A516 Gr60 vs A516 Gr70 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

ASTM A516 es una familia de placas de acero al carbono para recipientes a presión, ampliamente utilizadas en calderas, recipientes a presión y tanques de almacenamiento. La elección habitual entre los grados 60 y 70 de A516 implica un equilibrio entre el costo del material, la resistencia requerida y la tenacidad/soldabilidad exigida por el entorno de servicio. Ingenieros, especialistas en compras y fabricantes suelen considerar factores como el espesor de la placa, la temperatura de operación, los requisitos de impacto y las limitaciones de soldadura al seleccionar entre estos dos grados.

La principal diferencia entre A516 Gr60 y A516 Gr70 radica en su equilibrio entre resistencia y tenacidad: el grado 70 ofrece mayor resistencia (por lo que suele elegirse cuando se requieren mayores tensiones de diseño o menor espesor de sección), mientras que el grado 60 ofrece menor resistencia especificada, con una ductilidad y un coste generalmente ligeramente superiores en la práctica. Dado que ambos grados pertenecen a la misma familia de especificaciones y comparten una composición química y opciones de procesamiento muy similares, se comparan con mayor frecuencia en contextos de fabricación de placas soldadas y para contención de presión.

1. Normas y designaciones

• Norma principal: ASTM A516 / A516M — “Especificación estándar para placas de recipientes a presión, de acero al carbono, para servicio a temperaturas moderadas y bajas”.
• Códigos relacionados: Las secciones II y VIII de ASME establecen las tensiones admisibles del material según el grado A516 y la temperatura. Pueden existir equivalentes nacionales o regionales para el suministro de placas, pero A516 es la principal designación industrial en Norteamérica.
• Otras normas: Las normas EN, JIS o GB pueden ofrecer aceros alternativos para recipientes a presión (por ejemplo, P265, S355, SS41), pero la equivalencia directa uno a uno requiere una cuidadosa coincidencia de propiedades.
• Clasificación del material: Los grados A516 son placas de acero al carbono para recipientes a presión (no inoxidables, no aptas para herramientas, generalmente consideradas de acero al carbono simple o de baja aleación según las adiciones de laminación). No son aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) en el sentido estricto moderno, aunque las acerías pueden utilizar microaleación y laminación controlada para cumplir con los requisitos mecánicos.

2. Composición química y estrategia de aleación

La especificación química para las placas A516 enfatiza los bajos niveles de impurezas con un contenido controlado de carbono y manganeso para lograr tenacidad, soldabilidad y templabilidad predecible. La especificación A516 establece límites que se aplican a todas las calidades; las acerías utilizan tratamientos térmicos y control termomecánico para alcanzar las propiedades mecánicas requeridas.

Tabla: Límites de composición típicos para placas ASTM A516 (máximos representativos; verificar los certificados específicos del fabricante).

Elemento	Límite típico / comentario
C (Carbono)	De bajo a moderado; controlado para limitar la templabilidad y mantener la soldabilidad (el máximo típico en la práctica industrial es del orden de unas décimas de por ciento).
Mn (manganeso)	Desoxidante primario y contribuyente a la resistencia; limitado al control CE y la tenacidad.
Si (silicio)	Presente como desoxidante; generalmente limitado
P (Fósforo)	Se mantiene muy bajo para preservar su dureza.
S (Azufre)	Se mantiene a muy baja temperatura para evitar que se queme con el calor y pierda firmeza.
Cr, Ni, Cu, Mo	Generalmente presente solo en pequeñas cantidades, si acaso; su uso puede ser limitado o para mejorar la templabilidad/tenacidad en algunas prácticas de molienda.
V, Nb, Ti, B	Normalmente no se realizan grandes adiciones; en algunas placas se puede utilizar la microaleación (Nb, V, Ti) para el refinamiento del grano.
N (Nitrógeno)	Normalmente bajo y controlado

