Conversión de Grados de Acero ASTM: Guía Práctica para Diseñadores

Especificación de acero para fabricación en el extranjero

Al fabricar en el extranjero, los diseñadores norteamericanos pueden necesitar navegar diferencias de idioma hablado. La especificación de ingeniería también es un lenguaje, y las normas estándar para materiales y procesos se definen de manera diferente en cada país. Para un diseñador novel, los grados de acero pueden parecer simples, donde el acero inoxidable 316 es un material y el hierro fundido otro, pero existen variaciones dentro de cada una de estas categorías de metales. Abundan rumores sobre personas que reciben aceros de mala calidad de otras jurisdicciones. Esto deja a algunos diseñadores preguntándose si hay algo intrínseco en las normas oficiales de otros países que pueda llevar a estas quejas.

Las normas internacionales no se traducen metal por metal como lo harían las palabras. Al convertir de una norma a otra, es casi imposible encontrar composiciones idénticas para un tipo de metal dado. La pregunta es: ¿se puede encontrar un equivalente? Esto puede ser confuso, ya que cada grado de metal nombrado tiene su propia química y directrices de producción.

Para personas sin formación en materiales, estas diferencias pueden hacer que la compra de metal fabricado en el extranjero parezca arriesgada, como pedir una imitación inferior. Sin embargo, la calidad de los grados de acero es tan buena, país a país. Entender qué hace una norma o especificación de acero puede ayudar a una empresa norteamericana a navegar la producción en el extranjero.

Grados de acero explicados

Las aleaciones metálicas son mezclas de diferentes proporciones de elementos. Una norma incluye la química, o "receta" de la aleación, documentando qué elementos diferentes deben fundirse en ella. También pueden darse instrucciones específicas sobre temperatura de fusión, enfriamiento y tratamiento.

Las normas publicadas también registran las propiedades mecánicas de un metal especificado. Si se ha fabricado correctamente, un metal no solo debe tener el análisis químico correcto, sino también rendir dentro del rango correcto en pruebas mecánicas.

Los aceros contienen hierro y carbono. Las normas para cada grado de acero especifican las proporciones en peso de cada uno de estos elementos, así como de cualquier elemento adicional aleado con ellos. Estas adiciones pueden crear diferentes características: por ejemplo, el cromo está presente en el acero inoxidable para ayudar a prevenir la oxidación.

En la mayoría de las normas de metales de consumo, las proporciones de cada elemento se dan en un rango aceptable, en lugar de un número preciso. Por ejemplo, el acero ASTM 1050 recibe ese nombre porque contiene aproximadamente 0,50 % de carbono en peso. Sin embargo, la tolerancia para el porcentaje de carbono en la norma ASTM 1050 es 0,48-0,55 %. Una especificación japonesa similar establece el carbono entre 0,47-0,53 % y permite silicio y otros elementos traza, mientras que la norma ASTM no lo hace.

Las especificaciones de acero a menudo proporcionan rangos para carbono, manganeso, silicio, fósforo, azufre, cromo, níquel y molibdeno, y ninguna establece rangos idénticos para cada elemento. Es por esto que las normas de acero de diferentes organizaciones no son coincidencias precisas: las tolerancias simplemente se superponen. Si un acero especifica menos de 0,007 % de contenido de azufre, y otro permite hasta 0,040 %, ¿son aceros diferentes? Los pequeños cambios no importan en muchas situaciones, pero pueden ser relevantes según el uso previsto del metal.

No es solo la química, sino también el procesamiento, lo que cambia el comportamiento de un metal. El metal es cristalino y forma microestructuras de grano al enfriarse. La química, la fusión, el enfriamiento y el tratamiento térmico pueden cambiar el grano del metal. Esto influye directamente en la resistencia a la tracción, la dureza y la fragilidad. Por tanto, la especificación del acero también puede incluir los pasos de producción necesarios para crear microestructuras particulares, incluyendo granos de martensita, austenita o ferrita.

Al hacer una sustitución entre una norma y otra, un metalúrgico o ingeniero calificado evaluará grados comparables basándose en las propiedades mecánicas. El ingeniero considera qué necesita hacer el producto final y en qué condiciones. Usando su comprensión de la química, la carga de trabajo esperada y el conocimiento de las condiciones en las que funcionará el producto, pueden encontrar un acero para los requisitos del producto en cualquier norma. Todas las normas de acero reconocidas generalmente tienen un rigor equivalente, lo que hace posible esta traducción.

No es una diferencia en las normas publicadas la fuente de metales extranjeros de mala calidad.

Guía de organizaciones de normalización

Existen muchas organizaciones de normalización que establecen especificaciones para la fabricación.

