Acero inoxidable A653 Gr33 frente a Gr37: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

La norma ASTM A653 abarca las láminas de acero al carbono galvanizado y de acero de baja aleación y alta resistencia. Dentro de las designaciones de fábrica, se encuentran grados etiquetados según su límite elástico mínimo; ejemplos comunes son las designaciones estructurales Gr33 y Gr37. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción deben elegir entre niveles de resistencia ligeramente diferentes, considerando la soldabilidad, el comportamiento de conformado, la protección contra la corrosión y el costo.

La principal diferencia técnica entre ambos grados radica en su nivel mínimo de resistencia garantizado: la designación Gr37 corresponde a una clase de resistencia estructural superior a la de Gr33. Dado que, por lo demás, son muy similares en cuanto a composición química y finalidad de procesamiento (aceros de bajo carbono laminados en frío destinados a recubrimientos), la elección suele depender de la capacidad de carga requerida frente a la facilidad de fabricación y el coste.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: ASTM A653 / A653M — Especificación estándar para láminas de acero galvanizadas o recubiertas con aleación de zinc-hierro mediante el proceso de inmersión en caliente. Las designaciones de grado, como SS-Gr33 y SS-Gr37, reflejan la resistencia mínima a la fluencia (en ksi) para uso estructural.
• ES: Los tipos de productos aproximadamente equivalentes están cubiertos por EN 10346 (productos planos de acero galvanizados por inmersión en caliente continua) y EN 10142/EN 10147 para productos recubiertos específicos, pero los nombres de grado uno a uno directos difieren.
• JIS/GB: Las normas japonesas y chinas tienen sus propias familias de productos equivalentes (por ejemplo, JIS G3302 para chapa de acero galvanizado en caliente; GB/T 2518/2518M para equivalentes de placas de acero), pero las convenciones de nomenclatura son diferentes; compare por requisitos mecánicos en lugar del nombre exacto del grado.
• Clasificación: Tanto el SS-Gr33 como el SS-Gr37 son aceros estructurales de bajo carbono destinados a productos de chapa recubierta. No son aceros inoxidables ni aceros para herramientas; son aceros al carbono/de baja aleación utilizados principalmente como chapa recubierta.

2. Composición química y estrategia de aleación

Esta familia de productos se basa en aceros al carbono-manganeso de bajo carbono, optimizados para la conformabilidad, el recubrimiento y una resistencia aceptable. Los límites exactos de composición se especifican en la norma de producción y la certificación de la fábrica, pero a continuación se muestran las categorías de elementos típicas a considerar.

Elemento	Función típica / relevancia
C (carbono)	Controla la resistencia y templabilidad de la base. Se mantiene baja para preservar la conformabilidad y la soldabilidad.
Mn (manganeso)	Aumenta la resistencia y la templabilidad de forma moderada; se utiliza para lograr el rendimiento objetivo sin un exceso de C.
Si (silicio)	Desoxidante; niveles pequeños pueden influir en la adhesión del recubrimiento y en la respuesta al templado.
P (fósforo)	Generalmente limitado; puede aumentar la resistencia pero perjudica la ductilidad y la resistencia a la corrosión.
S (azufre)	Se mantiene bajo para lograr ductilidad y conformabilidad; un valor alto de S mejora la maquinabilidad pero degrada el rendimiento.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Normalmente, está ausente o presente solo en cantidades traza/microaleantes en los grados estructurales estándar A653. La microaleación (Nb, Ti, V) puede utilizarse en algunas variantes de mayor resistencia para aumentar la fluencia/tenacidad mediante el fortalecimiento por precipitación.
N (nitrógeno)	Controlado; puede contribuir al control de la resistencia y la conformabilidad en aceros microaleados.

Nota: En las chapas estructurales galvanizadas, el contenido de carbono se mantiene deliberadamente bajo para maximizar la conformabilidad y el rendimiento del galvanizado. Los fabricantes proporcionan rangos de composición certificados; consulte los informes de ensayo de fábrica para obtener los valores exactos. Cualquier adición de microaleaciones utilizada para alcanzar la calidad Gr37 debe ser divulgada por la fábrica e influirá en la templabilidad y la resistencia.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - Aumentar el Mn, agregar microaleaciones (Nb, V, Ti) o aumentar el C incrementa el límite elástico y la resistencia a la tracción, pero puede reducir la ductilidad y aumentar la equivalencia de carbono. - Los bajos niveles de C y el control de Si/P/S preservan la conformabilidad en frío y promueven una galvanización y adhesión de recubrimiento uniformes.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas para ambos grados, después de los ciclos convencionales de laminación en frío y recocido utilizados para la chapa recubierta, son: - Matriz dominada por ferrita con posibles islas finas de perlita si el carbono se encuentra cerca del límite superior. - En las variantes microaleadas, pueden estar presentes precipitados finos de NbC, TiC o VC, que proporcionan un fortalecimiento por precipitación.