Notas: La especificación se centra en bajos niveles de fósforo (P) y azufre (S), así como en un control preciso del carbono y el manganeso para mantener un equilibrio entre resistencia y soldabilidad. Los límites numéricos exactos difieren según el texto completo de la norma ASTM y los certificados de fábrica del proveedor; siempre verifique el certificado de análisis para la calificación del procedimiento de adquisición y soldadura. - Estrategia de aleación: los fabricantes se basan principalmente en el carbono y el manganeso controlados, además del laminado termomecánico (y a veces la microaleación), para alcanzar la resistencia específica del grado, manteniendo la templabilidad lo suficientemente baja como para preservar la soldabilidad y la tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica: la microestructura de las placas A516 laminadas o normalizadas está compuesta principalmente por ferrita y perlita. El laminado y enfriamiento controlados permiten refinar el tamaño de grano y aumentar la resistencia sin una aleación significativa.
• Procesamiento Gr60 vs Gr70: ambos grados se producen a partir del mismo espectro químico del acero; la diferencia en las propiedades mecánicas especificadas se logra generalmente mediante el control de la temperatura de procesamiento, el laminado termomecánico y las velocidades de enfriamiento controladas, en lugar de grandes diferencias en el contenido de aleación.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Normalización/refinamiento: La normalización (por encima de A3 y posterior enfriamiento al aire) refina el tamaño del grano y puede mejorar la tenacidad. Es una práctica común cuando se requiere mayor tenacidad a bajas temperaturas.
• Temple y revenido: no es típico de las placas de recipientes a presión A516 tal como se entregan; el temple y revenido produce microestructuras diferentes (martensita revenida) y se utiliza para aceros de presión de mayor resistencia más allá de la familia A516.
• Procesamiento termomecánico (laminado controlado): permite obtener propiedades Gr70 en secciones gruesas sin exceso de carbono mediante el refinamiento del tamaño del grano de ferrita y la producción de distribuciones finas de perlita.
• Templabilidad: relativamente baja en comparación con los aceros aleados; la microaleación y el control CE mantienen limitada la susceptibilidad a estructuras de ZAT de soldadura duras y frágiles.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Características comparativas de las propiedades mecánicas (práctica habitual; confirmar siempre con ASTM A516 e informe de ensayo de fábrica).

Propiedad	A516 Gr60 (típico)	A516 Gr70 (típico)	Comentarios
Resistencia a la tracción	Rango inferior en comparación con Gr70 (utilizado para tensiones de diseño más bajas).	Rango de resistencia a la tracción mínimo superior al del Gr60	El número de grado se correlaciona con un requisito mínimo de tracción más alto para Gr70.
Fuerza de fluencia	Rendimiento mínimo inferior al de Gr70	Rendimiento mínimo superior al de Gr60	Un mayor límite elástico permite utilizar secciones más delgadas para la misma carga de diseño.
Elongación (%)	Ligeramente superior (mejor ductilidad en muchos casos)	Ligeramente inferior (como cabría esperar para una mayor resistencia)	La elongación depende del grosor y de las prácticas del proveedor.
resistencia al impacto	En general, es bueno; puede ser más fácil lograr la tenacidad requerida a baja temperatura para secciones más delgadas.	Bien, pero lograr los requisitos de impacto a baja temperatura especificados en secciones gruesas puede requerir un procesamiento adicional.	Los requisitos de Charpy a menudo se invocan contractualmente y dependen del espesor y de la temperatura de ensayo especificada.
Dureza	Menor dureza típica	Dureza típica ligeramente superior	Ambos, en general, dentro de los límites de maquinabilidad/dureza para aceros de recipientes a presión.

Explicación: El grado 70 es el más resistente de los dos grados y suele especificarse cuando se desean tensiones admisibles más elevadas o placas más delgadas. El grado 60 se elige cuando no se requiere una resistencia conservadora y se prioriza el coste o la ductilidad. La tenacidad (resistencia a la fractura frágil) se ve influenciada por la composición química, el laminado, el espesor y cualquier procesamiento posterior (p. ej., la normalización). Para servicio a bajas temperaturas, se suele requerir un ensayo de impacto a una temperatura específica, independientemente del grado.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de las placas de A516 suele ser buena utilizando consumibles y procedimientos comunes de soldadura para recipientes a presión, siempre que se controlen el precalentamiento, la temperatura entre pasadas y el aporte térmico en función del espesor. Entre los factores clave para la soldabilidad se incluyen el nivel de carbono, el equivalente de carbono (CE) y la presencia de elementos de microaleación.

Expresiones útiles de equivalencia de carbono (interpretar cualitativamente; no sustituir la calificación del procedimiento): - Instituto Internacional de Soldadura CE (ejemplo de formulario): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro más completo para la soldabilidad: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: - Un menor equivalente de carbono (CE) se correlaciona con una soldabilidad más fácil y un menor riesgo de zona afectada por el calor (ZAC) endurecida y agrietamiento en frío, lo que reduce los requisitos de precalentamiento. Las calidades A516 se formulan y procesan para mantener un CE relativamente bajo. La calidad 70, al ser de mayor resistencia, puede presentar un CE ligeramente superior en algunas prácticas de fabricación, por lo que las secciones más gruesas o ciertas condiciones de soldadura pueden requerir un control más conservador del precalentamiento y del intervalo entre pasadas. Siempre califique los procedimientos de soldadura (WPS/PQR) según el espesor, grado y temperatura de servicio reales de la placa. Siga las recomendaciones de tratamiento térmico previo y posterior a la soldadura que figuran en los códigos (p. ej., ASME) y en las instrucciones del proveedor.

