A la hora de elegir placas de acero al carbono, el primer paso es comparar las propiedades del material con los requisitos reales del trabajo. Para obras estructurales importantes, como la construcción de puentes, la mayoría de los ingenieros optan por el acero ASTM A36, ya que ofrece una resistencia mínima a la fluencia de 250 MPa y se suelda muy bien. Sin embargo, en el caso de recipientes a presión se requiere un material más resistente, por lo que generalmente se especifican grados A516, ya que estos materiales soportan rangos de temperatura desde -29 grados Celsius hasta 343 grados Celsius sin degradarse. Si hablamos de aplicaciones marinas donde el agua salada ataca constantemente las superficies metálicas, entonces los aceros con contenido de cobre, como el ASTM A588, se convierten en la opción inteligente. Estas aleaciones especiales resisten la corrosión mucho mejor que el acero normal, lo que significa que el equipo dura considerablemente más en esas condiciones extremas, aproximadamente un 25 a 40 por ciento más según pruebas de campo realizadas durante varios años.
Tres propiedades mecánicas rigen la selección del material:
Factores ambientales como la exposición a UV y contacto químico pueden degradar el acero al carbono sin protección a tasas de 0.5–1.2 mm/año, destacando la necesidad de tratamientos protectores en instalaciones de largo plazo.
El acero ASTM A36 es definitivamente más barato que el acero de alta resistencia A572, quizás alrededor de un 15 a 20 por ciento más económico en realidad. Pero cuando lo analizamos desde otro ángulo, el A572 tiene aproximadamente el doble de resistencia de cedencia del acero A36 estándar. Esto significa que los ingenieros pueden utilizar materiales más delgados sin sacrificar la integridad estructural, lo cual ahorra peso y costos de material a largo plazo. Además, el análisis de los gastos de mantenimiento a lo largo del tiempo presenta una historia diferente también. Estudios indican que optar por aceros resistentes a la corrosión o aplicar recubrimientos protectores adecuados reduce los costos de reemplazo en aproximadamente un 60 por ciento después de unos quince años. Para estructuras diseñadas para durar décadas, esto resulta financieramente sensato, incluso aunque la inversión inicial parezca más elevada a primera vista.
Cuando hablamos de placas de acero al carbono, la resistencia a la tracción básicamente nos indica cuánto esfuerzo puede soportar el material antes de romperse por completo. La resistencia al límite elástico es otra medida importante que muestra en qué momento el metal comienza a deformarse permanentemente bajo presión. Luego está la elongación, que mide cuánto se alarga el material antes de fallar, expresada como porcentaje. Esto nos da una idea de lo dúctil o elástico que es realmente el acero. Tomemos como ejemplo el ASTM A36. Este grado en particular tiene un rango de resistencia a la tracción entre aproximadamente 36 ksi y 80 ksi. Estas propiedades hacen del ASTM A36 una buena opción para estructuras que necesitan soportar cargas pesadas, como componentes de puentes y estructuras de marcos en edificios donde se requiere tanto resistencia como cierto grado de flexibilidad.
El contenido de carbono influye directamente en la dureza y la resistencia al impacto:
| Contenido de carbono | Dureza (Rockwell B) | Resistencia al impacto | Aplicaciones de ejemplo |
|---|---|---|---|
| Bajo (0,05–0,25%) | 50–70 HRB | 80–100 J | Construcción general, bases de maquinaria |
| Medio (0,30–0,60%) | 75–100 HRB | Moderado | Maquinaria industrial, puentes |
| Alto (0,61–1,50%) | 92+ HRB | Mayor resistencia, menor tenacidad | Herramientas, resortes |
Los aceros de carbono medio como el ASTM A572 se benefician del tratamiento térmico para equilibrar la dureza con la resistencia a la fractura, especialmente en entornos fríos.
