Material y clasificación de tubos de acero al carbono

Qué son las tuberías de acero al carbono?

Las tuberías de acero al carbono (CS) son un material duradero hecho de acero al carbono, una aleación de hierro y carbono con menos del 2 % de carbono. El acero al carbono se divide en acero de bajo carbono, acero de medio carbono y acero de alto carbono, dependiendo principalmente de su contenido de carbono. Gracias a su resistencia y capacidad para soportar la presión, las tuberías de acero al carbono se utilizan en diversas industrias pesadas, como infraestructuras, barcos, alambiques y equipos para fertilizantes.

Ventajas de las tuberías de acero al carbono:

1. Las tuberías de acero al carbono ofrecen seguridad y durabilidad. Son un material ideal para aplicaciones estructurales gracias a su resistencia al impacto y a su imperceptibilidad a condiciones ambientales adversas, como el estrés o las condiciones climáticas extremas.

2. La increíble resistencia del acero al carbono permite fabricar tuberías de acero al carbono más delgadas y con menor consumo de material, a la vez que permiten transportar grandes volúmenes. Esto las convierte en un material rentable. No solo se reduce su uso, sino que el acero al carbono también se puede reciclar, lo cual es ecológico y económico.

3. Las tuberías de acero al carbono son un material versátil gracias a su facilidad de fabricación. Podemos producir productos en diversos espesores y tamaños. Además, son fáciles de cortar y doblar para adaptarse a cualquier necesidad. Además, se conectan fácilmente a accesorios, válvulas y otros accesorios de plomería.

Tipos y grados de acero al carbono:

1. Clasificación por Contenido de Carbono (El Método Más Intuitivo)
Esta es la clasificación más básica de los materiales CS y determina directamente la resistencia, dureza y plasticidad del acero.

a) Acero de bajo carbono (también conocido como acero dulce):
El contenido de carbono suele oscilar entre el 0,02 % y el 0,25 %. El acero de bajo carbono presenta buena ductilidad y tenacidad, se puede trabajar en caliente o en frío y es fácil de soldar, pero presenta menor resistencia y dureza. 

Los grados comunes de acero con bajo contenido de carbono incluyen el acero n.° 20, Q235, ASTM A53/A106, ASTM A36, AISI 1020, S235 y C22E.

b) Acero de medio carbono:
El contenido de carbono suele estar entre el 0,25 % y el 0,60 %. El acero de medio carbono presenta alta resistencia y dureza, pero baja ductilidad y tenacidad. 

Los grados comunes de acero con contenido medio de carbono incluyen el acero n.° 45, AISI 1045 y C45E.

c) Acero de alto carbono:
El contenido de carbono suele estar entre el 0,60 % y el 2,11 %. El acero de alto carbono presenta alta resistencia y dureza, pero baja ductilidad y tenacidad, y baja soldabilidad. 

Los grados comunes de acero con alto contenido de carbono incluyen el acero n.° 65, 65Mn, AISI 1065, T8/T8A, T10/T10A, AISI W1/W2, C60E y C80U.

2. Clasificación por Aplicación y Forma
Este es un método de clasificación muy práctico en ingeniería y adquisiciones.

a. Acero Estructural al Carbono: Se utiliza para la fabricación de estructuras de ingeniería (edificios, puentes) y piezas mecánicas. Se priorizan las propiedades mecánicas (resistencia y tenacidad).
Por ejemplo: ASTM A36: Acero estructural de uso general
ASTM A500 Gr.B/Gr.C: Se utiliza para la fabricación de perfiles huecos estructurales (tubos cuadrados, rectangulares y redondos).
ASTM A53 Gr.B: Se utiliza para el transporte de fluidos a presión y aplicaciones estructurales. En la industria de tuberías estructurales, la tubería soldada ASTM A53 es la opción preferida. La tubería sin costura A53 generalmente solo se utiliza para componentes estructurales en circunstancias específicas.
GB/T 700: Q235
GB/T 699: 20, 35, 45 (acero estructural al carbono de alta calidad)

b. Acero al carbono para herramientas: Se utiliza para la fabricación de herramientas de corte, calibres y moldes. Destaca por su alta dureza y resistencia al desgaste.

Por ejemplo: AISI: W1, W2;
GB/T 1298: T8, T10A.

c. Acero al carbono especial: Normas desarrolladas para industrias o productos específicos. 

