A285 GrC frente a A516 Gr60: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las placas de acero al carbono ASTM A285 Grado C y ASTM A516 Grado 60 son dos grados comunes que se utilizan en recipientes a presión, tanques y estructuras en general. Al elegir entre ellas, los ingenieros y gerentes de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia, la tenacidad, la soldabilidad, la protección superficial y el costo. En contextos típicos de decisión, se encuentran los tanques de almacenamiento de bajo costo, donde la ductilidad y la conformabilidad local son críticas, frente a los recipientes a presión, donde se requiere una tenacidad definida a temperatura y un control más estricto de las propiedades mecánicas.

La principal diferencia práctica entre ambos materiales radica en su equilibrio metalúrgico: uno se formula y especifica principalmente como una placa de carbono de bajo costo y uso general, con un contenido de carbono relativamente mayor y un control de propiedades más sencillo, mientras que el otro es una placa de calidad para recipientes a presión, diseñada para una mayor tenacidad y propiedades mecánicas controladas. Estas diferencias condicionan las decisiones relativas a la fabricación, el precalentamiento, la inspección y el entorno de servicio final.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME:
• A285 — “Placas para recipientes a presión, de baja y media resistencia a la tracción” (Grados A, B, C; el grado C es el de mayor resistencia/carbono entre ellos).
• A516 — “Placas para recipientes a presión, de acero al carbono, para servicio a temperaturas moderadas y bajas” (Grados 55, 60, 65, 70; el grado 60 es una opción común de rango medio).
• EN: Los equivalentes no son uno a uno; la serie EN 10028 (por ejemplo, P235, P265, P355) cubre funciones similares pero requiere una asignación específica según los requisitos mecánicos y de tenacidad.
• JIS/GB: Las normas locales (por ejemplo, JIS G3115, GB/T 1591) utilizan clasificaciones diferentes; la conversión requiere comparar los requisitos químicos y mecánicos y las condiciones de las pruebas de impacto.
• Familia de materiales: Tanto el A285 GrC como el A516 Gr60 son aceros al carbono (no inoxidables ni aleados/HSLA en sentido estricto). Los grados A516 se fabrican con criterios de propiedades y tenacidad más exigentes que los grados A285 generales.

2. Composición química y estrategia de aleación

La lista completa de normas ASTM incluye los elementos permitidos y sus límites. En lugar de indicar límites numéricos individuales, la tabla siguiente resume la presencia relativa típica de elementos comunes para fines de diseño y selección.

Elemento	A285 Grado C (relativo)	A516 Grado 60 (relativo)	Función / Efecto
C (carbono)	Moderado–Alto	Moderado–Bajo	El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad a medida que aumenta su concentración.
Mn (manganeso)	Moderado	Moderado–Elevado	El Mn aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción y contrarresta los efectos del azufre; demasiado aumenta el CE.
Si (silicio)	Trazas bajas	Trazas bajas	Desoxidante; pequeñas cantidades son beneficiosas para la resistencia; un alto contenido de Si puede afectar la tenacidad y la soldadura.
P (fósforo)	Traza (controlada)	Rastreo (estrictamente controlado)	Impureza; reduce la tenacidad; las normas limitan el contenido en los aceros para recipientes a presión.
S (azufre)	Traza (controlada)	Rastreo (estrictamente controlado)	Impureza; reduce la ductilidad y la maquinabilidad, a veces se mejora mediante adiciones de azufre que facilitan el mecanizado, pero los aceros para recipientes a presión mantienen el contenido de S bajo.
Cr, Ni, Mo	Normalmente mínimo/trazas	Normalmente mínimo/trazas	Su presencia es baja o nula en la mayoría de los aceros aleados A285/A516 comunes. Su presencia aumenta la templabilidad y la resistencia a la corrosión de los aceros aleados.
V, Nb, Ti	Traza (si es microaleado)	Traza (utilizada en aceros de proceso controlado)	La microaleación (Nb, V, Ti) refina el grano y mejora la resistencia y la tenacidad cuando está presente en cantidades controladas.
B	Rastro (generalmente ninguno)	Rastro (generalmente ninguno)	Adiciones muy pequeñas pueden aumentar la templabilidad; raramente se utilizan en estos grados.
norte	Rastro	Rastro	El nitrógeno afecta las propiedades y el comportamiento de las inclusiones; generalmente está controlado.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - El aumento del carbono y de los elementos que incrementan la templabilidad (Mn, Cr, Mo) aumenta la resistencia y la tendencia a formar martensita en un enfriamiento rápido; esto puede comprometer la soldabilidad y la tenacidad a menos que se compense mediante el procesamiento. Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) en pequeñas cantidades ayudan al refinamiento del grano y al fortalecimiento por precipitación, mejorando la resistencia a la fluencia y la tenacidad sin grandes aumentos de carbono; estos son más comunes en los aceros para recipientes a presión controlada que en las placas generales de bajo costo.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Los productos típicos laminados o normalizados de estos grados presentan predominantemente microestructuras de ferrita-perlita.

