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

Introducción

Las placas de acero al carbono ASTM A516 grados 60 y 70 son dos de las más utilizadas para la fabricación de equipos a presión, especialmente calderas, recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Al elegir entre estos dos grados, los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia, la tenacidad, la soldabilidad y el costo. Las decisiones típicas incluyen la selección de un grado para una mayor presión de operación (priorizando la resistencia) frente a la priorización de la tenacidad al impacto a baja temperatura o una mejor soldabilidad (priorizando un menor contenido de carbono y una mayor ductilidad).

La principal diferencia entre el grado 60 y el grado 70 de A516 radica en el nivel de resistencia mecánica requerido: el grado 70 está especificado para cumplir con una resistencia mínima superior a la del grado 60. Debido a que estos grados comparten una química base y rutas de procesamiento similares, se comparan comúnmente cuando los diseños requieren un equilibrio entre capacidad de presión, resistencia a la fractura y economía de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Especificación principal: ASTM A516 / ASME SA-516 — “Placas para recipientes a presión, de acero al carbono, para servicio a temperaturas moderadas y bajas”.
• Códigos asociados: Código ASME de calderas y recipientes a presión (Secciones II y VIII) cuando se utiliza en recipientes a presión.
• Normas internacionales comparables (para referencia cruzada): serie EN 10028 (placas para recipientes a presión), JIS G3115 (placas de acero para recipientes a presión) y variantes de GB/T 3274/7131 en normas chinas. La equivalencia exacta depende de las propiedades y ensayos requeridos (p. ej., requisitos de energía de impacto).
• Clasificación: Tanto el A516 Gr60 como el Gr70 son aceros al carbono-manganeso (aceros al carbono sin aleación). No son aceros inoxidables, aceros para herramientas ni aceros HSLA de alta aleación en el sentido de presentar una microaleación significativa; algunas acerías comerciales pueden añadir pequeñas cantidades de elementos de microaleación para lograr las propiedades deseadas.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se muestra una tabla ilustrativa de rangos de composición típicos (en % peso). Estos son rangos comerciales representativos para grados de placas A516; la composición química real garantizada debe confirmarse en el certificado de prueba de fábrica para cada colada.

Elemento	Rango típico o máximo (en % peso)
C (Carbono)	0,18 – 0,28 (Depende del grado y del molino)
Mn (manganeso)	0,60 – 1,35
Si (silicio)	0,10 – 0,35
P (Fósforo)	≤ 0,035 (máx.)
S (Azufre)	≤ 0,035 (máx.)
Cr (Cromo)	traza – ~0,30 (si está presente)
Ni (níquel)	traza – ~0,40 (si está presente)
Mo (molibdeno)	traza – ~0,10 (si está presente)
V (vanadio)	típicamente trazas (si es microaleado)
Nb (Niobio)	típicamente trazas (si es microaleado)
Ti (titanio)	típicamente trazas (si están presentes para la desoxidación)
B (Boro)	rastro si se usa intencionalmente
N (Nitrógeno)	bajo (ppm)

Notas: La norma ASTM A516 no exige adiciones sustanciales de aleación; los aceros son principalmente de composición carbono-manganeso. Algunos fabricantes aplican microaleaciones (V, Nb, Ti) o procesos controlados para optimizar la resistencia y la tenacidad. - La mayor resistencia (Gr70) generalmente se logra mediante una química controlada más un procesamiento termomecánico o una práctica de laminación, en lugar de mediante aleaciones pesadas.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. Unos niveles moderados de carbono mantienen el equilibrio. - El manganeso mejora la templabilidad y la resistencia a la tracción y promueve la desoxidación, pero en exceso puede aumentar la templabilidad y afectar la tenacidad. - El silicio favorece la desoxidación; pequeñas cantidades no alteran sustancialmente el comportamiento mecánico. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) refinan el tamaño del grano, promueven el fortalecimiento por precipitación y pueden aumentar la resistencia sin disminuir proporcionalmente la tenacidad cuando se utilizan en cantidades controladas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: La chapa A516 laminada en caliente suele presentar una microestructura de ferrita-perlita en su estado de producción. Las diferencias entre los grados 60 y 70 son principalmente cuantitativas (gradientes de carbono y manganeso, tamaño de grano, densidad de dislocaciones) más que cualitativas. - El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) puede dar lugar a tamaños de grano de ferrita más finos y algunos constituyentes bainíticos, mejorando tanto la resistencia como la tenacidad en comparación con las placas laminadas convencionalmente.

