Especificación ASTM A105

Qué es la norma ASTM A105?

La norma ASTM A105/A105M es una norma para materiales de acero al carbono forjado, desarrollada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), específicamente para la fabricación de bridas, válvulas, accesorios y otros componentes de alta presión para tuberías.

Ámbito de aplicación:
Las normas ASTM A105 y ASME SA105 abarcan componentes de tuberías de acero al carbono forjado sin costura para sistemas de presión de temperatura normal y alta.

Esta norma se aplica principalmente a diversos accesorios de tubería en sistemas de tuberías, como bridas, codos, tes, reductores, válvulas y otras piezas diversas, y se utiliza ampliamente en conexiones de tuberías y sistemas de transporte en industrias como la petrolera, la química, la energética y la construcción. Se puede solicitar según las dimensiones del cliente o según los estándares de la industria (como las especificaciones MSS, ASME y API), todos ellos incluidos en el ámbito de aplicación.

Temperatura aplicable:
Rango convencional: -29 °C ~ 425 °C
Límite inferior de temperatura: Se requiere una prueba de impacto por debajo de -29 °C (A350 LF2 es más aplicable).
Riesgo de alta temperatura: Puede producirse grafitización a >425 °C; se recomienda utilizar acero al cromo-molibdeno (A182 F11).

Composición química (%):

El material A105 tiene regulaciones de contenido claras para elementos principales como carbono, silicio, manganeso, azufre y fósforo. Sus parámetros clave son los siguientes:

Carbono (C) ≤ 0,35
Silicio (Si): 0,10 ~ 0,35
Manganeso (Mn): 0,60 ~ 1,05
Fósforo (P) ≤ 0,035
Azufre (S) ≤ 0,040

Además. También puede contener cierta cantidad de cobre, níquel, molibdeno, vanadio, cromo y otros elementos según sea necesario.

Propiedades mecánicas:

Resistencia a la tracción ≥ 485 MPa;
Límite elástico ≥ 250 MPa;
Alargamiento tras la fractura ≥ 22 % (longitud calibrada 50 mm);
Contracción seccional ≥ 30 %;
Dureza ≤ 187 HB (Brinell).

Proceso de fabricación:

- Forjado: La relación de forjado suele ser superior a 5. Mediante múltiples procesos de recalcado y embutido, se eliminan defectos como poros y holgura en la materia prima, se refinan los granos y se mejora la densidad y uniformidad de los materiales. La aleación se forja entre 1700 y 2200 grados Fahrenheit, y posteriormente se templa y revene.

Tratamiento térmico: Generalmente, el proceso de tratamiento térmico de normalización y revenido se adopta para eliminar la tensión de forjado, mejorar la estructura del material, optimizar su rendimiento integral y proporcionar un buen estado de organización para su posterior procesamiento y uso.

Excepto para bridas de más de 300 libras, bridas de diseño especial con presión o temperatura de diseño desconocidas, y piezas de más de 4 pulgadas NPS y más de 300 libras, el tratamiento térmico no es obligatorio. Si se requiere tratamiento térmico, se debe utilizar recocido, normalización, normalización y revenido, temple y revenido de normalización, etc.

Escenarios de aplicación típicos:

Petróleo y gas: bridas de tuberías, carcasas de válvulas (clase 150-2500).
Industria energética: sistemas de vapor de media y baja presión (≤425 °C).
Equipos químicos: accesorios de tuberías para medios no corrosivos (como agua, aceite y aire).
Industria general: conectores de entrada y salida de bombas y compresores.

Formas comunes de producto:

Bridas: Bridas para soldadura a tope (WN), bridas para soldadura a encaje (SW), bridas ciegas (BL), etc.
Accesorios: Codos, tes, reductores (deben cumplir con ASME B16.9/B16.11).
Componentes de la válvula: Cuerpo de la válvula, tapa de la válvula.

