ASTM A105 Material: Grado, Especificación, Composición

ASTM A105 (ASME SA-105) es la calidad de acero al carbono forjado estándar del sector para componentes de tuberías -bridas, accesorios y válvulas- en los que se requiere una resistencia fiable, soldabilidad y economía para sistemas de presión a temperatura ambiente y elevada. Tiene una composición química equilibrada de baja aleación y propiedades mecánicas predecibles, puede tratarse térmicamente para ajustar la tenacidad y tiene equivalentes internacionales ampliamente aceptados (por ejemplo, los grados EN utilizados en Europa).

Qué es A105 y dónde se aplica

ASTM A105 (a menudo escrito ASME SA-105 cuando se hace referencia en el código de trabajo) es una especificación estándar para piezas forjadas de acero al carbono destinadas a aplicaciones de tuberías - principalmente bridas, accesorios y cuerpos de válvulas utilizados en sistemas de presión a temperatura ambiente y elevada. La norma contempla los límites químicos, las propiedades mecánicas exigidas, los tratamientos térmicos permitidos, los métodos de ensayo y el marcado/identificación. Las piezas forjadas según esta especificación tienen un peso limitado (generalmente hasta 10.000 lb por pieza forjada) y están destinadas a proporcionar un material fiable, aceptado por los códigos, para tuberías de petróleo y gas, petroquímicas, de generación de energía e industriales en general.

Breve guía para compradores y diseñadores

Si necesita un material de acero al carbono forjado, económico y soldable para tuberías de retención de presión que se soldarán, mecanizarán y utilizarán a temperaturas de ambiente a moderadamente elevadas, el A105 es la elección por defecto en muchas regiones. Especifique A105 con cualquier requisito adicional del comprador que necesite (por ejemplo, normalización, pruebas de impacto, prueba hidrostática o azufre/fósforo reducido) y exija Informes de Pruebas de Materiales (MTR) según ASTM A961 cuando sea necesaria la trazabilidad del código. Para servicio a baja temperatura que requiera tenacidad de entalla, considere SA-350 LF2 o especifique A105 con requisitos específicos de ensayos de tenacidad/impacto.

Composición química (límites y significado práctico)

A continuación se presenta una tabla concisa de los límites químicos establecidos por la especificación A105/SA-105, con comentarios prácticos.

(Fuente de la tabla: límites químicos resumidos a partir de la especificación A105 / SA-105 y las fichas técnicas de los materiales de la industria).

Comentario: El A105 es fundamentalmente un acero de forja de bajo contenido en carbono y baja aleación. La especificación permite pequeñas adiciones de elementos de aleación, pero mantiene su suma estrictamente controlada para que el material se comporte como el acero al carbono: buena soldabilidad, forjabilidad predecible y coste económico. La composición química admite las opciones de tratamiento térmico convencionales (recocido, normalizado, temple y revenido), pero no convierte al A105 en un acero de aleación superior, resistente a la corrosión o de fluencia a alta temperatura.

Propiedades mecánicas (requisitos estándar e intervalos típicos)

La norma A105 exige unas prestaciones mecánicas mínimas para garantizar un uso seguro en sistemas a presión. Las propiedades clave (unidades de pulgada-libra comúnmente utilizadas en la compra) son:

Interpretación para diseñadores: El A105 proporciona unos niveles de tracción y fluencia sólidos para los componentes de tuberías forjados; los límites de ductilidad (alargamiento) y dureza garantizan que el material pueda mecanizarse, conformarse y soldarse sin que se produzca fragilidad en el servicio típico de temperatura ambiente a moderadamente elevada.

Tratamiento térmico, práctica de forja y A105 vs A105N

Temperatura de forja y tratamientos térmicos típicos

• Rango típico de temperaturas de forja: alrededor de 900-1250 °C (≈1650-2300 °F) dependiendo de la práctica de forja. El recalentamiento controlado y el procesamiento termomecánico garantizan un flujo de grano adecuado para obtener resistencia y tenacidad.

• Tratamientos térmicos posteriores a la forja permitidos por la especificación: recocido (ablandamiento), normalizado (afinado del grano, aumento de la tenacidad), temple y revenido (aumento de la resistencia/tenacidad), u otros revenidos según se especifique. A menudo, el comprador especifica la secuencia exacta del tratamiento térmico para satisfacer las necesidades del diseño.

