A106 Gr.B frente a A106 Gr.C: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

La norma ASTM A106 describe tuberías de acero al carbono sin soldadura diseñadas principalmente para servicio a altas temperaturas. Dentro de esta familia, los grados B y C son los más comúnmente especificados, y los ingenieros frecuentemente se enfrentan a un dilema de selección: priorizar un menor costo y una mejor soldabilidad, o priorizar una mayor resistencia y mayores clasificaciones de temperatura/presión admisibles. Los contextos de decisión típicos incluyen tuberías a presión para servicio de vapor e hidrocarburos, donde las elecciones dependen de la resistencia, la tenacidad, la soldabilidad y el rendimiento a largo plazo a temperaturas elevadas.

La principal diferencia técnica entre el acero A106 grado B y grado C radica en que el grado C está diseñado para lograr una mayor resistencia y, a menudo, una mayor capacidad de temperatura, lo cual se consigue mediante niveles ligeramente superiores de carbono y manganeso y los ajustes metalúrgicos correspondientes. Esto implica ciertas contrapartidas: mayor resistencia y dureza frente a una menor soldabilidad y sensibilidad al impacto.

1. Normas y designaciones

• Norma principal: ASTM A106 / ASME SA106 — tubería de acero al carbono sin costura para servicio a alta temperatura.
• Equivalentes internacionales y normas relacionadas: API 5L (tubería de línea; no idéntica pero con casos de uso superpuestos), EN (diversas normas para tuberías estructurales y de presión), normas JIS y GB para tuberías de acero al carbono; cada una tiene composiciones y requisitos mecánicos diferentes.
• Clasificación del material: tanto el A106 Gr.B como el Gr.C son aceros al carbono simples (no inoxidables, no aceros aleados en sentido estricto y no HSLA según las definiciones modernas de microaleación), utilizados como aceros al carbono resistentes al calor para tuberías a presión.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se presenta una comparación cualitativa de los elementos de aleación relevantes. Los límites y rangos exactos se especifican en la norma ASTM y pueden variar según el fabricante y el lote de colada; la tabla indica los niveles relativos típicos y su función.

Elemento	A106 Grado B (relativo típico)	A106 Grado C (relativo típico)	Rol / Comentario
C (Carbono)	Moderado	Un poco más alto	Aumenta la resistencia y la templabilidad; reduce la soldabilidad y la tenacidad si se incrementa.
Mn (manganeso)	Moderado	Un poco más alto	Reforzante, contrarresta la fragilización por azufre, aumenta la templabilidad
Si (silicio)	Bajo	Bajo	Desoxidante; efecto potenciador menor
P (Fósforo)	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)	Impureza; un alto contenido de P reduce la tenacidad
S (Azufre)	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)	Impureza; afecta la maquinabilidad y puede formar sulfuros.
Cr (Cromo)	Rastro	Rastro	No se ha aleado intencionadamente en cantidades significativas.
Ni (níquel)	Rastro	Rastro	Generalmente bajo; no es un elemento de aleación de diseño aquí.
Mo (Molibdeno)	Rastro / ninguno	Rastro / ninguno	No es típico; indicaría un acero aleado si fuera significativo.
V, Nb, Ti	La aleación de trazas/microaleaciones no es típica.	Rastro	No es significativo en la norma A106; los calores específicos pueden incluir microaleaciones para aumentar la resistencia.
B, N	Rastro	Rastro	Controlado por nitrógeno; no se utiliza boro en la norma A106

Explicación: - El grado C suele contener cantidades ligeramente superiores de carbono y manganeso que el grado B para cumplir con los requisitos de mayor resistencia y temperatura. Los demás elementos de aleación generalmente se encuentran en bajas concentraciones y no tienen como objetivo conferir resistencia a la corrosión ni un comportamiento propio de una aleación de alta aleación. - Debido a que ambos son esencialmente aceros al carbono, la resistencia y la templabilidad se controlan mediante el carbono y el manganeso, y el procesamiento (tratamiento térmico y velocidad de enfriamiento) influye en la microestructura resultante.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica (en estado de fabricación, normalizado o laminado): predomina una microestructura de ferrita + perlita en ambos grados. La fracción de perlita (cementita lamelar + ferrita) aumenta con el contenido de carbono, lo que confiere mayor resistencia y dureza.
• Grado B: con un contenido de carbono ligeramente inferior, la microestructura es ferrita relativamente más gruesa con menos perlita, lo que proporciona una mejor ductilidad y tenacidad a temperaturas ambiente.
• Grado C: el mayor contenido de carbono y manganeso promueve una mayor formación de perlita y una mayor templabilidad, lo que aumenta la resistencia a la tracción y la dureza, pero tiende a reducir la tenacidad al impacto (particularmente en la zona afectada por el calor después de la soldadura).

