20# vs 25# – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las designaciones 20# y 25# son comunes en varias normas regionales (especialmente en la norma china GB/GB/T) para identificar aceros al carbono de uso frecuente en ingeniería general, ejes, elementos de fijación y estructuras soldadas. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre ambos: un material más económico y dúctil frente a un acero con un contenido de carbono ligeramente superior que ofrece mayor resistencia y durabilidad. La elección suele estar condicionada por la capacidad de carga requerida, las necesidades de conformado o soldadura, la maquinabilidad y las limitaciones presupuestarias.

La principal diferencia entre los aceros 20# y 25# radica en su contenido de carbono y las consecuencias metalúrgicas de dicha diferencia, que determinan la resistencia, la ductilidad y la templabilidad. Dado que ambos grados son químicamente simples (aceros de baja aleación o aceros al carbono), los diseñadores los comparan directamente al especificar el material para piezas donde se debe equilibrar la resistencia y la tenacidad con la facilidad de fabricación.

1. Normas y designaciones

• GB / GB/T (China): 20# (también escrito como 20G en algunos contextos), 25# (25G, etc.) — aceros al carbono simples utilizados para fines estructurales y mecánicos generales.
• JIS (Japón): Comparable a los grados JIS-SC o SCr dependiendo de la química exacta y el uso previsto, pero la correspondencia directa uno a uno no es exacta.
• ASTM/ASME (EE. UU.): No existe un grado ASTM directo con la notación “#”; los aceros comparables serían aceros dulces de bajo carbono como A36 o AISI 1020/1025 dependiendo de los niveles exactos de C y Mn y los requisitos de propiedades.
• EN (Europa): Los grados equivalentes se clasifican en aceros estructurales no aleados, como las familias S235/S275, según los niveles de propiedades mecánicas.
• Clasificación: Tanto el acero 20# como el 25# son aceros al carbono simples (no inoxidables, no de alta resistencia y baja aleación) en la práctica típica; no son aceros para herramientas, aceros inoxidables ni HSLA en sus formas estándar.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	Peso típico 20# (rango aproximado)	Peso típico 25# (rango aproximado)
C (Carbono)	0,17 – 0,24 % en peso	0,22 – 0,30 % en peso
Mn (manganeso)	0,25 – 0,60 % en peso	0,25 – 0,70 % en peso
Si (silicio)	≤ 0,35 % en peso (a menudo 0,02–0,30)	≤ 0,35 % en peso (a menudo 0,02–0,30)
P (Fósforo)	≤ 0,035 % en peso (máx.)	≤ 0,035 % en peso (máx.)
S (Azufre)	≤ 0,035 % en peso (máx.)	≤ 0,035 % en peso (máx.)
Cr (Cromo)	usualmente ≤ 0,30 % en peso	usualmente ≤ 0,30 % en peso
Ni (níquel)	traza / no especificado	traza / no especificado
Mo, V, Nb, Ti, B, N	No se ha añadido intencionadamente a las calificaciones estándar; posibles niveles traza.	igual que 20#

Notas: Los valores son rangos típicos que se encuentran en las especificaciones comunes de estilo GB y en la práctica de los fabricantes. Los límites exactos y los elementos adicionales varían según la norma, el fabricante y si el producto está destinado a forja, tratamiento térmico o servicio especial.

Cómo afecta la aleación a las propiedades - Carbono: Principal factor determinante de la resistencia y la dureza. Un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia a la tracción, el límite elástico y la dureza, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. - Manganeso: Mejora la templabilidad, la resistencia a la tracción y desoxida el acero. El manganeso también contrarresta en cierta medida la fragilización por azufre. - Silicio, Cr, Ni, Mo: Cuando están presentes en pequeñas cantidades, modifican la templabilidad y la tenacidad; en estos grados, generalmente se encuentran en niveles bajos y no constituyen la estrategia principal de endurecimiento. - Impurezas (P, S): Se mantienen bajas para preservar la tenacidad y la resistencia a la fatiga; el azufre puede mejorar la maquinabilidad si se eleva intencionalmente en variantes de corte libre.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas en estado laminado: - 20#: Predominantemente ferrita con perlita dispersa. Un menor nivel de carbono implica una mayor fracción de matriz ferrítica y una microestructura más blanda y dúctil. - 25#: Mayor fracción de perlita en comparación con 20#, lo que produce una estructura lamelar más fina cuando se enfría en condiciones similares; mayor densidad de dislocaciones después de la deformación.