A105 vs A105N - qué significa la "N

• A105N (o SA-105N) indica normalización (La designación "N" significa específicamente que la forja se normalizó después de la forja para producir una estructura de grano más uniforme y refinada y, por lo tanto, una mayor tenacidad y propiedades mecánicas más consistentes.

• Diferencia práctica clave: químicamente los límites de base son los mismos, pero A105N es postforjado normalizado/tratado térmicamente y generalmente se prefiere cuando se requiere mayor tenacidad, mejor estructura del grano y propiedades mecánicas más consistentes. Muchos compradores especifican ahora el A105N por defecto porque reduce el riesgo de variabilidad en servicio.

Consejo para el comprador: Si la aplicación implica cargas cíclicas, picos de presión o servicio a baja temperatura, especifique A105N o añada requisitos suplementarios para pruebas de impacto. Para tuberías de uso general a temperatura ambiente, se suele aceptar el A105 normal.

Equivalencias internacionales y referencias cruzadas

Aunque ASTM A105/ASME SA-105 es una norma estadounidense, existen equivalentes internacionales de uso común. La equivalencia es práctica (se comparan las propiedades químicas y mecánicas), pero la verdadera equivalencia debe verificarse con el comprador y la autoridad competente.

Importante: Las tablas de "equivalencias" son un punto de partida. Confirme siempre las gamas químicas, los tratamientos térmicos requeridos y los regímenes de ensayos mecánicos antes de aceptar una forja normalizada extranjera como sustituto de A105 en trabajos codificados.

Notas prácticas de fabricación, soldadura y mecanizado

Mecanizado y fabricación

• El A105 se mecaniza fácilmente en estado normalizado o recocido. El límite de dureza (máx. 187 HBW) ayuda a evitar un desgaste excesivo de la herramienta.

• Para el mecanizado de bridas con tolerancias estrictas, solicite los informes de tratamiento térmico y dureza especificados en MTR.

Soldadura y prácticas de soldadura

• El A105 es de bajo contenido en carbono y tiene buena soldabilidad con alambres de aportación comunes (ER70S-x / E7018, etc.) cuando se aplican tratamientos térmicos de precalentamiento y postsoldadura de acuerdo con los requisitos de espesor y código.

• Para secciones gruesas o servicio crítico, seguir ASME B31.x o la guía del código aplicable para precalentamiento, temperatura entre pasadas y PWHT. Si la tenacidad al impacto es un problema, normalizar antes de soldar o especificar la prueba de impacto.

Protección de superficies y corrosión

• A105 no es resistente a la corrosión. Para entornos corrosivos, especifique revestimientos (epoxi, galvanizado para piezas sin presión donde esté permitido), pintura o elija aleaciones resistentes a la corrosión. Para bridas utilizadas en servicio enterrado, considerar revestimientos protectores y protección catódica.

Inspección, pruebas y certificación

Cuando compre piezas forjadas A105, especifique las pruebas y la documentación que necesita. Requisitos típicos:

• Informes de ensayo de materiales (MTR) - resultados de ensayos químicos y mecánicos trazables a cada lote/calor (ASTM A961 suele especificarse para la certificación).

• Ensayos de tracción y dureza - según la norma.

• Inspección macroscópica/visual - para revelar lagunas o grietas de forja.

• NDE (si lo requiere el comprador) - UT o RT para piezas de presión crítica, partícula magnética o colorante penetrante para defectos superficiales.

• Pruebas de impacto (Charpy V-notch) - sólo si el comprador lo especifica (A105 por defecto no requiere ensayo de impacto para todas las piezas forjadas; para servicio a baja temperatura especificar SA-350 LF2 o añadir el requisito suplementario).

• Pruebas hidrostáticas - obligatorio sólo si se especifica (ASTM A961 Supplemental S57 describe los requisitos de ensayo hidrostático para piezas forjadas).

Ejemplos de cláusulas de especificación para incluir en la orden de compra (PO):

• "Material: ASTM A105 / ASME SA-105, normalizado (A105N) según los requisitos del comprador".

• "Certificación: MTR completo según ASTM A961, incluida la trazabilidad del número de colada".

• "Suplemento: Pruebas Charpy de entalladura en V a -20 °F (o temperatura especificada) para válvulas y accesorios."