• A285 Grado C:
• El objetivo de fabricación es la producción de chapa de uso general mediante laminación en caliente convencional, disponible en estado laminado o con tratamiento térmico de alivio de tensiones. La microestructura tiende a ser ferrítica con perlita bandeada; el tamaño de grano y la limpieza de inclusiones no se controlan con el mismo rigor que en las calidades para recipientes a presión.

• La normalización refinará los granos y mejorará modestamente la tenacidad; los ciclos agresivos de temple y revenido no son una práctica estándar para el A285 y pueden producir una mayor dureza y requerir un tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar la fragilización.

• A516 Grado 60:

• Producido con un control más estricto de la tenacidad a la fractura, a menudo con mayor atención a las prácticas de desoxidación y al historial térmico. La microestructura es ferrita-perlita con menor bandeamiento y un tamaño de grano más fino en comparación con el A285 genérico.
• La normalización y el laminado controlado mejoran la tenacidad. Estas placas no suelen suministrarse templadas y revenidas según la especificación; los tratamientos térmicos tienen como objetivo producir propiedades mecánicas uniformes y lograr la tenacidad al impacto requerida a temperaturas específicas.

Efecto de las rutas de procesamiento: - Normalización: beneficiosa para ambos grados para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad; más impactante para el A285 para acercar las propiedades a las del A516. - Temple y revenido: no es típico de los grados estándar A516/A285; convertiría la microestructura en martensita-martensita revenida y requeriría una nueva especificación del grado del material. - Procesamiento de control termomecánico (TMCP): se utiliza en los aceros modernos para recipientes a presión para mejorar el equilibrio entre resistencia y tenacidad; es más probable encontrar variantes de TMCP más sofisticadas en aceros con requisitos de tenacidad estrictos que en el A285 genérico.

4. Propiedades mecánicas

A continuación se presenta una comparación cualitativa de las propiedades mecánicas más comunes. Para trabajos de proyecto, utilice siempre el informe de ensayo de fábrica y la norma aplicable para los criterios de aceptación numéricos.

Propiedad	A285 GrC (típico)	A516 Gr60 (típico)	Implicación práctica
Resistencia a la tracción	Moderado	De moderado a moderadamente alto	El acero A516 Gr60 se produce con rangos de resistencia a la tracción más estrictamente controlados.
Resistencia a la fluencia	Moderado	Moderado (controlado)	Ambos proporcionan un rendimiento adecuado para embarcaciones de uso general; el A516 suele tener mínimos más consistentes.
Alargamiento (%)	Más bajo	Más alto	El acero A516 generalmente se especifica para cumplir con los objetivos mínimos de elongación y tenacidad para la integridad del recipiente.
Resistencia al impacto	Menor (menos controlado)	Mayor (probado a temperaturas específicas)	El acero A516 se especifica comúnmente con requisitos de impacto Charpy V a temperatura de servicio.
Dureza	De bajo a moderado	Moderado	Ninguno de los dos es un acero duro; la dureza refleja niveles de resistencia moderados adecuados para el conformado y la soldadura.