Procesando respuestas: - Recocido continuo + recocido por lotes: Produce una microestructura totalmente ferrítica o de ferrita + perlita muy fina con buena ductilidad y condición superficial para galvanizar. - Normalizado y temple y revenido: No es típico de las chapas recubiertas de la familia A653; estos procesos se aplican a placas y barras para productos de mayor resistencia, no a chapas galvanizadas estándar. - Procesamiento termomecánico (TMCP): Si el Gr37 se obtiene parcialmente mediante TMCP, la microestructura mostrará ferrita refinada y precipitados dispersos, mejorando el rendimiento y la tenacidad en comparación con un producto laminado en frío/recocido simple con niveles de carbono similares.

Implicación práctica: Ambos grados están diseñados para ser producidos mediante rutas convencionales de laminación en frío y recocido; el Gr37 puede utilizar mayor deformación, TMCP o microaleación para lograr un mayor rendimiento sin sacrificar la ductilidad.

4. Propiedades mecánicas

A continuación se presenta un resumen comparativo centrado en los resultados mecánicos típicos que se observarán al seleccionar Gr33 frente a Gr37. Los valores contractuales exactos deben tomarse del informe de prueba certificado del proveedor.

Propiedad	SS-Gr33 (típico)	SS-Gr37 (típico)	Comentario
límite elástico mínimo	~33 ksi (≈228 MPa)	~37 ksi (≈255 MPa)	Gr37 proporciona un rendimiento garantizado superior para el diseño estructural.
Resistencia a la tracción (rango típico)	Solapamientos: resistencia a la tracción moderada (por ejemplo, 45–60 ksi típicamente dependiendo del espesor/proceso)	Superposiciones: límite superior similar o ligeramente superior	La resistencia a la tracción varía con el trabajo en frío, el temple y el espesor.
Alargamiento (%), ductilidad	Mayor ductilidad con un espesor comparable	Alargamiento ligeramente menor debido a una mayor resistencia	Un menor límite elástico suele resultar en un mejor comportamiento ante estiramientos y conformados.
Tenacidad al impacto	Sirve para ambos fines si se procesa correctamente; depende del grosor y del recocido.	Comparable, aunque puede ser ligeramente inferior si es microaleado o de mayor CE	No es un factor diferenciador principal para estas calidades de láminas.
Dureza	Más bajo	Un poco más alto	Se correlaciona con la tendencia de fluencia/tracción.

Interpretación: El grado Gr37 es el más resistente, ofreciendo una mayor capacidad de carga por unidad de área. El grado Gr33 normalmente ofrece mejor conformabilidad y absorción de energía (tenacidad) en procesos de deformación severa.

5. Soldabilidad

Ambos grados son generalmente muy soldables porque son aceros revestidos de bajo carbono diseñados para la fabricación común. Factores clave: - El bajo contenido nominal de carbono y la baja templabilidad implican un menor riesgo de agrietamiento en frío y una soldadura por fusión sencilla con consumibles estándar. - Si el Gr37 se produce utilizando microaleación o un mayor contenido de Mn para lograr un mayor rendimiento, el equivalente de carbono será mayor y es posible que sea necesario ajustar las prácticas de soldadura (precalentamiento, control entre pasadas) en secciones gruesas.

Indicadores útiles de equivalencia de carbono (para la evaluación cualitativa): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ y un parámetro más inclusivo: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Guía de interpretación: - Tanto el SS-Gr33 como el SS-Gr37 suelen tener valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ porque el C y la aleación son bajos, lo que da como resultado un buen rendimiento de soldadura por arco. - Si las pruebas de fábrica del proveedor muestran un contenido elevado de Mn o microaleación para Gr37, espere números CE ligeramente más altos y planifique los parámetros de soldadura en consecuencia (posible precalentamiento bajo para secciones gruesas, control de la entrada de calor). - El recubrimiento galvanizado requiere atención: la vaporización del zinc puede causar porosidad y requiere una técnica de soldadura adecuada, extracción de humos y protección personal.

6. Corrosión y protección de superficies

Estas calidades se fabrican específicamente para recibir recubrimientos metálicos protectores (galvanizado en caliente o galvanizado en caliente). No son aceros inoxidables; la resistencia a la corrosión la proporciona el sistema de recubrimiento, no la composición de la aleación.