Respuesta al tratamiento térmico: - Normalización: Ambos grados responden a la normalización con un refinamiento del grano; el grado 25# producirá una mayor fracción de volumen de perlita y una resistencia algo mayor después de la normalización en comparación con el grado 20#. Temple y revenido: Debido a que ambos son aceros al carbono de baja aleación, su templabilidad es limitada. El acero 25# alcanza una mayor dureza tras el temple que el acero 20# con una severidad de temple equivalente, debido a su mayor contenido de carbono; sin embargo, ninguno alcanza la templabilidad de los aceros de aleación media sin adiciones de aleación. - Procesamiento termomecánico: El laminado controlado y el enfriamiento acelerado pueden aumentar la resistencia y refinar la microestructura; el acero 25# normalmente alcanzará niveles de resistencia más altos a través de dicho procesamiento, pero con cierta pérdida de ductilidad.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	Típico 20# (en rollo/normalizado)	Típico 25# (en rollo/normalizado)
Resistencia a la tracción (MPa)	~350 – 500 MPa (rango de trabajo típico)	~400 – 560 MPa (más alto en promedio)
Límite elástico (MPa)	~215 – 315 MPa	~245 – 370 MPa
Alargamiento (%)	~26 – 40%	~18 – 30% (reducido respecto a 20#)
Resistencia al impacto (J, cualitativa)	Generalmente bueno a temperatura ambiente; mejor resistencia a bajas temperaturas que el de 25#.	Bueno a temperatura ambiente; inferior a 20# en condiciones procesadas de forma similar
Dureza (HB)	~110 – 160 HB	~130 – 180 HB

Notas: Estos son rangos representativos para condiciones laminadas en caliente o normalizadas. Los valores específicos dependen de la composición química exacta, el espesor de la sección y el procesamiento térmico/mecánico. El acero de grado 25# suele ser más resistente y duro debido a su mayor contenido de carbono y perlita, mientras que el de grado 20# suele ser más dúctil y tenaz en condiciones comparables.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros al carbono está controlada principalmente por el contenido de carbono y la templabilidad. Un mayor contenido de carbono aumenta el riesgo de formación de martensita dura y quebradiza en la zona afectada por el calor (ZAC), incrementando así la susceptibilidad al agrietamiento en frío.

Fórmulas de evaluación útiles (orientación cualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM (más conservador): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: - El acero 20# (C más bajo) normalmente mostrará valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ más bajos que el acero 25#, lo que implica una soldabilidad más fácil, menores requisitos de precalentamiento y menor riesgo de agrietamiento de la ZAT. - La soldadura de 25# (C más alta) a menudo requiere una práctica de soldadura más cuidadosa: precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas y tratamiento térmico posterior a la soldadura en aplicaciones críticas, especialmente para secciones más gruesas. La microaleación puede aumentar la templabilidad incluso con un bajo contenido total de aleación; dado que ambos grados son generalmente de carbono simple, los efectos de la aleación son limitados en comparación con los aceros HSLA.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el acero inoxidable 20# ni el 25# son inoxidables; su resistencia a la corrosión es similar y deficiente en comparación con los aceros inoxidables. Las estrategias de protección incluyen pintura/recubrimiento, galvanizado en caliente, electrodeposición, aceitado o imprimaciones anticorrosivas.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables, pero la fórmula para la comparación con aceros inoxidables es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota de selección: Si se requiere resistencia a la corrosión en lugar de acero al carbono optimizado en costos, especificar un grado de acero inoxidable o una aleación resistente a la corrosión es el enfoque correcto en lugar de confiar en 20# o 25# con recubrimientos cuando se necesita un rendimiento a largo plazo o en entornos agresivos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y doblado: El acero 20# es más tolerante en las operaciones de conformado debido a su menor límite elástico y mayor elongación; son típicas una menor recuperación elástica y menores fuerzas de conformado.
• Trabajo en frío: El trabajo con 25 libras provoca un endurecimiento más rápido y puede requerir mayores fuerzas de conformado y controles de herramientas más estrictos.
• Maquinabilidad: Un mayor contenido de carbono y perlita en el acero 25# generalmente aumenta la resistencia y la dureza; la maquinabilidad depende de la microestructura y los niveles de azufre y fósforo. En general, el acero 25# puede ser ligeramente más difícil de mecanizar (mayores fuerzas de corte, mayor desgaste de la herramienta) que el acero 20# en condiciones idénticas.
• Acabado superficial: Ambos grados pueden rectificarse, pulirse o recubrirse. Una mayor dureza de 25# puede requerir herramientas de rectificado más agresivas.