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil y por qué? - El acero A516 Grado 60 está diseñado y a menudo suministrado con una tenacidad y ductilidad más consistentes a las temperaturas de prueba especificadas debido a un control más estricto de la composición, la desoxidación y el procesamiento térmico. - El acero A285 Grado C puede tener un contenido de carbono ligeramente superior y controles de tenacidad menos estrictos, lo que puede producir una resistencia aceptable pero una tenacidad menor y menos predecible, especialmente a bajas temperaturas de servicio.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del contenido de carbono, la aleación efectiva (templabilidad) y las impurezas. Dos índices de uso común ilustran el efecto cualitativo:

• Equivalente de carbono IIW (ampliamente utilizado para la evaluación de la soldadura): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Instituto Internacional de Soldadura “Pcm” (más conservador): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - El acero A285 GrC suele tener un equivalente de carbono mayor que un acero A516 Gr60 bien controlado del mismo espesor, por lo que generalmente es más sensible al agrietamiento en frío asistido por hidrógeno y requiere mayor precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas y, posiblemente, tratamiento térmico posterior a la soldadura para secciones gruesas o servicio a baja temperatura. - El A516 Gr60, con un contenido de carbono algo menor, un control de aleación más estricto y, a menudo, una limpieza mejorada, es más fácil de soldar con metales de aporte estándar y requiere un precalentamiento menos severo para espesores comparables, y se utiliza más comúnmente donde la soldabilidad y la resistencia al impacto son importantes.

Notas prácticas sobre soldadura: Para cada grado de soldadura, el espesor, el diseño de la junta, el proceso de soldadura y la temperatura de servicio determinan los requisitos de precalentamiento/entre pasadas. Utilice las fórmulas CE/Pcm como herramientas de selección; verifique con la calificación del procedimiento (PQR/WPS) y las medidas de control de hidrógeno en la práctica de taller.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el A285 GrC ni el A516 Gr60 son aceros inoxidables; su resistencia inherente a la corrosión es baja en comparación con los aceros inoxidables o resistentes a la intemperie.
• Estrategias de protección típicas:
• Revestimientos de barrera: sistemas de pintura (epoxi, poliuretano), imprimación de taller + capa de acabado.
• Recubrimientos metálicos: la galvanización es factible para muchos espesores de placa, pero considere la eliminación de la soldadura y la continuidad local del recubrimiento.
• Revestimiento o forro: para entornos químicos o abrasivos severos, se utilizan revestimientos o forros internos de acero inoxidable.
• El PREN (equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a los aceros al carbono simples; el PREN es relevante para las aleaciones inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para las aplicaciones A285/A516 en las que la corrosión es una preocupación, la selección se basa en estrategias de recubrimiento/capas, protección catódica o sustitución por aleaciones resistentes a la corrosión, en lugar de en pequeñas diferencias de composición entre estos grados.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formabilidad y flexión:
• El acero A516 Gr60 generalmente ofrece una ductilidad y conformabilidad garantizadas superiores para la fabricación de recipientes a presión debido a sus exigentes requisitos de tenacidad. Se utiliza habitualmente para la conformación de cascarones y tapas cilíndricas.
• El A285 GrC puede ser menos tolerante en el conformado de radios pequeños debido a su tenacidad variable; los profesionales a menudo recomiendan el conformado de prueba o especificar tensiones de conformado más bajas.
• Corte y mecanizado:
• Ambas calidades se mecanizan de forma similar en estado laminado; la maquinabilidad se ve influenciada por el contenido de azufre y el tratamiento térmico. La calidad A285 puede ser ligeramente más fácil de mecanizar si no está limitada por una composición química baja en carbono, pero las ventajas son modestas.
• Acabado superficial/preparación de soldadura:
• Ambos tipos de soldadura aceptan las mismas preparaciones y acabados superficiales; la limpieza y la eliminación de la cascarilla de laminación o el óxido contribuirán a la calidad de la soldadura.