• Protecciones típicas: galvanizado en caliente (Z), galvanizado recocido (ZA) o recubrimientos de pintura/bobina posteriores. La selección del recubrimiento depende del entorno y la vida útil requerida.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) es relevante para las aleaciones inoxidables y no es aplicable a los aceros al carbono galvanizados A653: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no se aplica a los aceros al carbono recubiertos de zinc.

Notas prácticas: - Elija recubrimientos galvanizados en masa y/o recubrimientos dúplex (zinc + pintura) para una protección anticorrosiva a largo plazo en ambientes agresivos. - Para las operaciones de conformado, considere realizar reparaciones posteriores al conformado o utilizar recubrimientos que resistan el conformado sin agrietarse.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: El corte por láser, plasma o cizallamiento mecánico se comporta de manera similar para ambos grados; el Gr37 necesitará fuerzas de corte ligeramente mayores en el cizallamiento en frío debido a su mayor resistencia.
• Doblado/Conformado: El Gr33 presenta mejor conformabilidad y menor recuperación elástica; el Gr37 tiene mayor recuperación elástica y requiere radios de curvatura mayores o fuerzas mayores para la misma deformación.
• Maquinabilidad: Ninguno de los dos está optimizado para el mecanizado (en comparación con los aceros de fácil mecanizado). Una mayor resistencia puede aumentar ligeramente el desgaste de la herramienta; las consideraciones de mecanizado son similares.
• Acabado: Las superficies galvanizadas deben manipularse para evitar daños en el recubrimiento; el conformado puede agrietar los recubrimientos si los radios de curvatura son demasiado pequeños; esto es más crítico para las láminas de mayor resistencia (Gr37).

8. Aplicaciones típicas

SS-Gr33 (usos típicos)	SS-Gr37 (usos típicos)
Paneles de envolvente de edificios, cubiertas, revestimientos donde el conformado y el rendimiento de los elementos de fijación son importantes	Secciones portantes en aplicaciones estructurales ligeras, montantes, correas donde un mayor límite elástico ayuda a reducir el espesor.
Paneles interiores de automoción, componentes de automoción no estructurales que requieren embutición profunda	Piezas estructurales estampadas para la industria automotriz donde se necesita un margen de resistencia adicional sin aumentar el grosor.
Conductos y aparatos de climatización donde la adhesión y la conformabilidad del recubrimiento son primordiales	Perfiles, soportes y componentes conformados en frío donde se desea una mayor rigidez por unidad de espesor
Productos generales de chapa metálica fabricados donde se priorizan el coste y la conformación.	Aplicaciones en las que se necesita reducir el tamaño de la sección o el peso mediante el uso de materiales de mayor rendimiento.

Justificación de la selección: Utilice Gr33 cuando se prevea una deformación/estiramiento significativo o una absorción de impactos considerable, o cuando se busque maximizar la integridad del recubrimiento en operaciones de conformado severas. Utilice Gr37 cuando el diseño requiera un límite elástico mínimo superior para cumplir con las cargas estructurales o para permitir espesores menores con el mismo rendimiento.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero Gr37 suele tener un precio ligeramente superior al del Gr33 debido al mayor procesamiento y/o microaleación necesarios para cumplir con la especificación de límite elástico más alta. La diferencia es pequeña en relación con el coste total del material, pero puede ser significativa en grandes volúmenes.
• Disponibilidad: Ambos grados son comunes en bobinas y láminas; la disponibilidad de recubrimientos, anchos y espesores específicos depende de la producción de la fábrica y del inventario del distribuidor. Los plazos de entrega para recubrimientos especiales o tolerancias ajustadas pueden ser mayores.

10. Resumen y recomendación

Atributo	SS-Gr33	SS-Gr37
Soldabilidad	Excelente (muy bueno)	Excelente a muy bueno (un poco más prudente si es microaleado).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena conformabilidad y tenacidad	Mayor límite elástico; ductilidad ligeramente reducida.
Costo	Más bajo	Un poco más alto

Recomendaciones: - Elija SS-Gr33 si sus prioridades son el embutido/conformado profundo, la máxima integridad del recubrimiento después del conformado, una elongación/tenacidad superior en piezas fabricadas o un menor costo del material. - Elija SS-Gr37 si su diseño requiere una mayor resistencia a la fluencia garantizada para reducir el espesor de la sección o cumplir con los criterios de carga estructural, y si se aceptan reducciones modestas en la conformabilidad.

Nota final: Solicite siempre los certificados de ensayo de fábrica y confirme los límites químicos y mecánicos del lote específico de bobinas o láminas que desee adquirir. Pequeñas variaciones en el contenido de manganeso o la presencia de elementos de microaleación pueden alterar las prácticas de soldadura y los resultados del conformado; especifique el tipo y la masa del recubrimiento para conocer la vida útil prevista frente a la corrosión.