• "NDE: Prueba ultrasónica según el plan NDE del comprador para piezas que mantienen la presión".

Aplicaciones típicas y lista de selección

Aplicaciones típicas

• Bridas con cuello para soldar, deslizantes y ciegas para sistemas de tuberías

• Cuerpos de válvulas (compuerta, globo, retención) y componentes del bonete

• Accesorios forjados (tes, codos, reducciones) utilizados en tuberías de petróleo y gas, petroquímicas, de refino, centrales eléctricas e industriales en general.

Lista de control para la selección de ingenieros

1. Temperatura y presión de funcionamiento - confirman que A105 cumple las tensiones admisibles del código de diseño a temperatura de funcionamiento.

2. ¿Servicio a baja temperatura? - en caso afirmativo, exigir pruebas de impacto o una aleación alternativa.

3. ¿Entorno corrosivo? - en caso afirmativo, se requiere una protección adicional de la superficie o una mejora de la aleación.

4. Soldadura / operaciones posteriores a la soldadura - especificar precalentamiento/PWHT si es necesario.

5. Trazabilidad y pruebas - requieren MTR y cualquier NDE suplementario.

6. Estado del material (A105 frente a A105N) - especificar la normalización/tratamiento térmico cuando se requiera una tenacidad uniforme.

7. Límites de peso - las piezas forjadas de más de ~10.000 lb pueden no estar cubiertas por la norma A105; consulte especificaciones alternativas (A266, etc.).

Pedidos, marcado y requisitos suplementarios del comprador

Lenguaje recomendado para la OP (conciso)

• Material: ASTM A105 / ASME SA-105, última revisión.

• Tratamiento térmico: Normalizado y revenido (A105N) O como forjado con recocido según PO.

• Certificación: MTR según ASTM A961; informe de ensayo que incluya número de colada, análisis químico, resultados de tracción y dureza.

• END: inspección por ultrasonidos de las superficies críticas que retienen la presión; tintes penetrantes en los orificios mecanizados.

• Marcado: Número de colada, especificación del material e identificación del fabricante estampados en cada forja.

Marcas típicas de las piezas forjadas

• Logotipo del fabricante

• Número térmico (trazable a MTR)

• Especificación del material (por ejemplo, A105 o SA-105)

• Talla o código de pedido especial

Comportamiento de la corrosión, límites de temperatura y modos habituales de fallo

• Corrosión: El A105 es acero al carbono y se corroe en ambientes húmedos o agresivos. En medios corrosivos, utilice revestimientos e inhibidores o cambie a aceros inoxidables o aleados.

• Temperatura de servicio: Adecuada para temperaturas ambiente y moderadamente elevadas. Para problemas de fluencia a alta temperatura, seleccione una aleación diseñada para temperaturas elevadas sostenidas.

• Modos de fallo a vigilar: agrietamiento por corrosión bajo tensión en entornos clorados (poco frecuente para el acero al carbono, pero posible en determinadas condiciones químicas/de estrés), agrietamiento por fatiga debido a cargas cíclicas, fractura frágil si se utiliza por debajo de la temperatura prevista sin pruebas de impacto: especifique las condiciones que deben evitarse.

Tablas de consulta rápida (hojas de bolsillo para ingenieros)

Cuadro A - Resumen (rápido)

Tabla B - Cuándo elegir A105 frente a alternativas

Preguntas prácticas sobre compras y proveedores

• P: ¿Hay barras en bruto disponibles en A105? No - La norma A105 se refiere a piezas forjadas; las barras en bruto suelen suministrarse de acuerdo con otras especificaciones. Algunos componentes mecanizados a partir de barras pueden permitirse solo si el fabricante puede demostrar que se han realizado pruebas químicas y mecánicas equivalentes según la norma.

• P: ¿Es magnético el A105? Sí, al igual que otros aceros al carbono, el A105 es ferromagnético.

• P: ¿Puede tratarse térmicamente el A105 para aumentar su resistencia? Puede templarse y revenirse, pero los talleres de forja suelen producir piezas forjadas con el tratamiento térmico postforja deseado especificado por el comprador. Consultar con el fabricante las propiedades que se pueden conseguir.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre ASTM A105 y ASME SA-105?
   Son esencialmente la misma especificación - ASME SA-105 es el formato y la designación utilizados en las publicaciones del código ASME; el contenido está alineado con ASTM A105 (identificar los años exactos de revisión en el PO).