Por ejemplo: ASTM A53/ASTM A106: Acero al carbono para tubos de acero sin costura (Gr. B)
ASTM A516: Acero para recipientes a presión de media y baja temperatura (Gr. 60/70)
GB/T 713: Acero para calderas y recipientes a presión (Q245R)

Clasificación de los tubos de acero al carbono:

Los tubos de acero al carbono se dividen en tubos sin costura y tubos de acero soldados según el método de producción:

1) Los tubos de acero sin costura se fabrican mediante laminación en caliente o laminación en frío (trefilado) y presentan alta resistencia y estanqueidad.

a. Tubo de acero al carbono laminado en caliente: El diámetro exterior de este tipo de tubo de acero suele ser superior a 32 mm y el espesor de pared oscila entre 2,5 y 75 mm. Los tubos sin costura laminados en caliente se utilizan principalmente para tubos de acero en general, tubos para calderas de baja y media presión, tubos para calderas de alta presión, tubos de acero aleado, tubos de acero inoxidable, tubos de craqueo de petróleo, tubos de acero geológico y otros tubos de acero para usos especiales.

b. Tubos de acero al carbono laminados en frío (estirados): En comparación con los tubos de acero al carbono laminados en caliente, los tubos de acero al carbono laminados en frío presentan una mayor precisión dimensional, con un diámetro exterior de hasta 6 mm y un espesor de pared de hasta 0,25 mm. Los tubos sin costura laminados en frío incluyen tubos de acero al carbono de pared delgada, tubos de acero aleado de pared delgada, tubos de acero inoxidable de pared delgada y tubos de acero de formas especiales, entre otros. También se utilizan en tuberías de acero general, tuberías de acero para calderas de baja y media presión, tuberías de acero para calderas de alta presión, tuberías de acero aleado, tuberías de acero inoxidable y tuberías de craqueo de petróleo. También se incluyen tuberías de acero al carbono de pared delgada, tuberías de acero aleado de pared delgada, tuberías de acero inoxidable de pared delgada y tubos de acero de formas especiales. Estos tubos se utilizan comúnmente en tubos mecánicos de precisión de ingeniería, equipos hidráulicos y piezas mecánicas, como ejes, cojinetes, manguitos, piezas de transmisión, etc.

2) Los tubos de acero soldados se fabrican laminando placas o flejes de acero en forma cilíndrica y uniendo las costuras mediante soldadura por resistencia, soldadura por arco sumergido y otros métodos.

Además, los tubos de acero al carbono se pueden subdividir según la forma de la soldadura: tubos de acero sin costura (SMLS), tubos de acero con costura longitudinal (LSAW), tubos de acero en espiral (SSAW) y tubos de acero soldados por alta frecuencia (tubo ERW). Los tubos de acero sin costura se fabrican perforando lingotes de acero o piezas brutas para obtener tubos brutos, y posteriormente se laminan en caliente, en frío o se estiran en frío. Los tubos de acero con costura recta y los tubos de acero en espiral se forman mediante diferentes procesos de fabricación. Los tubos de acero soldados por alta frecuencia son tubos de acero soldados por corriente de alta frecuencia. Estas clasificaciones se basan en diferentes procesos de fabricación y requisitos de aplicación para satisfacer diversas necesidades industriales y civiles. 

Campos de aplicación de las tuberías de acero al carbono:

Las tuberías de acero al carbono ofrecen buena resistencia a la corrosión, capacidad de soportar presión y maquinabilidad, y se utilizan ampliamente en diversos campos.

1. Industria del petróleo y el gas natural: Las tuberías de acero al carbono son un material importante para el transporte de petróleo y gas natural, con alta resistencia, fiabilidad y resistencia a la corrosión.
2. Construcción e ingeniería estructural: Las tuberías de acero al carbono se utilizan en la construcción e ingeniería estructural, como puentes, edificios de gran altura, carreteras y túneles, etc., para soportar y transmitir cargas.
3. Industria automotriz: Las tuberías de acero al carbono se utilizan en tubos de escape, chasis y otros componentes de la industria automotriz, y presentan buena resistencia al desgaste y resistencia.
4. Ingeniería mecánica: Las tuberías de acero al carbono se utilizan en sistemas de transporte, recipientes a presión, sistemas hidráulicos y otros componentes de la ingeniería mecánica, y ofrecen capacidad de soportar presión y fiabilidad. 5. Industria química: Las tuberías de acero al carbono se utilizan en la industria química para sistemas de transporte, reactores, tanques de almacenamiento y otros componentes, con resistencia a la corrosión y a altas temperaturas.