8. Aplicaciones típicas

20# (usos comunes)	25# (usos comunes)
Componentes estructurales, tuberías de pequeño diámetro, fabricación en general donde se prioriza la ductilidad y la soldabilidad.	Ejes, husillos, espárragos, pernos y piezas donde se requiere mayor resistencia o resistencia al desgaste
Bastidores de máquinas, conjuntos soldados, forjados de uso general	Engranajes de servicio medio y piezas de desgaste sometidas a cargas ligeras (cuando no se requiere aleación).
Piezas fabricadas de bajo coste, componentes pintados o recubiertos	Componentes que requieren mayor dureza tras tratamiento térmico o endurecimiento por deformación.

Justificación de la selección: - Elija 20# cuando la formación, la soldadura, la ductilidad y el costo sean las principales preocupaciones. - Elija 25# cuando una mayor resistencia, un aumento moderado de la resistencia al desgaste o secciones transversales más pequeñas que requieran una mayor capacidad de carga sean importantes y se puedan implementar prácticas de soldadura controladas.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El caucho de 20 libras suele ser ligeramente más económico que el de 25 libras por tonelada debido a su menor contenido de carbono (las diferencias en los costos de producción son pequeñas, pero los precios de mercado generalmente favorecen los grados con menor contenido de carbono). La diferencia de costo es modesta.
• Disponibilidad: Ambos grados se encuentran ampliamente disponibles en barras, placas, láminas y forjados en las regiones donde se comercializan aceros GB/chinos. El grado 20# suele ser más común en inventarios de uso general; el grado 25# se utiliza habitualmente para aplicaciones mecánicas.
• Formatos del producto: Son comunes las barras redondas, las chapas laminadas en caliente y los tubos soldados. Los plazos de entrega y la disponibilidad dependen de las prioridades de producción de la fábrica y de la demanda regional.

10. Resumen y recomendación

Atributo	20#	25#
soldabilidad	Bien (do más bajo, más fácil)	Moderado (mayor concentración, más cuidados)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor tenacidad/ductilidad a menor resistencia	Mayor resistencia y menor ductilidad en comparación con el acero de 20#.
Costo	Menor / económico	Un poco más alto

Elige 20# si: - El diseño exige buena soldabilidad y alta ductilidad (por ejemplo, estructuras soldadas extensas, conformado complejo). - La sensibilidad a los costes y la facilidad de fabricación son prioritarias. - Las piezas están sujetas a cargas de impacto o requieren una mayor tenacidad a bajas temperaturas en aplicaciones sencillas de acero al carbono.

Elige 25# si: - Se requiere mayor resistencia o dureza sin recurrir a un acero de aleación media. - El tamaño o la geometría del componente exigen una mayor capacidad de carga con un aumento de peso limitado. - El plan de fabricación incluye procedimientos de soldadura controlados (precalentamiento, consumibles adecuados) o la pieza será tratada térmicamente/templada para lograr una propiedad específica.

Nota final: La decisión entre 20# y 25# se basa principalmente en una compensación del contenido de carbono: una resistencia y dureza ligeramente superiores a costa de la ductilidad y la soldabilidad. Para aplicaciones críticas donde se requiere tanto una mayor resistencia como una tenacidad fiable, considere especificar una aleación media de ingeniería o un material HSLA con propiedades documentadas, en lugar de basarse únicamente en un mayor contenido de carbono.