Respuestas al tratamiento térmico: - El A516 se suministra normalmente en estado laminado normalizado; el temple y revenido completo no es típico para esta especificación porque el producto está destinado a un servicio de temperatura moderada y a construcciones soldadas. - La normalización (calentamiento por encima del punto crítico y enfriamiento controlado) refina el tamaño del grano y mejora la tenacidad; es una vía aceptada para mejorar la tenacidad a las muescas sin una aleación excesiva. - El temple y el revenido pueden lograr niveles de resistencia más altos y diferentes perfiles de tenacidad, pero no se especifican comúnmente para la placa A516 estándar; dichos tratamientos cambian la clase del producto y pueden afectar los procedimientos de soldadura y la tenacidad a las muescas. - Las plantas siderúrgicas utilizan rutas termomecánicas (laminación controlada + enfriamiento acelerado) para obtener Gr70 con propiedades que incluyen una microestructura de grano fino y buena tenacidad a bajas temperaturas.

4. Propiedades mecánicas

Los límites cuantitativos de la especificación varían según el grado, el espesor y las pruebas de impacto opcionales. En lugar de establecer mínimos numéricos precisos (que deben extraerse de la especificación ASTM/ASME vigente y de los informes de pruebas de fábrica), a continuación se resume la comparación relativa.

Propiedad	A516 Grado 60	A516 Grado 70
Resistencia a la tracción	Rango inferior (suficiente para presiones moderadas)	Mayor (diseñado para servicio a alta presión)
Resistencia a la fluencia	Menor rendimiento mínimo	Mayor rendimiento mínimo
Alargamiento (ductilidad)	Ductilidad comparable; a menudo ligeramente superior con el mismo espesor	Su ductilidad es ligeramente menor debido a su mayor resistencia, pero sigue siendo adecuada para el conformado.
Resistencia al impacto	Cumple con los requisitos de la prueba de entalla Charpy V cuando sea necesario; funciona correctamente con el procesamiento adecuado.	Puede alcanzar una tenacidad igual o superior según el proceso de fabricación; se suele especificar para secciones más gruesas y de mayor presión.
Dureza	Ligeramente más bajo	Un poco más alto

Interpretación: - El grado 70 proporciona mayores márgenes de resistencia, lo que permite secciones más delgadas para la misma presión o presiones admisibles más altas para el mismo espesor. La tenacidad está controlada por la química, el espesor y el procesamiento de laminación; un Gr70 procesado correctamente puede tener una tenacidad igual o superior a la del Gr60, pero a medida que aumenta la resistencia, es necesario prestar especial atención a la tenacidad a la muesca y a las pruebas de impacto. Los diseñadores deben consultar los certificados de propiedades mecánicas reales y las pruebas de impacto requeridas (temperatura, energía) para su aplicación.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del contenido de carbono, la templabilidad y la aleación residual. A continuación se muestran dos fórmulas comunes de equivalencia de carbono utilizadas para estimar la soldabilidad, las cuales deben usarse cualitativamente:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

y

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: - Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil y un menor riesgo de agrietamiento en frío; ambos grados A516 suelen tener equivalentes de carbono de bajos a moderados. - El grado 70 puede tener un equivalente de carbono ligeramente superior al grado 60 dependiendo de la composición química y el procesamiento, por lo que el precalentamiento y las temperaturas controladas entre pasadas pueden recomendarse con mayor frecuencia para secciones más gruesas o soldadura a baja temperatura ambiente. - El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) rara vez es necesario para la mayoría de las placas de acero al carbono de los recipientes, pero puede ser obligatorio según los códigos de diseño o las condiciones de servicio; las decisiones deben seguir los requisitos del código ASME y las cualificaciones del procedimiento de soldadura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Los aceros A516 grados 60 y 70 son aceros al carbono no inoxidables; su resistencia inherente a la corrosión se limita al acero base y al ambiente. Las estrategias de protección contra la corrosión incluyen recubrimientos (pinturas, epoxis), galvanizado (inmersión en caliente o imprimaciones ricas en zinc) y protección catódica para servicio enterrado o sumergido.
• Los índices de corrosión del acero inoxidable, como el PREN, no son aplicables al A516 porque no es una aleación resistente a la corrosión. A modo de referencia, el PREN se calcula como:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

