AH36 vs AH40 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros estructurales marinos AH36 y AH40 se utilizan comúnmente en cascos de barcos, estructuras marinas y aplicaciones de placas gruesas. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción evalúan habitualmente estos aceros al equilibrar los requisitos de resistencia estructural, resistencia a la fractura, soldabilidad, facilidad de fabricación y costo. Entre las decisiones típicas se incluye la elección de una placa más pesada y dúctil para resistir la fractura frágil en ambientes fríos, frente a una placa de mayor resistencia para reducir el espesor y el peso de la sección.

La principal diferencia práctica entre AH36 y AH40 radica en su nivel de resistencia de diseño y en los procesos metalúrgicos empleados para alcanzarlo: AH40 se produce con una resistencia mínima superior a la de AH36, lo que influye en la aleación requerida, el procesamiento termomecánico y el equilibrio resultante entre ductilidad y tenacidad. Estas diferencias convierten a ambos grados en comparables naturales cuando los diseñadores deben elegir entre un acero más grueso y dúctil y un acero más delgado y de mayor resistencia.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes y reglas de clase:
• ABS (American Bureau of Shipping) — AH36, AH40 son grados estructurales de casco ABS.
• ASTM/ASME — ASTM A131 se refiere a aceros para construcción naval con nombres de grados similares.
• JIS (Japón) y EN (Europa) tienen nomenclaturas diferentes pero grados HSLA/marinos comparables.
• Existen equivalentes de GB (China) en las especificaciones nacionales de construcción naval.
• Clasificación metalúrgica:
• Tanto el AH36 como el AH40 son aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) a base de carbono y manganeso, diseñados para aplicaciones estructurales marinas (no son aceros inoxidables ni aceros para herramientas).
• Están diseñados para proporcionar una combinación equilibrada de resistencia y tenacidad, en lugar de dureza o resistencia al desgaste.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se presenta una comparación cualitativa de las prácticas de aleación típicas en lugar de números garantizados específicos (los límites químicos reales varían según la norma, el molino y la forma del producto; consulte los certificados del molino para tomar decisiones de compra).

Elemento	AH36 (práctica típica)	AH40 (práctica típica)
do	Bajo (controlado para preservar la soldabilidad y la tenacidad)	De baja a moderada (puede ser ligeramente superior para lograr la fuerza necesaria).
Minnesota	Moderado (ex miembro de fuerza principal)	Moderado–alto (para aumentar la resistencia y la templabilidad)
Si	Controlado (desoxidación)	Controlado (rol similar)
PAG	Muy bajo (residual, minimizado para mayor resistencia)	Muy bajo (minimizado)
S	Muy bajo (residual)	Muy bajo (residual)
Cr	Rastro o ninguno (ocasionalmente pequeñas adiciones)	Trazas o bajo (a veces utilizado en estrategias de microaleaciones)
Ni	Normalmente no se añade (traza)	Puede contener trazas si así lo requiere la química específica de la planta.
Mes	Generalmente no es necesario (rastreo)	Es posible que haya trazas de endurecimiento en algunas recetas
V	Microaleación de trazas en algunas corridas (refinamiento de grano)	Es más probable que aparezca como microaleación para aumentar la resistencia.
Nótese bien	Microaleación de trazas para el control del grano	Suele estar presente en pequeñas cantidades en las variantes de mayor potencia.
Ti	Traza (control de N, crecimiento del grano)	Rastro (utilizado selectivamente)
B	Trazar si se utiliza en aceros especiales	Es raro; pequeñas cantidades pueden influir en la templabilidad.
norte	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso aumentan la resistencia y la templabilidad, pero un alto contenido de carbono reduce la soldabilidad y la tenacidad. Ambos grados controlan el contenido de carbono para equilibrar las propiedades. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) se utilizan en pequeñas cantidades para refinar el tamaño del grano, permitir una mayor resistencia a través del fortalecimiento por precipitación y mantener la tenacidad sin requerir grandes aumentos de carbono. - El silicio es principalmente un desoxidante y tiene efectos de fortalecimiento menores. - La aleación para la resistencia a la corrosión (Cr, Ni, Mo) es mínima o inexistente en estos aceros estructurales marinos no inoxidables; la protección contra la corrosión se logra mediante recubrimientos y medidas catódicas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Ruta de producción típica:
• Tanto el AH36 como el AH40 se producen habitualmente mediante laminación y enfriamiento controlados (procesamiento termomecánico controlado, TMCP). Normalmente se suministran en estado laminado o normalizado, en lugar de templados y revenidos.
• Microestructura:
• AH36: Microestructura fina de ferrita-perlita o ferrita-bainita con tamaño de grano controlado gracias al tratamiento térmico de condensación y a la microaleación. La matriz destaca por su ductilidad y buena tenacidad a bajas temperaturas.
• AH40: Presenta una microestructura similar, pero suele tener una mayor proporción de constituyentes bainíticos más finos o un mayor fortalecimiento por precipitación debido a la microaleación. Esto proporciona una mayor resistencia manteniendo una tenacidad aceptable.
• Sensibilidad al tratamiento térmico:
• La normalización (calentamiento por encima de la temperatura crítica y enfriamiento al aire) puede mejorar la tenacidad y refinar el grano en ambos grados, pero no siempre se aplica a placas grandes debido a su coste.
• El temple y revenido es poco común para estos grados de construcción naval porque aumenta el costo y puede reducir la soldabilidad; cuando se utiliza, aumenta significativamente la resistencia, pero requiere un estricto control del proceso.
• El laminado termomecánico y el enfriamiento acelerado son los medios preferidos para aumentar la resistencia manteniendo una buena tenacidad.