8. Aplicaciones típicas

A285 Grado C	A516 Grado 60
Tanques de almacenamiento de petróleo/gas de bajo costo, recipientes pequeños, placas estructurales donde las exigencias de impacto/resistencia son bajas o no especificadas.	Carcasas de recipientes a presión, placas de calderas y depósitos de almacenamiento que requieren una resistencia al impacto definida a temperaturas específicas.
Placas estructurales generales, depósitos soldados donde el tratamiento térmico posterior a la soldadura no es práctico	Recipientes a presión fabricados, intercambiadores de calor y recipientes para la industria de procesos donde los códigos exigen pruebas de resistencia y trazabilidad.
Soportes de tuberías no críticos, estructuras secundarias	Aplicaciones que requieren ensayos no destructivos rutinarios y trazabilidad de materiales para el cumplimiento del código ASME

Justificación de la selección: - Elija A285 cuando se busque minimizar el costo de la materia prima para tanques no críticos o a temperatura ambiente y cuando la resistencia y el control mecánico estricto no sean exigidos por el código. - Elija A516 Gr60 cuando el cumplimiento de los códigos, la tenacidad documentada y las propiedades mecánicas consistentes guíen las decisiones de diseño, especialmente para equipos que retienen presión y servicios a bajas temperaturas.

9. Costo y disponibilidad

• Disponibilidad:
• La placa A516 Grado 60 es una placa para recipientes a presión ampliamente disponible en muchos mercados y se encuentra en una amplia gama de espesores y lotes certificados por el fabricante.
• También está disponible el grado C A285, pero puede que se almacene con menos frecuencia para aplicaciones de presión de gran diámetro porque muchos compradores prefieren la familia A516, que es más estricta.
• Coste relativo:
• El A285 suele ser más económico ya que representa una vía de fabricación menos estrictamente controlada y ofrece menos garantías de resistencia.
• El acero A516 Gr60 tiene un precio superior debido a un control, inspección y pruebas de impacto más estrictos; sin embargo, este precio superior se justifica por un menor riesgo de fabricación y un cumplimiento más sencillo de los códigos.
• Formatos del producto:
• Ambos materiales se suelen suministrar como placas laminadas en caliente; la disponibilidad en calibre fino, cortados a medida o con niveles de certificación de fábrica específicos varía según la fábrica y la región.

10. Resumen y recomendación

Criterio	A285 GrC	A516 Gr60
soldabilidad	Aceptable, pero más sensible a C y CE (mayor riesgo de precalentamiento).	Mejor: diseñado para la soldadura de recipientes con un control CE más estricto.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia adecuada pero menos predecible	Mayor control de la tenacidad y la ductilidad a temperaturas específicas.
Costo	Más bajo	Moderado (superior a A285 en cuanto a la garantía de propiedades)

Recomendaciones finales: - Elija A285 Grado C si necesita una placa de carbono de bajo costo y uso general para tanques o estructuras que no cumplen con los códigos y que operan a temperatura ambiente, donde no se requiere una resistencia estricta ni propiedades documentadas del recipiente. - Elija A516 Grado 60 si necesita una placa para recipientes a presión con una tenacidad al impacto específica, propiedades mecánicas más consistentes y un cumplimiento más sencillo de los códigos para recipientes y equipos soldados, especialmente cuando la tenacidad a bajas temperaturas y un comportamiento de soldadura predecible son fundamentales.

Para la selección final del material, consulte siempre el código aplicable (ASME, EN, etc.), el certificado de ensayo de fábrica y realice la cualificación del procedimiento para las condiciones de soldadura y fabricación.