Selección de materiales para tubos cuadrados y rectangulares

La elección del material para tubos cuadrados y tubos rectangulares determina directamente su rendimiento y precio. Los materiales más comunes incluyen acero al carbono, acero de baja aleación y acero inoxidable. La selección del material para tubos cuadrados y rectangulares depende de la aplicación específica y los requisitos del proceso. Este artículo analiza los tipos de materiales comunes para tubos cuadrados y rectangulares y las consideraciones clave para su selección.

Tipos de Materiales Comunes para Tubos Cuadrados y Rectangulares:

1. Acero al Carbono

Este es el tipo más común y de menor costo, utilizado para estructuras generales y componentes no críticos.

Q235: El acero estructural al carbono más utilizado en China, ampliamente utilizado en construcción, mecanizado y otros campos. La designación "Q" representa el límite elástico, y la designación "235" indica un límite elástico de al menos 235 MPa.
Q195 / Q215: De menor resistencia y precio que el Q235, se utilizan para estructuras ligeras y decorativas con requisitos más bajos.

ASTM A36: 

El acero estructural al carbono más utilizado en la norma estadounidense, con un límite elástico de 250 MPa (aproximadamente 36 ksi), equivalente al grado Q235 de China, pero con requisitos de composición química ligeramente diferentes.

2. Acero de baja aleación y alta resistencia

La adición de una pequeña cantidad de elementos de aleación al acero al carbono aumenta significativamente su resistencia y se utiliza en estructuras de carga críticas.

Q355 (anteriormente conocido como Q345): El acero estructural de alta resistencia más popular de China, con un límite elástico ≥355 MPa. Ofrece un excelente rendimiento general, alta resistencia y soldabilidad. Es un material para pilares de estructuras de acero, puentes y vehículos.

Normas internacionales correspondientes:
Normas americanas: ASTM A500 Grado B/Grado C (específicamente para tubos estructurales como tubos cuadrados y rectangulares), o ASTM A572 Grado 50.

Europa: S355 (norma EN 10219). 

Q390, Q420, Q460:

Aceros de alta resistencia de mayor calidad, utilizados para estructuras con cargas más pesadas, como grandes estadios, rascacielos y maquinaria pesada.

3. Acero estructural al carbono de alta calidad

Acero 20#(AISI 1020):
Acero de bajo carbono de alta calidad, con un contenido de carbono aproximado del 0,20 %. Es el acero de bajo carbono más clásico y comúnmente utilizado. Su resistencia es comparable a la del Q235, pero ofrece mayor plasticidad y tenacidad, además de una composición más pura.

Se utiliza principalmente para ejes, pernos y componentes estructurales. El número representa el contenido promedio de carbono en partes por mil.

4. Acero inoxidable

Se utiliza en entornos que requieren resistencia a la corrosión, higiene o estética.

304 (0Cr18Ni9):
El acero inoxidable 304 es el más utilizado, ofreciendo excelente resistencia a la corrosión, resistencia al calor y rendimiento a bajas temperaturas.
Aplicaciones: Equipos de alimentación, electrodomésticos, dispositivos médicos, decoración de exteriores y entornos costeros.

304L (00Cr19Ni10):
Una versión ultra baja en carbono del acero inoxidable 304, ofrece mayor resistencia a la corrosión intergranular y es adecuada para componentes que no pueden ser tratados térmicamente después de la soldadura.

316 (0Cr17Ni12Mo2):
El acero inoxidable 316 tiene molibdeno añadido, lo que ofrece mayor resistencia a las picaduras, a los ácidos y a los álcalis que el acero inoxidable 304, lo que lo hace especialmente adecuado para entornos químicos y marinos.

201/202:
El acero inoxidable ahorrador de níquel tiene baja resistencia a la corrosión y se oxida fácilmente, pero es económico. Se utiliza principalmente en decoración de interiores, donde la resistencia a la oxidación no es un requisito importante.

Puntos clave a considerar al seleccionar el material adecuado para tubos cuadrados:

1) Identificar el entorno de uso previsto

1. Ambientes interiores secos: Como muebles de oficina y estanterías interiores. Se requiere una resistencia mínima a la corrosión. Elija acero al carbono común (como Q235) con pintura estándar o galvanizado electrolítico.
2. Ambientes atmosféricos exteriores: como barandillas y toldos de edificios. Estos deben resistir la exposición a la luz solar y la lluvia. Elija galvanizado por inmersión en caliente, acero de alta resistencia (como Q355) o acero corten.
3. Ambientes costeros/con alta humedad: como instalaciones costeras y componentes de barcos. Estos son altamente corrosivos. Elija galvanizado por inmersión en caliente con pulverización de plástico o acero inoxidable (como 304 o 316).