En la mayoría de los países, las normas de metal comenzaron cuando las organizaciones de fabricación de metal se reunieron para crear y distribuir un "libro de recetas" para los miembros de su industria.

A medida que avanzaba la Revolución Industrial, esta estandarización pareció tan beneficiosa para la industria que organizaciones paraguas de normalización, que vinculaban diferentes organizaciones relacionadas, comenzaron a surgir.

Por ejemplo, el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) especifica muchos grados de acero; fue la organización de fabricación original en estandarizar el acero en Estados Unidos. Su experiencia, junto con otros organismos interesados en la producción y uso del acero, se utilizó para crear la Norma Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), una organización de normalización más general que crea documentos para producción y pruebas en muchos campos de fabricación relacionados. ASTM no solo especifica acero, sino también otros materiales (metales, plásticos, pinturas) y diversos procedimientos de prueba —desde medir el peso de recubrimientos hasta probar qué tan bien los bolardos protegen contra ataques de vehículos.

También existen organizaciones de alto nivel que no crean sus propias normas, sino que organizan otros cuerpos y acreditan a aquellos que publican documentos de normas completos y rigurosos. ANSI, o el Instituto Nacional de Normas Estadounidenses, acredita a 41 organizaciones especializadas similares a ASTM. Estas van desde coloristas textiles hasta la industria del cuidado de árboles.

ISO, la Organización Internacional de Normalización, es un organismo de normalización internacional que se basa en organismos miembros, uno de cada país, para su experiencia. ANSI es el organismo miembro estadounidense para ISO.

Navegar esta jerarquía de normas puede parecer imposible, pero como tantos lo han hecho antes, metales comparables son conocidos para la mayoría de aleaciones de uso regular.

Ejemplo de organizaciones de normalización que especifican acero

Esta lista no es completa, sino que ha sido elegida para reflejar la complejidad y variación de la normalización en todo el mundo y demostrar las normas que un ingeniero de metales puede encontrar al especificar un producto.

Internacionales

• ISO: Organización Internacional de Normalización
  • Podría parecer que "ISO" es un acrónimo erróneo —¿no debería ser "IOS"? No; ISO no pretende ser un acrónimo. El prefijo "iso" viene del griego, que significa "igual". ISO es una red global de las principales organizaciones de normalización de cada país. ISO ofrece normas para metales separadas pero informadas por organizaciones miembros globales.
• ASTM International: Norma Americana para Pruebas y Materiales
  • ASTM fue originalmente una organización de normas estadounidense pero ahora tiene 12,000 normas en 140 países participantes. ASTM integra las normas de organizaciones industriales más pequeñas (ver AISI y ASME abajo).

Américas

• AISI: Instituto Americano del Hierro y el Acero
  • Iniciado en 1855 como la Asociación Americana del Hierro para "tomar medidas adecuadas para avanzar los intereses del comercio en todas sus ramas", AISI fue una de las primeras en proporcionar normas norteamericanas para diversas líneas de productos de acero.
• ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos
  • Los ingenieros mecánicos fundaron esta organización en 1880. En 1905, una explosión de caldera hizo que ASME comenzara a buscar la creación de normas para salvaguardar y prevenir tragedias similares. Las normas de acero son importantes para ASME ya que las propiedades de los materiales determinan cargas de trabajo seguras.
• ANSI: Instituto Nacional de Normas Estadounidenses
  • ANSI es la organización paraguas de alto nivel que proporciona supervisión en EE. UU., y es el organismo miembro estadounidense para ISO. Formada en 1918, gestiona las normas de consenso voluntario para productos, servicios, procesos, sistemas y personal en EE. UU.
• CSA Group: Asociación Canadiense de Normalización
  • La Asociación Canadiense de Normalización especifica acero en Canadá. Se formó en 1919 cuando la industria descubrió que la incapacidad de comunicarse fácilmente dificultaba que las empresas canadienses respondieran lo suficientemente rápido al esfuerzo de guerra. Estandarizar procesos industriales hizo posible que la industria fusionara la producción de una manera nunca antes intentada. CSA trabaja a nivel industrial, pero existe un organismo superior, el SCC o Consejo de Normas de Canadá, que es el equivalente a ANSI. En Canadá, es una corporación pública, no privada.
• DGN: Dirección General de Normas
  • Esta organización de normalización es el organismo miembro mexicano de ISO. Es una agencia gubernamental en lugar de voluntaria, creando normas y ejerciendo los poderes y regulaciones de varios departamentos gubernamentales.

