HFW frente a SAWL: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las tuberías de acero soldadas por alta frecuencia (HFW, a menudo agrupadas con procesos tipo ERW) y las soldadas longitudinalmente por arco sumergido (SAWL) son dos familias de productos comunes en el mercado de tubos y tuberías. Al elegir entre ellas, los ingenieros y los equipos de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la facilidad de fabricación, la resistencia y tenacidad en servicio, la soldabilidad, la resistencia a la corrosión y el costo. Las decisiones típicas incluyen la elección entre tuberías de paredes más delgadas y económicas para distribución y uso estructural, y tuberías de paredes más gruesas y mayor integridad para transmisión, servicio de alta presión o requisitos mecánicos más exigentes.

La principal diferencia operativa entre estas dos familias radica en su método de soldadura y fabricación, que influye en el rango de espesores de pared que pueden manejar y en las estrategias de aleación y procesamiento utilizadas para cumplir con los objetivos de resistencia mecánica y tenacidad. Dado que el método de fabricación determina los ciclos térmicos, los espesores de pared disponibles y el contenido de aleación permitido, la soldadura por arco hidráulico (HFW) y la soldadura por arco sumergido (SAWL) se comparan habitualmente en el diseño de tuberías, estructuras y sistemas a presión.

1. Normas y designaciones

Tanto las tuberías HFW como las SAWL se fabrican conforme a múltiples normas internacionales; la calidad del material suele especificarse por separado del proceso de unión. Las normas comunes incluyen:

• ASTM / ASME: ASTM A53, ASTM A500, ASTM A106 (referencia sin costura), ASME B36.10/B36.19 (dimensiones), API 5L (especificación de tubería de línea que abarca tanto soldada como sin costura).
• EN: EN 10217 (tubos de acero soldados para aplicaciones a presión), EN 10219 (perfiles estructurales huecos soldados conformados en frío), EN 10204 (documentos de inspección).
• JIS: JIS G3454, G3452 (tuberías de acero soldadas para agua y gas).
• GB (China): GB/T 3091 (tubos de acero sin costura/soldados para transporte de fluidos a baja presión), GB/T 9711 (tuberías de línea).

Clasificación por familia metalúrgica: - Productos HFW: generalmente aceros al carbono o de baja aleación (acero dulce, aceros soldables de bajo carbono), a veces microaleados para mayor resistencia. - Productos SAWL: típicamente aceros para tuberías de conducción al carbono y microaleados y aceros de baja aleación; a menudo se utilizan con grados de mayor resistencia y paredes más gruesas. Ninguno de los dos es un producto inherentemente inoxidable o de acero para herramientas; existen variantes inoxidables que utilizan SAW, pero son menos comunes en las ofertas comerciales estándar HFW/SAWL.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Tendencias composicionales típicas (cualitativas) para HFW frente a SAWL

Elemento	HFW (típico)	SAWL (típico)
do	Baja a moderada (énfasis en la soldabilidad)	De baja a moderada; las variantes de microaleaciones pueden tener un valor C similar con mayor resistencia.
Minnesota	Moderado (desoxidación y fuerza)	De moderado a alto (mejora la templabilidad y la resistencia)
Si	Bajo (desincrustación/desoxidación)	De baja a moderada (desoxidación; puede ser ligeramente superior en los consumibles SAW)
PAG	bajo controlado	bajo controlado
S	bajo controlado	bajo controlado
Cr	Normalmente bajo (no de acero inoxidable)	Puede estar presente en pequeñas cantidades en algunas aleaciones.
Ni	Normalmente bajo	Bajo; puede estar presente en determinadas aleaciones de tuberías.
Mes	Normalmente ninguna o trazas	Puede estar presente en grados de microaleaciones/tuberías para mayor resistencia/tenacidad.
V	Generalmente bajo/trazas	Se utiliza frecuentemente como elemento de microaleación para mejorar la resistencia y la tenacidad.
Nb (Nb/Ta)	Tubos HFW poco comunes	Común en aceros para tuberías SAWL microaleados (mejora la resistencia/tenacidad)
Ti	Trazas (desoxidación/estabilización)	Posible traza para la estabilización
B	Rastrear si se utiliza (control de endurecimiento)	trazas en algunos aceros de tuberías
norte	bajo controlado	Nivel bajo controlado; relevante para el control de la precipitación y la dureza

Explicación: Los productos HFW suelen estar optimizados para la fabricación de paredes delgadas y la soldadura de bobina a tubería de alto rendimiento; las composiciones hacen hincapié en el bajo contenido de carbono y la aleación controlada para maximizar la soldabilidad y la ductilidad. - Las tuberías SAWL, especialmente cuando están destinadas a grados de tuberías de línea de mayor resistencia, frecuentemente utilizan microaleaciones (Nb, V, Ti) y Mn/trazas de Mo controlados para aumentar la resistencia a través del fortalecimiento por precipitación y ciclos térmicos/de laminación controlados, manteniendo al mismo tiempo la tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas y el comportamiento durante el procesamiento difieren porque el método de soldadura y el equipo de producción imponen diferentes ciclos térmicos y permiten diferentes rutas de procesamiento.

