A615 frente a A706: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las normas ASTM A615 y ASTM A706 son dos de las calidades de acero de refuerzo (varillas) más comúnmente especificadas en la construcción de concreto. Ingenieros, gerentes de compras y fabricantes suelen sopesar la elección entre la A615, de menor costo y uso general, y la A706, con un control más estricto, al especificar el refuerzo para proyectos. Los factores que influyen en la decisión suelen incluir el costo, la disponibilidad, la ductilidad requerida y si se requiere soldadura o detalles sísmicos.

La principal diferencia técnica que motiva la comparación radica en el control metalúrgico orientado a la ductilidad y la resistencia a microestructuras propensas a la fisuración durante la soldadura y la carga sísmica. Dado que el acero A706 se produce con límites químicos más estrictos y un rendimiento mecánico específico para una mayor tenacidad y ductilidad, ambos grados suelen evaluarse conjuntamente cuando los proyectos requieren un rendimiento superior (por ejemplo, uniones soldables o resistencia sísmica) en comparación con cuando la economía y la disponibilidad son primordiales.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME:
• ASTM A615: Especificación estándar para barras de acero al carbono lisas y corrugadas para refuerzo de hormigón.
• ASTM A706: Especificación estándar para barras de acero de baja aleación lisas y corrugadas para refuerzo de hormigón.
• Equivalentes internacionales / normas relacionadas:
• ES: Varios tipos EN 10080 / BS 4449 definen aceros de refuerzo con funciones comparables (dúctiles frente a de uso general).
• JIS/GB: Las normas nacionales para barras de refuerzo en Japón y China proporcionan clases de productos comparables, pero los requisitos químicos y mecánicos difieren.
• Clasificación:
• A615 — Barra de refuerzo de acero al carbono (lisa o deformada).
• A706 — Barra de refuerzo de acero de baja aleación con composición química y propiedades mecánicas controladas, destinada a mejorar la ductilidad y la soldabilidad.
• Ninguno de los dos es un acero inoxidable ni un acero para herramientas; ambos son grados de refuerzo estructural de carbono/baja aleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

Ambos grados son principalmente aceros al hierro y al carbono, pero difieren en el control de sus elementos químicos. La siguiente tabla resume la presencia, el enfoque de control y la función de los elementos comunes, en lugar de los porcentajes exactos.

Elemento	A615 (barra de refuerzo de carbono)	A706 (barra de refuerzo dúctil de baja aleación)
C (Carbono)	Presente; su composición es típica de las barras de refuerzo de carbono y puede ser superior a la del A706; menos controlada.	Controlado para reducir los valores máximos y mejorar la ductilidad y la soldabilidad.
Mn (manganeso)	Presente como aleación de resistencia y desoxidación; típico de las barras de refuerzo de carbono.	Presente pero controlado; utilizado para lograr fuerza con menor C
Si (silicio)	Presente como desoxidante; no estrictamente restringido	Presente, función similar; los límites ayudan a controlar la dureza.
P (Fósforo)	Generalmente limitado, pero en algunas fuentes puede ser superior a A706.	Límites más estrictos para reducir el riesgo de fragilización
S (Azufre)	Suele estar presente en bajas cantidades; un mayor contenido de S reduce la ductilidad.	Límites más estrictos para mejorar la ductilidad y reducir la fragilidad en caliente
Cr, Ni, Mo (Cr, Ni, Mo)	Generalmente no se alea intencionalmente; puede estar presente en cantidades traza.	Generalmente restringido; el enfoque de baja aleación evita aumentos significativos de la templabilidad
V, Nb, Ti (microaleación)	Puede estar presente en algunos productores para controlar la fuerza/el temperamento.	Puede estar presente en cantidades controladas en A706 para controlar el tamaño del grano y la tenacidad, pero en cantidades limitadas para evitar la endurecimiento.
B	Normalmente no se controla; rastro	No se suele utilizar; se controla si está presente.
N (Nitrógeno)	No se suele controlar más allá de las prácticas estándar del acero.	Controlado como parte de la química general cuando sea necesario para el control de la dureza.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: Un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. - El manganeso aumenta la resistencia y la templabilidad y ayuda a la desoxidación; cuando se combina con un mayor contenido de carbono, puede aumentar la susceptibilidad a microestructuras duras y quebradizas. - La microaleación (V, Nb, Ti) puede refinar los granos y aumentar la resistencia mediante el fortalecimiento por precipitación, pero las cantidades excesivas o la alta templabilidad resultante pueden aumentar el riesgo de agrietamiento en las zonas afectadas por el calor de la soldadura. La estrategia química del A706 consiste en minimizar los elementos que aumentan la templabilidad y el riesgo de agrietamiento asistido por hidrógeno, utilizando al mismo tiempo Mn controlado y microaleación para lograr las resistencias objetivo con una mejor ductilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

El procesamiento típico para las barras de refuerzo consiste en la laminación en caliente y enfriamiento controlado, en lugar de tratamientos térmicos posteriores a la laminación específicos para la mayor parte de la producción.