Respuesta al tratamiento térmico: - La normalización (enfriamiento al aire después de la austenización) refina el tamaño del grano y reduce los efectos de segregación, mejorando la homogeneidad y la tenacidad en ambos grados. El temple y revenido generalmente no se utilizan para el acero A106 estándar en la fabricación rutinaria de tuberías, ya que no se trata de aceros aleados diseñados para la formación de martensita; sin embargo, puede emplearse un endurecimiento localizado para aplicaciones especiales. El temple puede generar martensita en coladas con alto contenido de carbono y requiere un revenido posterior para recuperar la tenacidad. - El laminado termomecánico (laminado controlado) puede mejorar la resistencia y la tenacidad al refinar la estructura del grano; esto se utiliza a veces en coladas de especificaciones más altas, pero no se aplica universalmente en toda la producción de A106.

4. Propiedades mecánicas

La tabla siguiente resume las expectativas relativas de las propiedades mecánicas. Los valores exactos garantizados deben obtenerse de las especificaciones de compra y los informes de ensayo de fábrica.

Propiedad	A106 Grado B	A106 Grado C	Comentario
Resistencia a la tracción	Moderado	Más alto	El grado C suele alcanzar una mayor resistencia a la tracción debido a su mayor contenido de C y Mn.
Resistencia a la fluencia	Moderado	Más alto	Rendimiento ligeramente superior en el grado C
Alargamiento (ductilidad)	Mejor (más alto)	Inferior (reducido)	Una mayor fracción de perlita reduce la ductilidad
Resistencia al impacto	Mejor (especialmente en zonas peligrosas)	Inferior (más sensible)	El grado C es más sensible a la tenacidad a la entalla y a la fragilización por HAZ.
Dureza	Más bajo	Más alto	Se correlaciona con un mayor contenido de carbono/perlita

Interpretación: El grado C ofrece mayor resistencia a costa de una menor ductilidad y tenacidad al impacto, lo cual es especialmente crítico a bajas temperaturas de servicio o en zonas afectadas por el calor de la soldadura. El grado B es la opción más dúctil y tolerante a errores de fabricación y soldadura.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un factor crítico en los sistemas de tuberías. Dos medidas empíricas comúnmente utilizadas para evaluar el riesgo de fisuración en frío y la influencia de la templabilidad son el equivalente de carbono IIW y la fórmula Pcm.

Ejemplos de fórmulas: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Debido a que el grado C normalmente contiene un poco más de carbono y manganeso que el grado B, sus valores calculados de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ serían ligeramente más altos, lo que indica una mayor templabilidad y un mayor riesgo de agrietamiento en frío asistido por hidrógeno después de la soldadura. - Implicaciones prácticas: es más probable que se requiera o recomiende el precalentamiento, el control de la temperatura entre pasadas, los consumibles de bajo hidrógeno y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para el Grado C en secciones más gruesas y en servicio a baja temperatura. - Para tuberías de pared delgada y condiciones comunes de soldadura en taller, ambos grados se sueldan rutinariamente con éxito, pero los controles de ingeniería y las cualificaciones de los procedimientos de soldadura deben reflejar los riesgos específicos de cada grado.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el grado B como el grado C del A106 son aceros al carbono no inoxidables y no proporcionan una resistencia a la corrosión inherente mayor que la que ofrece el acero al carbono común.
• Métodos típicos de protección de superficies:
• Sistemas de pintura o revestimiento (epoxi, poliuretano, revestimientos bituminosos).
• Galvanizado (recubrimiento de zinc): se utiliza en muchas aplicaciones atmosféricas o al aire libre, pero el galvanizado de tuberías de servicio a altas temperaturas puede estar limitado por las condiciones de servicio.
• Revestimiento o forro (por ejemplo, recubrimiento de soldadura, revestimiento de polímero) para fluidos internos agresivos.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos materiales porque el PREN se aplica a las aleaciones de acero inoxidable: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• En resumen: seleccione la protección anticorrosión adecuada independientemente del grado; la elección entre B y C no debe basarse en consideraciones de resistencia a la corrosión (son esencialmente lo mismo) sino en necesidades mecánicas y de fabricación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: La mayor dureza y fracción de perlita del grado C reducirán la vida útil de la herramienta y pueden ralentizar ligeramente las operaciones de corte en comparación con el grado B. Se aplican las prácticas de mecanizado estándar para tuberías de carbono; los aceros de las herramientas y las velocidades deben seleccionarse en consecuencia.
• Conformabilidad y doblado en frío: El grado B, al ser más dúctil, generalmente es más fácil de doblar y conformar en frío sin necesidad de procesos de conformado a alta temperatura. El grado C puede requerir radios de curvatura mayores o un control más preciso para evitar fisuras, especialmente en curvas con radios reducidos.
• Roscado, rebordeado y rebordeado: ambos grados se fabrican comúnmente en accesorios estándar. La cualificación e inspección del procedimiento de soldadura (p. ej., END) debe ser más rigurosa para el grado C cuando las limitaciones de espesor o de la junta aumentan los riesgos en la ZAT.