• HFW: Se produce a partir de fleje en bobina mediante soldadura rápida de alta frecuencia. La microestructura típica del metal base es ferrita-perlita o ferrita de grano fino con bainita dispersa en las variantes microaleadas. Las líneas HFW de paredes delgadas tienen una capacidad limitada de tratamiento térmico en línea; los fabricantes suelen utilizar recocido controlado o laminado de revenido en lugar de ciclos extensos de temple y revenido.
• SAWL: Se produce a partir de placas o tiras más anchas mediante soldadura por arco sumergido en una o más pasadas. Los procesos SAW permiten obtener paredes más gruesas y facilitan el precalentamiento, el postcalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) controlado. La microestructura del metal base SAWL puede ser de ferrita-perlita fina, bainita o mixta, según la composición química de la placa y el laminado termomecánico; las placas microaleadas responden bien al laminado controlado para producir microestructuras tenaces de grano fino.

Respuestas al tratamiento térmico: Los ciclos de normalización/refinado mejoran el tamaño del grano y la tenacidad en ambos casos; las líneas de producción SAWL y los trenes de laminación de acabado suelen implementar la normalización o el enfriamiento controlado en placas más gruesas. - El temple y revenido se suele aplicar a las placas antes del SAWL en tuberías de alta resistencia, pero no es habitual en los productos estándar de pared delgada HFW. - El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) se utiliza para SAWL y material HFW de alta calidad cuando las especificaciones requieren una mayor resistencia a la fluencia con tenacidad conservada.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Comparación cualitativa de las propiedades mecánicas

Propiedad	HFW (productos típicos de pared delgada)	SAWL (productos más gruesos, tipo tubería de línea)
Resistencia a la tracción	Moderado	De moderado a alto (las placas microaleadas/reforzadas permiten valores más altos)
Resistencia a la fluencia	Moderado	De moderado a alto (el laminado controlado o la microaleación aumentan el rendimiento).
Alargamiento	Generalmente bueno (dúctil de pared delgada)	Es bueno, pero depende del grado y el grosor; las variantes de mayor resistencia pueden tener menor elongación.
Dureza al impacto	Buena a temperatura ambiente para grados típicos; menos recomendable para refrigeración, salvo que se especifique lo contrario.	A menudo se diseñan para ofrecer una resistencia superior (especialmente para servicios a baja temperatura o alta presión).
Dureza	De baja a moderada (mecanizado/conformación más fácil)	Puede ser más grueso en grados reforzados; más difícil de mecanizar/conformar cuando es más grueso.

Interpretación: Los productos SAWL logran un mayor equilibrio entre resistencia y tenacidad gracias a que la producción de placas permite una aleación más agresiva y un control térmico más preciso. El proceso HFW destaca por su ductilidad y la consistencia de la geometría de paredes delgadas, pero generalmente presenta limitaciones para alcanzar grados de resistencia muy altos sin afectar la soldabilidad.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un factor diferenciador clave porque HFW y SAWL son en sí mismos productos soldados; comprender su susceptibilidad al agrietamiento por hidrógeno, al endurecimiento y a la sensibilidad al ciclo térmico es crucial.

Factores clave: equivalente de carbono y templabilidad del metal base; la microaleación afecta la susceptibilidad al endurecimiento de la ZAT.

Índices útiles: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (para la evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento por frío): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Soldadura por inducción de alta frecuencia (HFW): Dado que la producción se centra en paredes delgadas y soldadura de alto volumen, se eligen aceros base con menor coeficiente de expansión térmica (CE_IIW) y menor permeabilidad al calor (P_cm) para garantizar una soldadura sencilla y una baja susceptibilidad al endurecimiento por calor. Las juntas soldadas por HFW se forman mediante calentamiento por inducción de alta frecuencia y presión, por lo que toleran composiciones químicas con bajo contenido de carbono. Soldadura por arco sumergido (SAWL): La soldadura SAW utiliza un arco de fusión y múltiples pasadas de soldadura; un mayor contenido de aleación en la placa puede aumentar la templabilidad, elevando los índices de equivalencia de carbono. Sin embargo, en la producción SAWL se puede aplicar precalentamiento, control entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) cuando sea necesario para controlar el riesgo de fisuración por hidrógeno y la tenacidad de la zona afectada por el calor (ZAC). Los consumibles SAWL (alambres y fundente) se pueden seleccionar para que coincidan con la composición química y la dilución, controlando así las propiedades del metal de soldadura.

Prácticamente: Para soldaduras y empalmes en campo, la tubería HFW (de pared delgada) es más fácil de soldar con procedimientos comunes. La tubería SAWL suele requerir mayor atención a las temperaturas de precalentamiento/entre pasadas para grados de alta resistencia o paredes gruesas, y puede tener requisitos de calificación de procedimientos de soldadura más estrictos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Los aceros no inoxidables (tanto HFW como SAWL) dependen de recubrimientos y protección catódica para el control de la corrosión: galvanizado en caliente, recubrimientos de epoxi fusionados (FBE), recubrimientos de polietileno de tres capas, recubrimientos de aceite, sistemas de pintura y revestimientos internos para servicio de fluidos.
• Las tuberías SAWL utilizadas para servicios enterrados o submarinos suelen recibir revestimientos externos multicapa, además de medidas internas de mitigación de la corrosión.
• Cuando se utilizan aleaciones de acero inoxidable con procesos SAW (menos común para HFW/SAWL de uso general), aplique PREN para resistencia a la corrosión localizada: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN no es aplicable a los aceros al carbono; utilícelo únicamente para aceros inoxidables dúplex/austeníticos.