Según investigaciones recientes de 2022 realizadas por ASM International, ciertos aceros tratados térmicamente pueden soportar más de un millón de ciclos de carga a la mitad de su capacidad máxima. Esta durabilidad depende significativamente de factores como la condición superficial, ya que los acabados de superficie mecanizados versus laminados afectan considerablemente el rendimiento general frente a la fatiga debido a puntos de concentración de esfuerzos causados por esquinas afiladas o discontinuidades en la superficie. El control eficaz de la corrosión prolonga aún más la vida útil de estos materiales, lo que hace esenciales los recubrimientos protectores para instalaciones de largo plazo en ambientes agresivos
El aumento del contenido de carbono (0,30–0,60%) mejora la resistencia pero reduce la soldabilidad. Tratamientos térmicos adecuados, como el precalentamiento a 150–200°C, pueden ayudar a evitar problemas de grietas inducidas por hidrógeno. Para el acero ASTM A516 Grado 70 con un espesor de 25 mm, es necesario aplicar medidas de precalentamiento alrededor de los 95°C junto con procedimientos de tratamiento térmico posterior a la soldadura para obtener resultados óptimos durante tareas complejas de fabricación.
Este acero generalmente tiene una resistencia mínima a la fluencia de aproximadamente 36 ksi, mientras que su resistencia a la tracción varía entre unos 58 y 80 ksi. Como un acero estructural de bajo contenido de carbono ampliamente utilizado, el ASTM A36 ofrece propiedades mecánicas equilibradas ideales para aplicaciones generales de construcción, tales como estructuras de edificios o componentes de puentes. Su capacidad de permanecer dúctil bajo tensión lo hace versátil para diversas tareas de ingeniería donde la resistencia y flexibilidad son características esenciales de desempeño.
Si bien es adecuado para proyectos generales de construcción, el ASTM A36 es menos apropiado que el A572 Grado 50 en escenarios donde se requiere mayor resistencia sin sacrificar flexibilidad, por ejemplo, vigas de puente de largo alcance que exigen una relación resistencia-peso de 1,5:1 o sistemas de carriles de grúas resistentes a fuerzas de carga dinámica repetidas.
El acero al carbono ASTM A516 ofrece una excelente tenacidad incluso en rangos de temperaturas subcero, lo que los hace particularmente valiosos cuando se trabaja con materiales propensos a fractura frágil comunes en tanques de almacenamiento de gas licuado de petróleo (GLP), así como tolerancia a corto plazo a altas temperaturas alrededor de los ochocientos grados Fahrenheit, fundamental al fabricar productos diseñados específicamente para soportar condiciones extremadamente frías o calientes.
| Grado | Contenido de carbono (%) | Contenido de Manganeso (%) | Contenido Máximo de Fósforo (%) |
|---|---|---|---|
| ASTM A36 | ≤0.26 | 0.60–0.90 | 0.040 |
| Astm a572 | ≤0.23 | 1.15–1.65 | 0.035 |
| Astm a516 | 0.24–0.3 | 0.85–1.20 | 0.035 o menos |
Los materiales de bajo carbono son especialmente adecuados para operaciones de mecanizado que requieren menos esfuerzo que sus contrapartes de mayor grado. Por lo tanto, las plantas que procesan A36 obtienen aproximadamente un 15 por ciento de ahorro en los requisitos operativos de herramientas CNC en comparación con las utilizadas para desarrollar productos con manganeso enriquecido como los que se encuentran al utilizar aleaciones avanzadas (AISI)
Los factores clave incluyen hacer coincidir las propiedades del material con los requisitos del proyecto, evaluar las propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción, tenacidad al impacto y resistencia a la corrosión, y equilibrar la relación costo-efectividad con el rendimiento a largo plazo.
El acero ASTM A36 se utiliza principalmente en construcción y fabricación debido a su equilibrio entre resistencia y flexibilidad, lo que lo hace adecuado para componentes de puentes, estructuras de marcos y cimientos para maquinaria pesada.
Un mayor contenido de carbono incrementa la dureza y la resistencia, pero disminuye la soldabilidad. Los aceros de carbono medio como el ASTM A572 suelen ser tratados térmicamente para equilibrar la dureza con la resistencia a fracturas.
El ASTM A516 se utiliza en recipientes a presión debido a su superior tenacidad a temperaturas bajo cero y su capacidad para inhibir la propagación de grietas, lo que lo hace ideal para aplicaciones críticas como los tanques de almacenamiento de GLP.
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