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Introducción al acero al carbono:

El acero al carbono, como tipo de acero, se compone principalmente de hierro y carbono. El contenido de carbono afecta la dureza, la resistencia y la plasticidad del acero. Este acero es uno de los materiales más utilizados en la industria y la construcción, y se utiliza ampliamente debido a su bajo costo y fácil trabajabilidad. Según el contenido de carbono, el acero al carbono se puede dividir en tres categorías: acero con bajo contenido de carbono (tubería de acero dulce), acero con contenido de carbono medio y acero con alto contenido de carbono.

1) Composición química y propiedades del acero al carbono

El rendimiento del acero al carbono depende principalmente de su composición química. Los principales elementos incluyen:
• Carbono (C): Aumenta la dureza y la resistencia, disminuye la plasticidad. • Manganeso (Mn): Aumenta la dureza, la soldabilidad y la tenacidad al impacto.
• Silicio (Si): Aumenta la resistencia, pero en cantidades excesivas reduce la plasticidad y la tenacidad.
• Azufre (S) y fósforo (P): Generalmente presentes como impurezas, su exceso puede reducir las propiedades del acero.

2) Propiedades físicas del acero al carbono

Las propiedades físicas del acero al carbono se reflejan principalmente en:
• Propiedades mecánicas: incluyen resistencia a la tracción, límite elástico, dureza y tenacidad, etc.
• Tratabilidad térmica: Se pueden realizar tratamientos térmicos como recocido, normalizado, temple y revenido para modificar la estructura interna del acero y obtener diferentes propiedades.
• Soldabilidad: El acero con bajo contenido de carbono presenta buena soldabilidad, mientras que el acero con alto contenido de carbono es propenso a agrietarse durante la soldadura debido a su alta dureza.

3) Tecnología de procesamiento del acero al carbono

Existen diversas técnicas de procesamiento para el acero al carbono. Las principales son:
• Trabajo en frío: como el laminado en frío, el trefilado en frío, etc., puede mejorar la resistencia y la dureza del acero.
• Procesamiento en caliente: como el laminado en caliente, el forjado, etc., generalmente se realiza después de calentar a cierta temperatura para obtener la forma y el tamaño requeridos.
• Tratamiento superficial: como el galvanizado, la pintura o la aplicación de una capa anticorrosiva, etc., que puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero al carbono.

4) Resistencia a la corrosión del acero al carbono

El acero al carbono es menos resistente a la corrosión que otros tipos de acero, como el acero inoxidable. Sin embargo, mediante tratamientos superficiales como el galvanizado o el recubrimiento con recubrimientos especiales, su capacidad para resistir los factores ambientales puede mejorarse en cierta medida.

5) Campos de aplicación del acero al carbono

Debido a su excelente rendimiento y economía, el acero al carbono se utiliza ampliamente en:

• Industria de la construcción: se utiliza en estructuras de edificios, marcos de soporte, vigas de acero, etc.
• Manufactura: Materiales como piezas de maquinaria, componentes automotrices, herramientas y cortadores.
• Infraestructura: desempeña un papel importante en la construcción de puentes, ferrocarriles y carreteras.
• Transporte por tuberías: Las tuberías de acero dulce se utilizan ampliamente para transportar agua, gas, etc.

6) Sostenibilidad y reciclaje del acero al carbono

El acero al carbono cumple con los requisitos del desarrollo sostenible gracias a su alta reciclabilidad y renovabilidad. Los materiales de acero al carbono de desecho se pueden reciclar mediante fundición y reprocesamiento, lo que reduce el consumo de recursos y el impacto ambiental.

Como material industrial básico, el acero al carbono desempeña un papel importante en diversos campos. Gracias a la investigación y la mejora continuas de su rendimiento, se garantiza su irreemplazabilidad en la industria moderna. Con el avance de la tecnología y la creciente concienciación sobre la protección del medio ambiente, la producción y el uso del acero al carbono prestarán mayor atención a la eficiencia y la sostenibilidad.

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