8. Aplicaciones típicas

A106 Grado B — Usos típicos	A106 Grado C — Usos típicos
Líneas de distribución de vapor, servicio general a alta temperatura donde se prefiere una resistencia moderada y una alta ductilidad.	Tuberías de alta temperatura y alta presión donde se requieren tensiones admisibles más elevadas y se utilizan secciones más gruesas
Tuberías de servicios auxiliares de refinería, recipientes a presión en los que la soldadura es frecuente y se prioriza la resistencia.	Líneas de proceso de alta presión donde la mayor resistencia compensa los controles de fabricación adicionales
Tuberías de centrales eléctricas a temperaturas moderadas	Servicio con requisitos de temperatura/presión ligeramente elevados donde el proveedor certifica un rendimiento de grado C

Justificación de la selección: - Elija el grado B cuando la frecuencia de soldadura, la tenacidad (especialmente la ZAT) y la sensibilidad al costo sean las principales preocupaciones. - Elija el grado C cuando las condiciones de servicio exijan mayor resistencia o cuando los códigos de diseño permitan beneficiarse de una mayor resistencia para reducir el espesor de la pared o cumplir con tensiones admisibles más elevadas, siempre que los controles de fabricación compensen la menor soldabilidad/tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El grado B suele ser el más común en la producción y especificación, por lo que a menudo tiene un coste de entrega menor en comparación con el grado C en muchos mercados. El grado C puede tener un precio superior si se requiere una certificación de mayor resistencia o controles térmicos más estrictos.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en tamaños estándar de tubería sin soldadura, pero el grado B suele tener mayor presencia en el mercado. Los tamaños especiales, los espesores de pared o el material certificado de grado C con pruebas adicionales pueden tener plazos de entrega más largos.

Formatos del producto: El material ASTM A106 se suministra normalmente en forma de tubería sin soldadura. Las especificaciones y los informes de ensayos de fábrica deben confirmar la calidad, el tratamiento térmico (si lo hubiere) y las propiedades mecánicas.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Criterio	A106 Grado B	A106 Grado C
soldabilidad	Mejor (FPQ más fáciles, menos precalentamiento)	Más exigente (mayor riesgo de precalentamiento/PWHT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, mayor ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia, menor ductilidad/tenacidad
Coste y disponibilidad	Generalmente, menor costo, mayor disponibilidad	Precio ligeramente superior, a veces con menos existencias

Conclusiones: - Elija A106 Grado B si necesita un material de tubería de carbono equilibrado y rentable con soldabilidad superior, mejor ductilidad y mayor resistencia a las muescas para tuberías generales de alta temperatura y operaciones de soldadura frecuentes. - Elija A106 Grado C si necesita mayor resistencia a la tracción y al límite elástico para servicios a temperaturas elevadas o presiones más altas y está preparado para implementar controles de soldadura más estrictos, posible precalentamiento/PWHT y una verificación de tenacidad más conservadora, particularmente en secciones más gruesas o entornos de baja temperatura.

Nota final: Verifique siempre los requisitos químicos y mecánicos específicos con la especificación de compra y el certificado de ensayo de fábrica. Para aplicaciones críticas, realice la calificación del procedimiento de soldadura, el control de hidrógeno y los ensayos no destructivos (END) y de tenacidad adecuados, adaptados al grado y las condiciones de servicio elegidos.