4. Ambientes químicamente corrosivos: como plantas químicas y plantas de galvanoplastia. Elija acero inoxidable (preferiblemente 316L) o una aleación especial según el medio corrosivo específico. 

5. Ambientes de alta y baja temperatura: como cámaras frigoríficas y tuberías de calefacción. Considere la tenacidad a baja o alta temperatura del material y seleccione un grado de acero de aleación adecuado.

2) Determinar los requisitos de las propiedades mecánicas

Determinar el grado de resistencia del material en función de la carga de diseño de la estructura.

1. Estructuras generales, tanto portantes como no portantes: como decoraciones y cubiertas protectoras. Q235 o A36 son opciones económicas.
2. Estructuras portantes importantes: El acero de alta resistencia es esencial, como vigas y columnas de edificios, estructuras de equipos y chasis de vehículos.
3. Estructuras sujetas a cargas dinámicas o de impacto: Seleccionar acero con buena tenacidad y un buen valor de energía de impacto (Akv), como plumas de grúa y maquinaria de construcción.

3) Evaluar los requisitos de procesamiento

El material necesitará ser soldado o doblado?
Soldabilidad: Para estructuras que requieren mucha soldadura, elegir acero con bajo equivalente de carbono (Ceq). El equivalente de carbono (Ceq) es un indicador clave de la soldabilidad del acero. Cuanto mayor sea el Ceq, mayor será la susceptibilidad al agrietamiento en frío y mayor la complejidad del proceso.
Rendimiento de doblado en frío: El material debe presentar buena ductilidad y tenacidad.

4) Cumplimiento de normas y regulaciones

Estándares industriales: Industrias como la construcción, puentes y recipientes a presión tienen estándares de materiales obligatorios que deben cumplirse.
Estándares internacionales: Si el producto se exporta, debe cumplir con los estándares del mercado de destino, como ASTM A500 en Estados Unidos y EN 10219 en Europa.
Requisitos de certificación: Ciertas industrias (como la construcción naval y la energía nuclear) pueden requerir una certificación específica del material (como la certificación de una sociedad de clasificación).

5) Equilibrio entre costo y presupuesto

Precio unitario del material: Acero inoxidable > Acero corten > Acero aleado > Acero al carbono ordinario.

Comparación de costos:
Costo inicial: El acero al carbono ordinario con tratamiento anticorrosivo puede ser más económico que el acero inoxidable.
Costo de mantenimiento: El acero inoxidable o acero corten prácticamente no requiere mantenimiento, mientras que el acero al carbono ordinario requiere pintura y mantenimiento regulares. En aplicaciones de difícil mantenimiento (como estructuras a gran altitud), resulta más económico optar por materiales de alta gama.
Costo de procesamiento: El acero de alta resistencia o el acero inoxidable pueden requerir procesos de soldadura y herramientas especializados, lo que aumenta los costos de procesamiento.

6) Aspecto y requisitos estéticos

Estructuras visibles: Si el tubo cuadrado está expuesto y la estética es importante, como en barandillas de centros comerciales o componentes decorativos, elija acero inoxidable, tubos galvanizados y plastificados, o acero corten con un acabado superficial sofisticado.
Estructuras ocultas: Para estructuras internas, basta con un tratamiento antioxidante básico (como una imprimación).

Cómo calcular el peso de los tubos cuadrados?

Calcular el peso de los tubos cuadrados es crucial para el cálculo de costos, el diseño estructural y la logística.

Fórmula de cálculo:
Peso por unidad de longitud (kg/m) = [(Circunferencia) × Espesor de pared × 7,85] / 1000
El principio es [Volumen × Densidad], donde la densidad del acero es de 7,85 g/cm³.

Herramientas prácticas y peso real:
Tabla de pesos teóricos: Casi todos los proveedores de acero proporcionan una tabla de pesos teóricos para tubos cuadrados. Puede consultar la tabla directamente según las especificaciones.
Calculadoras en línea: Existen numerosas calculadoras de peso de acero gratuitas disponibles en línea; simplemente introduzca las dimensiones para obtener el resultado.

Nota:
El peso calculado es teórico. El peso real puede variar ligeramente debido a los procesos de fabricación y las tolerancias.

Las compras y la liquidación generalmente se basan en el peso real, pero el peso teórico es una base importante para la elaboración de presupuestos y el diseño.

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