Introducción
tubos de acero al carbono se erigen como uno de los principales componentes de diversas industrias, mientras que en el mercado se pueden encontrar múltiples tipos de tubos de acero al carbono. Se componen principalmente de carbono y hierro, con pequeñas cantidades de otros materiales. El contenido de carbono es de 2,1% del peso total de la aleación.
Las variaciones en los tubos de acero se deben a diferencias en la composición química, los métodos de fabricación y las normas de clasificación. Estas variaciones repercuten en el rendimiento, la longevidad y la idoneidad para aplicaciones específicas.
Por eso es fundamental comprender los aspectos fundamentales del material de los tubos de acero al carbono y el sistema de clasificación que ayuda a definir sus usos y normas específicos. Será útil para que ingenieros, fabricantes y empresarios tomen una decisión informada en el contexto industrial.
¿Qué son los tubos de acero al carbono?
Los tubos de acero al carbono (CS) se componen principalmente de carbono y hierro. Esta es la piedra angular de su notable resistencia y capacidad para soportar la presión. Estos tubos de acero también contienen pequeñas cantidades de otros materiales. Entre ellos, manganeso, fósforo, cobre y silicio, que contribuyen a mejorar sus propiedades mecánicas.
Principalmente, el contenido de carbono en los tubos de acero al carbono oscila entre 0,02% y 2,1% del peso total de la aleación. Cuando el hierro y el carbono se combinan, sus átomos forman una microestructura compuesta de fases. La disposición específica depende del contenido de carbono del hierro y de su historial térmico. Por tanto, las propiedades varían en función de la cantidad de carbono añadida durante la fabricación. Además, pueden alterarse mediante procesos de tratamiento térmico como el temple, el recocido y la normalización. Entre estas propiedades se incluyen el grosor de la pared, la resistencia a la tracción y la dureza.
Un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia y la dureza, pero puede reducir la flexibilidad y la soldabilidad del tubo. En comparación, un bajo contenido de carbono implica una menor resistencia.
Por su rentabilidad, los tubos de acero al carbono se utilizan mucho en la industria. Abarcan desde pequeñas piezas de automoción hasta grandes soportes estructurales.
Tipos de tubos de acero al carbono
Existen diferentes tipos de tubos de acero al carbono clasificados según dos categorías principales:
- la cantidad de contenido de carbono
- el método de fabricación.
Se diseñan en condiciones específicas que permiten obtener un equilibrio óptimo de propiedades mecánicas para aplicaciones concretas. Analicemos estos tipos en detalle.
Clasificación por contenido de carbono
- Tubos de acero con bajo contenido en carbono
En los tubos de acero bajo en carbono (también conocidos como acero dulce), el contenido de carbono oscila entre 0,05% y 0,25%. Son tubos de uso común en diversas aplicaciones debido a su tenacidad y ductilidad. Además, se pueden trabajar en caliente o en frío y se pueden conformar y soldar fácilmente. Sin embargo, debido a su contenido relativamente bajo en carbono, presentan una menor resistencia.
Entre los grados de acero con bajo contenido en carbono más comunes utilizados en la fabricación de tuberías se incluyen: Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, acero #20, AISI 1020, S235 y C22E.
Se utilizan principalmente en aplicaciones como piezas de automóviles, soporte estructural y aplicaciones de fluidos a baja presión.
- Tubos de acero con medio contenido en carbono
El contenido de carbono de los tubos de acero con contenido medio de carbono oscila entre 0,31% y 0,6%. Ofrecen una gran resistencia y dureza. Sin embargo, poseen una tenacidad y ductilidad comparativamente bajas; aun así, sus propiedades mecánicas pueden mejorarse mediante temple y tratamiento térmico.
Algunos ejemplos de calidades de acero con contenido medio de carbono son el acero #45, el AISI 1045 y el C45E. Sus aplicaciones incluyen proyectos de construcción y piezas mecánicas y de automoción, como ejes, bastidores y sistemas de escape.