• A615:
• Microestructura típica después del laminado en caliente: mezcla de ferrita y perlita, dependiendo de la velocidad de enfriamiento y la composición.
• Debido a que la química está orientada a las barras de refuerzo de carbono, la microestructura puede contener mayores fracciones de perlita o colonias perlíticas más finas en coladas con mayor contenido de carbono.
• La normalización, el temple o el revenido no son pasos de producción comunes para las barras de refuerzo A615 estándar; las propiedades están determinadas en gran medida por la composición y el laminado/enfriamiento.
• A706:
• Producido con procesos químicos y de laminación destinados a producir una microestructura más dúctil y resistente (matriz ferrítica con componentes de perlita y/o bainíticos controlados, dependiendo del enfriamiento).
• El control termomecánico (laminado controlado y enfriamiento acelerado) puede utilizarse para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad/ductilidad sin aumentar la templabilidad.
• La respuesta del acero A706 a los tratamientos térmicos es similar a la de otros aceros de baja aleación, pero el tratamiento térmico posterior al laminado no es la norma para los productos de barras de refuerzo; el énfasis está en el procesamiento en planta para lograr el comportamiento mecánico requerido.

Impacto del procesamiento: - Un enfriamiento más rápido o un mayor contenido de aleación aumenta la templabilidad y el potencial de microestructuras más duras; esto generalmente se evita para A706. - El refinamiento del grano y las temperaturas de transformación controladas se utilizan para mejorar la tenacidad en aplicaciones sísmicas.

4. Propiedades mecánicas

Proporcione una caracterización mecánica comparativa en lugar de valores numéricos fijos para todos los productos, ya que ambas normas permiten múltiples niveles de calidad.

Propiedad	A615 (típico)	A706 (típico)
Resistencia a la tracción	Cumple con las clases de resistencia a la tracción especificadas para las barras de refuerzo estándar; la resistencia típica para un grado determinado es comparable.	Requisitos de resistencia a la tracción nominales similares para números de grado coincidentes
Fuerza de fluencia	Especificado por grado (p. ej., 40, 60, 75); el grado 60, de uso generalizado, es común.	Se encuentran disponibles las mismas designaciones de grado, pero la norma A706 a menudo requiere un comportamiento específico de fluencia/elongación.
Alargamiento (ductilidad)	Aceptable para aplicaciones generales de hormigón; inferior al A706 con resistencias similares en muchos casos.	Mayor ductilidad requerida y elongación controlada; mejor elongación uniforme y comportamiento post-fluencia
resistencia al impacto	No se especifica de forma uniforme para todos los productos; puede ser inferior dependiendo de su composición química.	A menudo presenta mayor tenacidad y resistencia a la fractura frágil debido a un procesamiento químico controlado.
Dureza	Variable; puede ser mayor en calores con mayor contenido de carbono.	Generalmente se controla para evitar una dureza elevada que pudiera perjudicar la soldabilidad o la tenacidad.

Interpretación: - Para números de grado coincidentes (por ejemplo, “Grado 60”), las resistencias nominales a la fluencia y a la tracción son comparables entre A615 y A706; la diferencia radica principalmente en la ductilidad y la tenacidad a niveles de resistencia similares. - El acero A706 está especificado para proporcionar una deformabilidad y resistencia a la fractura superiores en escenarios de carga dinámica o sísmica.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono, el contenido de hidrógeno y la templabilidad. Dos índices empíricos de uso común son:

• 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: Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil con menor riesgo de fisuración en frío. El acero A706 se produce con menor contenido de carbono (mediante un menor contenido de carbono y una aleación controlada) para mejorar la soldabilidad y reducir la susceptibilidad a la fisuración por hidrógeno en la zona afectada por el calor de la soldadura. - En algunas coladas, el A615 puede tener un mayor contenido de carbono y microaleaciones no controladas, lo que puede producir una mayor templabilidad y un mayor riesgo de fisuras al soldarlo, especialmente con altas entradas de calor o condiciones de precalentamiento/postcalentamiento inadecuadas y bajas temperaturas ambiente. - Orientación práctica: especifique A706 cuando el rendimiento posterior a la soldadura y la resistencia a las grietas sean importantes; para A615, la soldadura debe abordarse con precaución y se deben aplicar controles de ingeniería (precalentamiento, electrodos de bajo hidrógeno, procedimientos calificados).