4. Propiedades mecánicas

La siguiente tabla proporciona comparaciones cualitativas; los valores garantizados dependen del espesor y del estándar, y deben tomarse de la especificación aplicable o del certificado de prueba de fábrica.

Propiedad	AH36	AH40
Resistencia a la tracción	Alto estándar (base para placa marina)	Superior al AH36 (diseñado para una clase superior)
Fuerza de fluencia	Menor en relación con AH40	Mayor (factor diferenciador principal)
Alargamiento (ductilidad)	Mayor (más dúctil, mayor elongación uniforme)	Inferior a AH36 (alargamiento reducido con mayor resistencia)
resistencia al impacto	Bueno, diseñado para ofrecer resistencia a las muescas a temperaturas de servicio.	Es bueno, pero puede ser más sensible al procesamiento; debe controlarse para cumplir con los requisitos de impacto.
Dureza	Moderado (orientado al servicio)	Ligeramente superior (en consonancia con una mayor resistencia)

Explicación: - El AH40 logra una mayor resistencia a través de una aleación ligeramente mayor y/o controles TMCP más estrictos; esto normalmente reduce la ductilidad y puede cambiar el comportamiento de tenacidad al impacto si no se procesa con cuidado. Los diseñadores eligen AH36 cuando una mayor capacidad de deformación y absorción de energía (por ejemplo, para escenarios de colisión o servicio a bajas temperaturas) son prioridades. - Se selecciona el AH40 cuando se prioriza la reducción de sección y el ahorro de peso, siempre que se cumplan los requisitos de tenacidad y soldabilidad.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad de estos grados dependen del contenido de carbono, la templabilidad efectiva y el contenido de microaleación. A continuación se muestran dos índices de contenido combinado comúnmente utilizados para la soldabilidad:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil y una menor susceptibilidad al agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. El AH36 suele tener índices de templabilidad efectiva más bajos que el AH40, ya que la composición química y el procesamiento del AH40 favorecen una mayor resistencia. - Los elementos de microaleación (Nb, V) y un contenido ligeramente mayor de Mn pueden aumentar la templabilidad y el riesgo de regiones martensíticas en la zona afectada por el calor (ZAC) a altas velocidades de enfriamiento; en consecuencia, se requieren con mayor frecuencia precalentamiento y temperaturas entre pasadas controladas para AH40 en secciones gruesas. Ambos grados son soldables mediante procesos convencionales (SMAW, GMAW, SAW), pero las especificaciones del procedimiento de soldadura deben considerar el espesor de la placa, el diseño de la junta y la templabilidad efectiva del grado. El tratamiento térmico posterior a la soldadura se utiliza raramente en placas para construcción naval; en su lugar, se emplean precalentamiento y consumibles controlados.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos aceros de grado AH son aceros al carbono/aleados no inoxidables; su resistencia intrínseca a la corrosión es mínima. La protección contra la corrosión se basa en recubrimientos, protección catódica y detalles de diseño que evitan grietas o agua estancada.
• Métodos de protección típicos: galvanizado en caliente (cuando sea apropiado para piezas o componentes más delgados), recubrimientos industriales (epoxi, poliuretano) y ánodos de sacrificio para estructuras sumergidas.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables; a modo de referencia, el PREN se calcula como: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ pero no sería significativo para AH36/AH40 porque los contenidos de Cr y Mo son insignificantes.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formabilidad y doblado:
• El AH36, al ser más dúctil, es más fácil de formar y doblar en radios sin agrietarse; la recuperación elástica es menor.
• El AH40 requiere un utillaje y tolerancias de doblado más cuidadosos; los radios de curvatura más pequeños y las operaciones de conformado en frío deben evaluarse en función de la elongación reducida.
• Corte y mecanizado:
• La mayor resistencia del AH40 puede aumentar ligeramente las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta en comparación con el AH36; sin embargo, ambos se mecanizan fácilmente con prácticas estándar cuando se utilizan herramientas y avances adecuados.
• Refinamiento:
• El rectificado, el granallado y la preparación de superficies se comportan de manera similar; evite el sobrecalentamiento durante el corte o el rectificado para prevenir efectos de endurecimiento o revenido de la superficie.
• Control dimensional:
• Las secciones más delgadas que permite el AH40 deben evaluarse teniendo en cuenta su sensibilidad a la distorsión durante la soldadura y el acabado.