- Tubos de acero con alto contenido en carbono
Estos tubos de acero con alto contenido en carbono tienen un contenido de carbono de 0,6% a 2,11%. Son tubos de muy alta resistencia con baja ductilidad y tenacidad. Además, no se pueden soldar fácilmente. Para el proceso de soldadura, estos tubos deben someterse a un detallado programa de tratamiento térmico integrado en el proceso de soldadura.
Entre las calidades de acero con alto contenido en carbono más utilizadas están el acero #65, 65Mn, AISI 1065, T8 y T8A, T10 y T10A, AISI W1 y W2, C60E y C80U. Son comunes en herramientas de corte, muelles y piezas de maquinaria pesada.
Clasificación por método de fabricación
Tubos de acero al carbono sin soldadura
Los tubos sin soldadura se fabrican sin juntas soldadas, normalmente perforando un tocho de acero macizo y conformándolo mediante laminación en caliente o en frío. Con este proceso se obtienen tubos con una resistencia constante y una mayor resistencia a las fluctuaciones de presión y temperatura.
- Tubos de acero al carbono laminados en caliente: Consisten en calentar. En este método, el tocho de acero se calienta a unos 1.000°C y luego se enrolla para darle la forma de tubo deseada. Este método garantiza la uniformidad y durabilidad del producto final. El diámetro exterior resultante de estos tubos supera los 32 mm, mientras que el grosor de la pared oscila entre 2,5 mm y 75 mm. Estos tubos se utilizan para tuberías de acero de baja presión a alta presión.
- Tubos de acero al carbono laminados en frío: Estos tubos se fabrican reduciendo gradualmente el grosor y la anchura del acero mediante una serie de rodillos a temperatura ambiente o ligeramente elevada. Tras el laminado en frío, el acero se somete a un recocido. Esto lo ablanda y elimina las tensiones internas causadas por el laminado. Los últimos pasos consisten en dar al acero las dimensiones requeridas. Por eso se recorta el material sobrante y se pule para conseguir un acabado liso. Este proceso garantiza que el acero tenga el tamaño, la forma y el aspecto deseados. Este método da como resultado una gran precisión dimensional. Su diámetro exterior puede alcanzar los 6 mm, mientras que el grosor de la pared puede llegar a 0,25 mm.
Tubos soldados de acero al carbono
Estos tubos se forman laminando chapas o flejes de acero y soldando la costura. Ofrecen una buena resistencia. Pero es ligeramente inferior a la de los SSAW con las mismas especificaciones. Su coste de producción no es elevado. Son aplicables a presiones bajas y medias. Se dividen a su vez en dos categorías en función de su método de producción, que son las siguientes:
- Tubos ERW de acero al carbono (soldados por resistencia eléctrica): Los tubos ERW se fabrican enrollando una chapa de acero y soldando los bordes mediante soldadura por resistencia eléctrica. Presentan detalles intrincados, una costura uniforme y son económicos. Además, son ligeros, están diseñados con precisión y estructurados adecuadamente. Están disponibles en distintos grados de material, como A, B, X42, X52, etc., y, según sus especificaciones, pueden utilizarse en aplicaciones de baja a alta presión, incluida la distribución de agua y gas.
- Tubos de acero al carbono LSAW (soldadura longitudinal por arco sumergido): Se fabrican doblando longitudinalmente chapas de acero y soldando el cordón con soldadura por arco sumergido. Así se obtienen tubos resistentes, de paredes gruesas, gran diámetro, acabado sin soldadura y a prueba de óxido. Son resistentes, expansivos y se utilizan en aplicaciones como oleoductos y gasoductos en tierra y mar. En resumen, son aplicables cuando se requieren altas prestaciones, alta tolerancia y un fuerte soporte estructural.
Tubos SSAW de acero al carbono (soldadura por arco sumergido en espiral)
Los tubos SSAW se fabrican enrollando en espiral tiras de acero para darles forma tubular y soldando después la costura en espiral para formar un tubo sólido. Permiten fabricar tubos de mayor diámetro y tienen una gran resistencia. Pero en este caso el coste de producción aumenta ligeramente. Su aplicación incluye el transporte de agua y gas, donde la flexibilidad de tamaño es importante.