2. ¿Requiere la norma A105 ensayos de impacto (Charpy)?
   No por defecto. La prueba de impacto es un requisito suplementario del comprador. Para servicio a baja temperatura, exija pruebas de impacto o utilice SA-350 LF2.

3. ¿Qué significa A105N?
   La "N" indica tratamiento térmico de normalización (A105N), que proporciona una estructura de grano refinada y una mayor tenacidad en comparación con el A105 tal como se forja.

4. ¿Qué documentación debo exigir con un forjado A105?
   MTR completo (ASTM A961), trazabilidad del número de colada, informes de pruebas de tracción y dureza, y cualquier prueba NDE o hidrostática requerida por el PO.

5. ¿Es el A105 adecuado para el servicio criogénico?
   No - para el servicio criogénico o subambiental se necesitan materiales con tenacidad al impacto garantizada a la temperatura requerida (por ejemplo, aceros de la serie LF o aleaciones específicas de baja temperatura).

6. ¿Qué diferencia hay entre las bridas A105 y las bridas inoxidables?
   El A105 es mucho menos resistente a la corrosión, pero mucho más barato. Utilice acero inoxidable cuando necesite resistencia a la corrosión o las condiciones del proceso lo exijan.

7. ¿Pueden utilizarse las piezas forjadas A105 para líneas de vapor de alta presión/alta temperatura?
   Se utilizan en muchas aplicaciones de vapor y centrales eléctricas, pero confirman las tensiones admisibles a la temperatura de funcionamiento según el código de presión vigente (ASME, API, etc.).

8. ¿Dureza típica de A105?
   La especificación limita la dureza Brinell a ≤ 187 HBW. Esto ayuda a garantizar la maquinabilidad y evita microestructuras frágiles.

9. ¿Cuáles son los fallos habituales de los componentes A105?
   Fisuras por fatiga debidas a cargas cíclicas, fugas inducidas por la corrosión si no están protegidos y fractura frágil si se utilizan por debajo de la tenacidad de entalla prevista sin someterlos a pruebas.

10. ¿Existen sustitutos normalizados del A105 en Europa?
    Los ingenieros suelen hacer referencia a los grados EN 10222-2 / P (por ejemplo, la familia 1.0460 / P250GH) como aceros de forja similares, pero es obligatorio realizar una comprobación cruzada completa de la química, la mecánica y el tratamiento térmico.

Ejemplo práctico de cláusula de contratación (copiar/pegar)

Material: ASTM A105 / ASME SA-105, última revisión.
Tratamiento térmico: Normalizar (A105N) a menos que se indique lo contrario.
Certificación: Suministrar el Informe de Ensayo del Fabricante (MTR) según ASTM A961 con trazabilidad del número de colada y resultados de los ensayos de análisis químico, tracción y dureza.
NDE/Pruebas: Prueba ultrasónica en los elementos que retienen la presión; prueba hidrostática e impacto Charpy a -20 °F como requisitos suplementarios (si se especifica).
Marcado: Cada forja se estampará con la identificación del fabricante, el número de colada y la designación del material.

Notas prácticas finales para MWAlloys

Si usted es el proveedor, como en el caso de MWAlloys, asegúrese de que sus registros de laminación y forja están organizados para poder suministrar MTR completos y mostrar los resultados de las pruebas calor por calor. Sea explícito sobre si las piezas forjadas se entregan como forjado, normalizado o templado y revenidoy ofrezca opciones de mecanizado y tratamiento superficial para accesorios de tuberías y bridas. Para los clientes de exportación, identifique siempre las referencias cruzadas de las normas (EN/JIS) que pueda igualar y confirme cualquier prueba adicional esperada por los códigos de importación.

Referencias autorizadas

• ASTM A105 / A105M - Especificación estándar para piezas forjadas de acero al carbono para aplicaciones de tuberías (ASTM)
• ASME SA-105 / SA-105M - Piezas forjadas de acero al carbono (ASME / BPVC Sección II A, copia)
• EN 10222-2:2017+A1:2021 Piezas de acero forjadas para aparatos a presión (Norma europea, muestra).