8. Aplicaciones típicas

AH36 — Usos típicos	AH40 — Usos típicos
Revestimiento de cascos para buques comerciales donde la ductilidad y la resistencia a bajas temperaturas son fundamentales.	Chapas de casco y cubierta donde se requiere ahorro de peso y reducción del espesor de la sección bajo carga equivalente
Se priorizan los elementos estructurales donde la conformación y la soldadura son más fáciles.	Elementos estructurales o refuerzos donde una mayor resistencia permite secciones transversales más pequeñas.
Mamparos, soportes y accesorios con altas exigencias de fabricación	Plataformas marinas, secciones más pesadas de buques y estructuras donde se acepta una mayor tensión de diseño
Componentes expuestos a impactos fuertes o a bajas temperaturas (preferiblemente)	Aplicaciones diseñadas para niveles de tensión admisibles más elevados y un procesamiento controlado para garantizar la resistencia.

Justificación de la selección: - Elija AH36 cuando la capacidad de deformación, el rendimiento a bajas temperaturas y la fabricación/soldadura más sencilla sean decisivos. - Elija AH40 cuando la reducción del peso del material, las tensiones admisibles más elevadas o las limitaciones de espacio justifiquen la placa de mayor resistencia y cuando los controles de fabricación puedan garantizar una tenacidad y una integridad de soldadura adecuadas.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo:
• El precio por tonelada del AH40 suele ser más elevado que el del AH36 debido a los controles de procesamiento más estrictos y a las posibles adiciones de microaleaciones necesarias para alcanzar la clase de resistencia superior.
• El coste total de los componentes puede ser menor con AH40 si las reducciones del espesor de la sección dan lugar a un menor peso del material y a ahorros posteriores.
• Disponibilidad:
• El AH36 está ampliamente disponible en la mayoría de los inventarios de planchas para construcción naval y en las líneas de productos estándar de las fábricas.
• El AH40 también es común, pero su disponibilidad puede ser más limitada para espesores, anchos y grados especiales que requieren programas TMCP específicos; los plazos de entrega pueden ser más largos para tamaños de placa no estándar.
• Nota de adquisiciones:
• Evaluar el costo total del ciclo de vida, incluyendo la fabricación, la preparación para la soldadura, los recubrimientos y los ahorros potenciales derivados de la reducción de peso al especificar AH40 en lugar de AH36.

10. Resumen y recomendación

Parámetro	AH36	AH40
Soldabilidad	Más fácil (índices de endurecimiento más bajos)	Bueno, pero puede requerir un control más estricto (precalentamiento/consumibles).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor resistencia de diseño, mayor margen de ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia del diseño, se debe controlar el procesamiento para mantener la tenacidad.
Costo	Menor coste de material por tonelada; fabricación más sencilla (menor coste indirecto).	Mayor coste de material por tonelada; potencial ahorro en el coste total gracias a secciones más delgadas.

Recomendación: - Elija AH36 si sus requisitos principales hacen hincapié en la ductilidad, la facilidad de fabricación y soldadura, la robustez a bajas temperaturas y la adquisición sencilla (aplicaciones típicas de construcción naval con placas gruesas). - Elija AH40 si necesita una mayor resistencia de diseño para reducir el espesor de la placa y el peso de la estructura, y puede aceptar (y gestionar) las contrapartidas: elongación ligeramente reducida, controles de procesamiento y soldadura más estrictos y un coste unitario del material potencialmente mayor.

Nota práctica final: Confirme siempre la norma aplicable y revise los certificados de ensayo de fábrica para verificar la composición química y las propiedades mecánicas garantizadas para el espesor y la colada específicos de la placa. Las especificaciones del procedimiento de soldadura y las pruebas de calificación deben derivarse del grado, el espesor y el entorno de servicio elegidos para garantizar el rendimiento y el cumplimiento.