.
Un principe de base de l’étude de l’essai de rupture d’une bouteille entaillée a été que procéder aux essais d’une
bouteille finie, dans des conditions de contrainte de service, plutôt qu'aux essais d’échantillons prélevés sur une
bouteille, constituerait une méthode bien meilleure pour simuler une défaillance potentielle en service due à une
fatigue cyclique.
Treize sociétés membres ont effectué les essais normalisés et soumis les données à travers le rapport type. Plus
de 500 essais individuels ont été réalisés et ont fait l’objet d’un rapport. Les données figurent dans une «banque de
données» au National Institute of Science and Technology (NIST), Washington, DC, USA et sont étudiées en détail
dans la Partie 2 de l'ISO/TR 12391.
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Formulaire de rapport pour la base de données commune des bouteilles
Rapport d'essai de rupture d'une «bouteille entaillée» de l'ISO/SC 3/GT 14 Dates de soumission: ___________
1.0 Description de la bouteille 1.7 Type de matériau
1.1 Diamètre extérieur: 230 mm Cr-Mo: X
1.2 Volume: 50 l C-Mn:
1.3 P: 300 bar Alliage:
h
1.4 Conception t 4,5 mm Haut C:
1.5 R min. max. 1.8 Conception
g
MPa 1 100 1 160 Spécification: X
1.6 Ex
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.