pero este índice se aplica únicamente a los aceros inoxidables austeníticos y dúplex. La selección de la protección superficial debe considerar el fluido operativo, la temperatura y el desgaste mecánico. Para entornos agresivos, se recomienda utilizar materiales inoxidables o soluciones revestidas/recubiertas en lugar de acero al carbono simple.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se cortan y se someten a oxicorte con facilidad; el corte por plasma y láser son comunes. La resistencia ligeramente superior del Gr70 puede requerir un poco más de fuerza o aumentar el desgaste de la herramienta.
• Doblado/Conformado: El acero Gr60 suele ser más tolerante al conformado debido a su mayor ductilidad a espesor equivalente. El acero Gr70 también se puede conformar, pero puede requerir radios de curvatura mayores o menor deformación por doblado.
• Maquinabilidad: Ninguna de las dos calidades es una aleación de alta maquinabilidad; se aplican herramientas y velocidades de avance estándar. La resistencia ligeramente superior de la Gr70 puede aumentar el desgaste de la herramienta.
• El acabado superficial (rectificado, pulido) se comporta de manera similar para ambos grados; los tratamientos previos y posteriores a la soldadura son similares.

8. Aplicaciones típicas

A516 Grado 60 — Usos típicos	A516 Grado 70 — Usos típicos
Tanques de almacenamiento, recipientes a presión baja o moderada, piezas de calderas donde se prioriza la resistencia sobre la presión máxima permitida.	Calderas y recipientes a presión, tanques y reactores donde se requieren tensiones admisibles más elevadas o secciones más delgadas
Componentes fabricados donde una mejor conformabilidad resulta útil	Aplicaciones que requieren mayor resistencia al diseño o ahorro de peso mediante la reducción del espesor
Servicio a baja temperatura con las pruebas de impacto pertinentes si fuera necesario.	Placas más gruesas y servicio a mayor presión con procesamiento controlado para mantener la resistencia.

Justificación de la selección: - Elija el grado cuya combinación de resistencia y tenacidad cumpla con la tensión de diseño, los márgenes de seguridad requeridos y los requisitos de temperatura de impacto, minimizando al mismo tiempo el costo y la complejidad de fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero de grado 70 suele tener un precio ligeramente superior al del grado 60 debido a su mayor resistencia y, en ocasiones, a un procesamiento más controlado (TMCP). Sin embargo, si el acero de grado 70 permite utilizar una placa más delgada para cumplir con el mismo diseño, el costo total del material y de fabricación puede ser menor.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen ampliamente y están disponibles en espesores y anchos estándar para placas de recipientes a presión. La disponibilidad de espesores específicos, acabados superficiales y certificaciones de ensayos de impacto a bajas temperaturas varía según la fábrica; el departamento de compras debe confirmar los plazos de entrega y las certificaciones de los ensayos.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Criterio	A516 Gr60	A516 Gr70
Soldabilidad	Excelente (un poco más fácil)	Muy bueno (puede requerir más precalentamiento para secciones gruesas)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Muy bueno para aplicaciones generales	Mayor resistencia; puede igualar la tenacidad si se procesa correctamente.
Costo	Menor costo de materiales	Mayor coste de material, pero puede reducir el peso/coste total mediante secciones más delgadas.

Recomendaciones: - Elija A516 Grado 60 si: - El diseño favorece una mayor ductilidad y facilidad de fabricación. Las presiones de funcionamiento y las tensiones admisibles son moderadas y permiten el uso del grado de menor resistencia. - El control de costes y la simplificación de los procedimientos de soldadura son prioritarios. - Los requisitos de resistencia a bajas temperaturas se pueden cumplir con el procesamiento de grado 60.

• Elija A516 Grado 70 si:
• Se necesita una mayor resistencia mínima para cumplir con los requisitos de presión o estructurales, o si se desea una reducción de peso mediante placas más delgadas.
• El diseñador exige valores de tensión admisible más elevados para el diseño del recipiente y está dispuesto a especificar ensayos de impacto adecuados y, posiblemente, controles de soldadura más estrictos.
• La planta puede suministrar Gr70 con la tenacidad requerida (mediante TMCP o laminación controlada).

Nota final: Ambos grados son adecuados para la construcción de recipientes a presión cuando se especifican y suministran según la norma ASTM A516 y el código aplicable (ASME). Para cualquier selección crítica, los ingenieros deben revisar la especificación ASTM/ASME vigente, solicitar informes de ensayos de fábrica (químicos y mecánicos), verificar la documentación de ensayos de impacto a la temperatura de servicio requerida y validar los procedimientos de soldadura para el grado y espesor elegidos.