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el A615 como el A706 son aceros al carbono/de baja aleación no inoxidables y son susceptibles a la corrosión en ambientes clorados o corrosivos.
• Estrategias comunes de protección:
• Recubrimiento epoxi de barras de refuerzo
• El galvanizado (recubrimiento de zinc), aunque la deformación y la adherencia del recubrimiento requieren cuidado
• Barras de refuerzo revestidas de acero inoxidable o de acero inoxidable para entornos severos
• Recubrimiento de hormigón, aditivos y sistemas de protección catódica
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable a estas calidades de barras de refuerzo que no son de acero inoxidable. Para la selección de barras de refuerzo de acero inoxidable, utilice: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota de selección: si la resistencia a la corrosión es el factor principal, se debe especificar A615 o A706 con recubrimientos apropiados o reemplazarlos por alternativas de acero inoxidable o resistentes a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Doblar y dar forma:
• Generalmente se prefiere el A706 cuando se requiere alta ductilidad y radios de curvatura más ajustados (detalles sísmicos, curvado en campo).
• El A615 tiene un rendimiento aceptable para el doblado estándar, pero puede tener menor ductilidad de reserva para el doblado en frío extremo o concentraciones de tensión severas.
• Corte/mecanizado:
• Ambos grados se suelen cortar con sierra abrasiva, cizallas mecánicas o oxicorte/corte térmico. La maquinabilidad no es una preocupación primordial para las barras de refuerzo.
• Refinamiento:
• En ambos casos se aplican recubrimientos superficiales (epoxi, galvanizado) después del laminado; la química del A706 no impide los procesos de recubrimiento y puede ayudar indirectamente a prolongar la vida útil del recubrimiento al favorecer un mejor comportamiento de adherencia del hormigón debido a modos de falla dúctiles.

8. Aplicaciones típicas

A615 — Usos típicos	A706 — Usos típicos
Hormigón armado general en edificios, cimientos, losas y estructuras no sísmicas donde la soldadura es mínima.	Regiones sísmicas y estructuras donde se requiere alta ductilidad; refuerzo soldado y conexiones estructurales
Hormigón masivo donde la economía y la amplia disponibilidad son prioritarias.	Puentes, infraestructuras críticas y estructuras que requieren un control estricto del comportamiento ante fracturas
Elementos estructurales no críticos y rehabilitación donde se utiliza acero de refuerzo recubierto para mitigar la corrosión.	Aplicaciones que requieren soldadura en campo, empalmes mecánicos con altas exigencias de deformación y cumplimiento estricto de las normas.

Justificación de la selección: - Elija A615 por su economía y amplia disponibilidad en funciones de refuerzo convencionales. - Elija A706 para aplicaciones críticas que requieran mayor ductilidad, soldabilidad y resistencia a la fractura, especialmente en diseños sísmicos o donde se especifique la soldadura de barras.

9. Costo y disponibilidad

• A615: Ampliamente producido y generalmente la opción más económica; disponible en una amplia gama de tamaños y grados de muchos molinos.
• A706: Su precio suele ser más elevado debido a controles químicos más estrictos y, en ocasiones, a un procesamiento especializado; la disponibilidad puede ser más limitada y los plazos de entrega más largos según la región y el proveedor.
• Nota de adquisiciones: el costo total del proyecto debe incluir los ahorros potenciales derivados de la simplificación de los detalles (si el uso de A706 permite conexiones soldadas) frente a un mayor costo de los materiales.

10. Resumen y recomendación

Atributo	A615	A706
Soldabilidad	Adecuado para conectores postensados ​​cuando se controla; más sensible a la soldadura en general.	Superior: diseñado para una soldabilidad óptima y un riesgo de agrietamiento reducido.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Cumple con los grados de resistencia nominal; tenacidad menor para una resistencia similar.	Mayor tenacidad y ductilidad en grados de resistencia comparables.
Costo	Más bajo, más ampliamente disponible	Mayor precio, puede tener plazos de entrega más largos

Recomendaciones: - Elija A615 si el costo y la amplia disponibilidad son los factores principales, el diseño no requiere soldadura de refuerzo y la ductilidad estándar es aceptable. - Elija A706 si el proyecto requiere mayor ductilidad, tenacidad y soldabilidad; por ejemplo, en detalles sísmicos, empalmes soldados o infraestructura crítica donde se debe minimizar el riesgo de fractura.

Nota práctica final: siempre especifique en los documentos contractuales el grado exacto, el tamaño, los procedimientos de soldadura requeridos y cualquier recubrimiento o protección anticorrosiva. Para aplicaciones soldadas, incluya en las especificaciones las cualificaciones del procedimiento de soldadura, los requisitos de precalentamiento/postcalentamiento y los controles de hidrógeno para garantizar que el rendimiento en campo se ajuste a la intención del diseño.