Normas y certificaciones de apoyo:

Normas de fabricación: ASME B16.5 (bridas), ASME B16.11 (accesorios para tubería para soldadura a encaje).
Certificación especial: NACE MR0175 (resistencia a la corrosión por sulfuro de hidrógeno; se debe controlar el contenido de azufre/fósforo).

Requisitos de inspección y pruebas:

- Inspección del aspecto: La superficie de los accesorios de tubería debe ser lisa, sin defectos como grietas, pliegues, cicatrices, rebabas, etc., y la rugosidad de la superficie debe cumplir con los requisitos de las normas pertinentes.

- Dimensiones y tolerancias: El diámetro exterior, el espesor de pared, la longitud, el ángulo y otras dimensiones de los accesorios de tubería deben cumplir con el rango de tolerancia especificado en la norma para garantizar su intercambiabilidad y sellado durante la instalación y el uso.

- Ensayos de rendimiento físico-químico: Incluyen ensayos de tracción, impacto, dureza, etc., para verificar si el material cumple con los requisitos de rendimiento mecánico especificados en la norma. Asimismo, se pueden realizar ensayos como el análisis de composición química para garantizar que la composición química del material cumpla con los requisitos.

- Ensayos no destructivos: Se suelen utilizar ensayos ultrasónicos, de partículas magnéticas o de penetración para realizar ensayos no destructivos en los accesorios de tubería y detectar defectos como grietas que puedan existir en el interior y la superficie.

Comparación del acero A105 con otros aceros al carbono:

ASTM A105: Acero al carbono forjado de uso general, rentable, comúnmente utilizado en entornos de presión media y baja, no corrosivos. 

ASTM A182 F304: Material de acero inoxidable, resistente a la corrosión y de alta pureza. Se utiliza comúnmente en las industrias química y alimentaria.

ASTM A350 LF2: Excelente tenacidad a bajas temperaturas (-46 °C), comúnmente utilizado en tuberías de GNL y criogénicas.
ASTM A694 F60: Alta resistencia (límite de fluencia ≥ 415 MPa), comúnmente utilizado en tuberías de petróleo y gas de alta presión.

Notas sobre la selección del material A105:

1. Evite el uso a temperaturas excesivas:
Si se utiliza a temperaturas superiores a 425 °C durante un tiempo prolongado, puede producirse grafitización, lo que resulta en una disminución de la resistencia. Se recomienda utilizar A182 F11/F22 (acero al cromo-molibdeno) en su lugar.
Se requiere una prueba de impacto a temperaturas inferiores a -29 °C, y se recomienda utilizar A350 LF2 a temperaturas extremadamente bajas (por ejemplo, inferiores a -46 °C).

2. Entorno corrosivo
Baja resistencia a la corrosión y fácil oxidación. En entornos húmedos, ácidos o con niebla salina, se debe aplicar una capa anticorrosiva o seleccionar acero inoxidable (como ASTM A182 F316).

3. Dureza y resistencia al desgaste insuficientes
La dureza es baja (≤187 HB), lo que no es adecuado para condiciones de alto desgaste (como medios con partículas sólidas). La superficie se raya con facilidad, por lo que es necesario soldar una capa endurecida o utilizar una aleación resistente al desgaste.

4. Proceso de soldadura
Se requiere precalentamiento (aprox. 150 °C) y control de la temperatura entre capas para evitar grietas en frío.

5. Restricciones ambientales especiales
No se cumple la norma NACE MR0175: el entorno con alto contenido de azufre (petróleo y gas ácidos) requiere un control estricto del azufre (S ≤ 0,02 %), y el acero A105 convencional podría no cumplir la norma.

Conclusión:

La norma ASTM A105 es el estándar de oro para bridas y accesorios de tubería de acero al carbono. Gracias a sus buenas propiedades mecánicas y su bajo costo, se ha convertido en el material predilecto para industrias como la petrolera y la energética. Sin embargo, es fundamental seleccionar los materiales con cuidado en entornos de alta y baja temperatura o corrosivos.

Read more: Types and specifications of forged flanges or Stainless steel pipe fittings vs Carbon steel pipe fittings