Ventajas de los tubos de acero al carbono
Los tubos de acero al carbono, al ser cruciales en diversas aplicaciones, presentan varias ventajas que se comentan a continuación:
- En primer lugar, poseen una rigidez y resistencia expectaculares. Por eso pueden soportar condiciones de alta presión y cargas pesadas. Por ejemplo, se utilizan principalmente en aplicaciones de alto rendimiento, como soportes estructurales, gasoductos y oleoductos, puentes y sistemas de transmisión.
- Son excelentes componentes resistentes a la corrosión, ya que pueden soportar entornos duros y la exposición a productos químicos. Sin embargo, un revestimiento protector es crucial, ya que mejora la resistencia. Por eso los tubos de acero pueden utilizarse fácilmente en aplicaciones marinas.
- Los tubos de acero al carbono son, sin duda, buenos conductores térmicos y eléctricos. Gracias a estas propiedades, pueden utilizarse en industrias energéticas.
- La facilidad de instalación es otra ventaja de los tubos de acero al carbono. Suelen ser ligeros, por lo que son fáciles de transportar y facilitan una instalación eficiente.
- Además, son rentables. La razón es la abundancia de materias primas y una fabricación bien establecida. Esto se traduce en bajos costes de material y fabricación, lo que redunda en su rentabilidad".
- Debido a los muchos tipos de tubos de acero al carbono disponibles en el mercado, pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. Esto contribuye a su versatilidad.
- Los tubos de acero al carbono pueden reciclarse fácilmente sin comprometer la integridad del material. Esto significa que son un buen producto, respetuoso con el medio ambiente,
Normas y especificaciones del sector
| Estándar | Descripción | Área de aplicación | Características principales |
| ASTM A53 | Cubre los tubos de acero negro, tanto sin soldadura como soldados, con opción de revestimiento de zinc en caliente. | Soporte estructural, tuberías | tipos sin soldadura y soldados, soldables |
| ASTM A106 | Las especificaciones de los tubos de acero al carbono sin soldadura se utilizan en lugares donde el calor elevado es habitual. | Tuberías de alta temperatura | Gran solidez y resistencia al calor |
| API 5L | Define los requisitos de las tuberías utilizadas para el transporte de gas, petróleo y agua. | Oleoductos y gasoductos | Resistente a la presión, destinado al transporte de fluidos |
| ASME B36.10 | Normaliza las dimensiones y propiedades de los tubos de acero forjado soldados y sin soldadura. | Usos mecánicos y estructurales | Define las dimensiones y pesos de los tubos |
| DIN 2448 | Directriz europea para la fabricación y ensayo de tubos de acero sin soldadura. | Tuberías industriales y sistemas de calderas | Cubre dimensiones y condiciones de entrega |
| ISO 3183 | Norma mundial para tubos de acero utilizados en sistemas de tuberías de petróleo y gas natural. | Transporte por tuberías | Especifica los requisitos de fabricación y ensayo |
| BS EN 10216 | Norma europea centrada en los tubos de acero sin soldadura destinados a aplicaciones en recipientes a presión. | Recipientes a presión y calderas | Propiedades mecánicas y ensayos |
Estas normas garantizan que los tubos de acero al carbono cumplen los requisitos de calidad, seguridad y rendimiento de diversas industrias de todo el mundo. Cada norma abarca las dimensiones, propiedades mecánicas, fabricación y protocolos de ensayo de los tubos para adaptarse a aplicaciones específicas.
Conclusión
En conclusión, los tubos de acero al carbono son componentes cruciales en muchas aplicaciones industriales. Entre ellas se incluyen el transporte de gas y petróleo, el soporte estructural, los sistemas de riego y muchas más. Los tubos de acero al carbono presentan diferentes propiedades mecánicas en función de la cantidad de carbono añadida durante la fabricación o el tratamiento térmico. Se clasifican en dos categorías diferentes. Se basan en su porcentaje de contenido de carbono y en los métodos de fabricación, lo que ofrece diversas variaciones. Es importante conocer las especificaciones y las normas. Le ayudará a seleccionar el tubo de acero al carbono adecuado que satisfaga sus necesidades industriales y civiles.