Nota práctica: La selección del revestimiento y la protección interna viene determinada más por el entorno de servicio y el análisis de riesgos que por el método de soldadura en sí.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Acero de pared delgada (HFW): Facilita el doblado, el conformado y la expansión en frío. Su menor dureza mejora la maquinabilidad y las características de punzonado, pero la delgadez de la pared limita ciertas operaciones mecánicas. Es adecuado para doblados de radio reducido y accesorios comunes en redes de distribución.
• SAWL (pared más gruesa): Más pesado, menos tolerante al conformado de alta precisión; requiere herramientas de mayor tamaño y puede requerir conformado asistido por calor para placas gruesas. El mecanizado de aceros microaleados más gruesos puede ser más exigente; se necesita un control preciso de las velocidades de corte y las herramientas.

Soldadura y reparación: - Las soldaduras de campo HFW son sencillas para la soldadura a tope, pero las paredes delgadas requieren controlar la perforación y el ajuste. - Las paredes más gruesas de SAWL pueden requerir soldadura de varias pasadas y un WPS calificado, pero una pared más gruesa también ofrece un mayor margen para la entrada de calor y la reparación mecánica.

8. Aplicaciones típicas

HFW (usos comunes)	SAWL (usos comunes)
Tuberías de pared delgada de diámetro pequeño a mediano para agua, distribución de gas, climatización, tubos estructurales y tuberías mecánicas en general.	Oleoductos de transmisión de gran diámetro, tuberías de alta presión, oleoductos submarinos, tuberías de proceso con paredes más gruesas y secciones que requieren mayor resistencia/tenacidad.
Conductos de baja presión, andamios, muebles y componentes tubulares para la industria automotriz	Transporte de hidrocarburos a larga distancia, oleoductos principales, elevadores submarinos (con los revestimientos adecuados) y oleoductos terrestres de alta presión.

Justificación de la selección: - Elija HFW cuando la economía, la geometría de pared delgada y la facilidad de conformado sean prioridades y las presiones/cargas de servicio sean moderadas. - Elija SAWL cuando se requiera mayor espesor de pared, presiones de diseño más elevadas y mayor resistencia/tenacidad o controles de soldadura rigurosos.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: Los productos HFW suelen tener un coste por unidad de longitud menor para diámetros pequeños y medianos debido al procesamiento de bobinas en grandes volúmenes y a una soldadura más sencilla. Las tuberías SAWL son más caras para diámetros equivalentes con mayor espesor de pared debido a la producción de placas, las pasadas de soldadura y un mayor consumo de material.
• Disponibilidad: HFW está ampliamente disponible en tamaños estándar y con plazos de entrega cortos. La disponibilidad de SAWL depende de la capacidad de la planta de laminación y de las capacidades de la línea de soldadura; los plazos de entrega largos son habituales para tuberías especializadas o de alta especificación.
• Formato del producto: HFW, a menudo suministrado desde plantas de laminación de bobinas a tubos; SAWL, suministrado desde líneas de laminación de placas a tuberías o de bandas anchas con opciones de tratamiento térmico asociadas.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación resumida

Característica	HFW	SIERRA
Soldabilidad	Excelente para paredes delgadas y baja CE	Es bueno, pero requiere precalentamiento/control entre pasadas para grados más gruesos/de alta resistencia.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, alta ductilidad	Mayor versatilidad; puede lograr una mayor resistencia gracias a su tenacidad diseñada.
Costo	Más bajo para aplicaciones de paredes delgadas	Mayor para tuberías de línea más gruesas y de alta especificación.

Recomendación: - Elija HFW si necesita tubos económicos de pared delgada para distribución, estructuras o servicios de presión baja a moderada donde la alta soldabilidad y la buena conformabilidad son requisitos primordiales. - Elija SAWL si necesita paredes más gruesas, mayor límite elástico/capacidad de tracción, mejor resistencia a la zona afectada por el calor y a las muescas para servicios de transmisión o alta presión, o cuando el proyecto requiera propiedades mecánicas derivadas de placas y un procesamiento térmico controlado.

Nota final: La selección debe basarse en la combinación de la presión de diseño, el espesor de pared requerido, la estrategia de soldadura y unión en campo, la tenacidad a la temperatura de operación y las necesidades de protección durante el ciclo de vida. Es fundamental especificar los límites de composición química, los requisitos de tratamiento térmico/acabado y las cualificaciones del procedimiento de soldadura desde el principio para garantizar que el producto fabricado elegido (HFW o SAWL) cumpla con los objetivos de rendimiento metalúrgico y mecánico del proyecto.