6. Corrosión y protección de superficies

• Los aceros A516 son aceros al carbono no inoxidables; la resistencia a la corrosión es típica del acero al carbono no aleado y requiere sistemas de protección para la exposición atmosférica, a salpicaduras o enterrada.
• Estrategias de protección comunes: preparación de la superficie seguida de imprimaciones y capas de acabado, galvanizado (cuando sea compatible con el servicio y la fabricación), revestimientos inhibidores de la corrosión para superficies internas o protección catódica para estructuras enterradas o sumergidas.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) solo es relevante para las aleaciones de acero inoxidable: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• La norma PREN no se aplica a los grados A516 porque no son aceros inoxidables. La mitigación de la corrosión en el A516 se basa en recubrimientos, revestimientos o metalurgia alternativa (acero inoxidable o aleaciones resistentes a la corrosión) cuando se prevé una corrosión severa.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: el corte por plasma, oxicorte o láser son métodos comunes para placas; los parámetros y tolerancias de corte térmico deben reflejar el espesor y la calidad.
• Conformado/doblado: ambas calidades pueden conformarse en frío dentro de ciertos límites. La mayor resistencia de la calidad Gr70 reduce la capacidad de doblado admisible o aumenta el radio de curvatura requerido en comparación con la calidad Gr60 para un espesor determinado.
• Maquinabilidad: típica de los aceros al carbono de baja aleación; la mayor resistencia (y una dureza ligeramente mayor) del Gr70 puede reducir marginalmente la maquinabilidad en comparación con el Gr60.
• Las operaciones de taladrado, roscado y formación de roscas siguen las prácticas estándar para el acero al carbono; se debe tener en cuenta la dureza y la tenacidad al especificar los tratamientos térmicos o de rectificado posteriores al mecanizado.

8. Aplicaciones típicas

A516 Grado 60 — Usos típicos	A516 Grado 70 — Usos típicos
Calderas, tanques y recipientes de baja a moderada presión donde las tensiones de diseño son conservadoras y el costo es un factor	Recipientes a alta presión, placas más gruesas o diseños donde se requiere una mayor tensión admisible o un menor espesor de sección
Componentes estructurales en equipos auxiliares de planta donde se prioriza la ductilidad y la facilidad de fabricación.	Carcasas de recipientes a presión, placas de tambores de vapor y aplicaciones donde el código o el diseño especifican una resistencia a la tracción/fluencia mínima superior.
Fabricación general donde los requisitos de impacto a baja temperatura son moderados	Aplicaciones que requieren mayor resistencia con una tenacidad aceptable tras un procesamiento controlado; se utilizan a menudo cuando el ahorro de peso o de espesor de la placa es importante.

Justificación de la selección: - Elija un grado que cumpla con las tensiones admisibles del código, los límites de espesor de la placa y cualquier requisito de impacto a baja temperatura especificado. El método de fabricación, los procedimientos de soldadura y las consideraciones sobre el recubrimiento y su vida útil también influyen en la selección final.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero A516 Gr70 suele ser ligeramente más caro que el Gr60 debido al mayor control de procesamiento necesario para cumplir con los requisitos mecánicos más exigentes y, en ocasiones, con un control de calidad más riguroso. El sobreprecio varía según el mercado, la fábrica y el espesor de la chapa.
• Disponibilidad: Ambos grados son estándar y se encuentran ampliamente distribuidos por los distribuidores de placas en espesores comunes. Las placas muy gruesas o con combinaciones especiales de espesor/composición química pueden tener plazos de entrega; la disponibilidad depende de la capacidad de producción y del inventario regional.
• Formatos del producto: placas (estándar), piezas cortadas a medida y, en ocasiones, versiones normalizadas o homologadas. Las pruebas de impacto personalizadas a temperaturas específicas pueden incrementar el coste y el plazo de entrega.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida

Aspecto	A516 Gr60	A516 Gr70
Soldabilidad	Muy bien; un poco más fácil en algunas prácticas.	Muy bien; quizá sea necesario un control de precalentamiento ligeramente mayor en las secciones gruesas.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor resistencia específica, generalmente buena ductilidad	Mayor resistencia especificada, manteniendo una buena tenacidad si se procesa/controla.
Costo	Inferior (típicamente)	Mayor (normalmente)

Conclusiones — orientación práctica: - Elija A516 Gr60 si: - Su diseño permite una resistencia especificada menor y usted prioriza el ahorro de costes, una ductilidad ligeramente mejorada o una mayor facilidad de conformado para un espesor determinado. Los procedimientos de soldadura y los requisitos de impacto a baja temperatura son moderados, y usted prefiere la placa más económica que cumpla con el código. - Elija A516 Gr70 si: - Su diseño requiere una tensión admisible mayor, un espesor de placa reducido por razones de peso/espacio libre, o requisitos de código específicos que exigen un grado superior. - Necesita valores mínimos de resistencia a la tracción y de límite elástico más elevados y está preparado para aplicar los controles de soldadura adecuados (precalentamiento, pruebas entre pasadas y de impacto cuando sea necesario).

Nota final: Los grados A516 se especifican y adquieren dentro de un marco contractual y de código; siempre verifique los límites químicos y mecánicos exactos, los requisitos de pruebas de impacto y la práctica de fabricación con el estándar ASTM A516/A516M, el informe de prueba de fábrica y el código de diseño vigente (ASME o equivalente) antes de la selección final del material y la calificación del WPS.