Europa

Europa tiene tres organismos paraguas: CEN, CENELEC y ETSI. En especificación de acero, es más común encontrarse con los siguientes:

• DIN: Instituto Alemán de Normalización
  • Fundado por primera vez como organización de normas industriales en 1917, DIN fue refundado como organización de normas importante en los años 20. Es el organismo miembro de ISO para Alemania.
• BSI Group: Institución Británica de Normas
  • BSI fue el primer organismo nacional de normas del mundo, formado en 1901. Una de sus primeras especificaciones fue para el acero a utilizar en tranvías, para garantizar seguridad y durabilidad. Es uno de los fundadores de ISO y el organismo miembro británico para esa organización.

Asia

• JISC: Comité Japonés de Normas Industriales
  • JISC es el organismo miembro japonés de ISO y mantiene las JIS, o Normas Industriales Japonesas, establecidas durante la Segunda Guerra Mundial para simplificar la producción de materiales. En 1949 se promulgaron leyes para crear la base legal de las JIS.
• GB: Guobiao
  • La Administración de Normalización de China (SAC) es el organismo miembro para ISO. Las normas que emite se conocen como GB o normas Guobiao. Estas son la base para pruebas y certificación de productos en China.

Especificación en la práctica

A través de todas estas especificaciones, a menudo existen sustituciones claras para aleaciones de uso común. El acero ASTM 1050 mencionado anteriormente podría sustituirse por GB#50 o JIS S 50 C. Para cada especificación, hay pequeñas variaciones en la química. Un ingeniero con conocimiento de la aplicación puede aconsejar si estas diferencias serán un problema para el producto final.

En la mayoría de los casos, lo que realmente cambia no es el metal, sino el papeleo. Incluso si las normas son ligeramente diferentes, el material que resulta al final será casi el mismo. En esto, especificar metal es un poco como mezclar colores de pintura, en los que se añaden adiciones medidas de pigmento a una pintura base. Dos colores casi idénticos serán llamados con nombres diferentes por diferentes fabricantes y tendrán tolerancias de pigmento variables. Además, cada lote mezclado de pintura puede ser mínimamente diferente del anterior. Aun así, los expertos saben qué sustituciones pueden hacerse entre fabricantes, y un verde neón nunca se confundirá con un rojo rubí.

De manera similar, un metalúrgico sabrá qué significa "suficientemente cercano". Al diseñar un producto, los ingenieros incluirán un factor de seguridad. Esto significa que sobrediseñan el producto, para que el material pueda soportar fuerzas mayores que aquellas para las que están calificados (un factor de seguridad típico cuando hay vidas humanas en juego es un factor de cinco). Este factor de seguridad es generalmente al menos un orden de magnitud mayor que las ligeras variaciones en propiedades mecánicas que existen entre normas, por lo que las variaciones no se convierten en preocupaciones de diseño.

Las excepciones son en aplicaciones militares y aeroespaciales, donde la tolerancia a la varianza es mucho, mucho menor. Incluso un ligero cambio en las propiedades mecánicas puede ser desastroso. Para estos casos, la misma norma debe aplicarse siempre rigurosamente.

Comprador precavido —en cualquier jurisdicción

El papeleo es bastante fácil de hacer. Las normas no son tan diferentes, ni tan laxas, como para ser las razones de los rumores sobre el acero extranjero.

Lo que más importa es el control de calidad dentro de la fábrica. El buen acero debe estar libre de inclusiones, ser consistente en toda su extensión y tener defectos muy menores y mayormente superficiales. En fundición, hay muchos lugares donde un grado de acero bien especificado podría fabricarse mal: material de entrada, edad y mantenimiento de los hornos, tiempo en caliente, desescoriado, la artesanía del modelo y el cuidado durante el vertido contribuyen al éxito del producto fabricado.

El mal acero puede producirse en cualquier especificación, si no se fabrica con cuidado.

Hacer el papeleo no es casi tan importante como asegurarse de que un fabricante produce calidad con el debido cuidado y atención. Esta es una de las razones por las que el acero de otras jurisdicciones puede ganar mala fama. Al pedir desde lejos, no visitar la fábrica puede significar perderse esas pistas que sugieren que un fabricante es descuidado en su trabajo. Si el fabricante está al otro lado del mundo en lugar de a la vuelta de la esquina, esto es más difícil de evaluar.

Sin embargo, los viajes de negocios hacen el mundo mucho más pequeño que antes. Las relaciones y la supervisión a lo largo de la cadena de suministro son tan importantes en una economía global como en una local. Conocer a la gente y aprender quiénes son, examinar lo que valoran en su negocio, marca la diferencia al buscar al proveedor adecuado. La garantía de calidad en ambos extremos es importante, para monitorear las variaciones que puedan ocurrir durante una producción.

Como en tantos aspectos del negocio, el problema es humano. Las normas y la automatización son importantes, pero no sustituyen el buen juicio y el compromiso con la excelencia. Al final, la calidad del acero es producto del cuidado y la atención en la fabricación, sea cual sea la jurisdicción donde se fabrique.

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