AH40 vs DH40 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros AH40 y DH40 son aceros estructurales de alta resistencia comúnmente especificados para aplicaciones de placas gruesas y construcción naval. Los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción frecuentemente se enfrentan a un dilema de selección: priorizar la tenacidad al impacto garantizada a bajas temperaturas y una mayor resistencia a la fractura a través del espesor, o priorizar un menor costo de adquisición y procesamiento con una resistencia y soldabilidad aceptables para entornos moderados. La principal característica distintiva entre ambos grados radica en su comportamiento ante impactos especificado, esencialmente los requisitos de energía Charpy y la temperatura mínima a la que debe demostrarse dicha energía. Debido a que sus composiciones químicas nominales y sus límites de tracción/fluencia son muy similares, la decisión entre AH40 y DH40 generalmente depende de los requisitos de tenacidad, la temperatura de servicio prevista y las limitaciones de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Entre las normas y sistemas de clasificación comunes que utilizan la nomenclatura AH/DH se incluyen las normas nacionales de construcción naval y de recipientes a presión, así como las notaciones de las sociedades de clasificación (p. ej., CCS, ABS, LR). Aceros equivalentes o similares pueden figurar en las normas ASTM/ASME, EN, JIS o GB con diferentes códigos alfanuméricos.
• Clasificación por familia de aceros:
• AH40: Acero estructural/naval de alta resistencia con mejor rendimiento ante impactos (similar al HSLA, acero al carbono microaleado).
• DH40: Acero estructural/de construcción naval de alta resistencia con requisitos de impacto estándar (similar al HSLA, acero al carbono/microaleado).
• Ninguno de los dos es acero inoxidable ni acero para herramientas; pertenecen al ámbito de los aceros de alta resistencia y baja aleación con microaleación de carbono (HSLA), diseñados para aplicaciones en placas.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Estrategia de aleación generalizada y función de cada elemento (cualitativa). Esta tabla describe la presencia/estrategia, no los porcentajes exactos.

Elemento	AH40 (estrategia típica)	DH40 (estrategia típica)
do	Objetivo de bajo contenido en carbono para equilibrar resistencia y soldabilidad; control más estricto para mejorar la tenacidad.	Bajo contenido de carbono para favorecer la soldabilidad y la conformabilidad
Minnesota	Contenido moderado de manganeso para proporcionar resistencia y templabilidad	Contenido moderado de manganeso similar al de AH40
Si	Desoxidante; niveles controlados para evitar la fragilidad.	Función similar; generalmente limitada
PAG	Se mantuvo muy bajo para lograr tenacidad y soldabilidad.	Se mantiene bajo para uso estructural general.
S	Minimizado; control de sulfuros para mayor resistencia	Minimizado; puede ser similar a AH40
Cr	Puede estar presente en pequeñas cantidades para favorecer la endurecimiento.	Generalmente mínimo o ausente
Ni	Ocasionalmente se utiliza para mejorar la resistencia a bajas temperaturas (en variantes AH).	Escaso o bajo; no es un elemento de aleación de resistencia primaria.
Mes	Es posible realizar pequeñas adiciones para controlar la templabilidad y la resistencia.	Normalmente bajo o ausente
V	Microaleación para refinar el grano y aumentar la resistencia	Puede estar presente para el fortalecimiento por precipitación
Nótese bien	Control del tamaño de grano mediante microaleación; beneficioso para la tenacidad.	Puede utilizarse, pero a veces en niveles más bajos que las variantes AH.
Ti	Desoxidación y control de inclusiones; refinamiento del grano	Uso modesto similar
B	Es posible añadir trazas para aumentar la endurebilidad.	Raro; controlado si está presente
norte	Controlado; se relaciona con la precipitación y la dureza	Controlado; mantenido bajo para evitar efectos adversos

Explicación: Ambas calidades se basan en un contenido de carbono bajo a moderado, siendo el manganeso el principal contribuyente a la resistencia. Se utilizan elementos de microaleación (Nb, V, Ti) para refinar el tamaño del grano y proporcionar un fortalecimiento por precipitación, lo que mejora la resistencia sin un exceso de carbono. La estrategia AH40 prioriza un control más estricto de los elementos de impureza y puede incluir pequeñas modificaciones en la aleación (por ejemplo, Ni, Mo o niveles optimizados de microaleaciones) para cumplir con requisitos de impacto más exigentes, especialmente a bajas temperaturas. DH40 se centra en ofrecer el rendimiento de tracción y límite elástico requerido para temperaturas de servicio estándar con una química rentable.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas producidas:
• Tanto para AH40 como para DH40 producidos mediante procesamiento termomecánico controlado moderno (TMCP): una matriz de ferrita-perlita o ferrita-bainita de grano fino con ferrita acicular controlada y carburos/nitruros de microaleación dispersos.
• Cuando se requiere una tenacidad más estricta (AH40), el procesamiento tiene como objetivo promover la ferrita acicular fina y limitar las islas gruesas de bainita o martensita-austenita (M-A).
• Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento:
• Normalización: Refina el tamaño de grano de la austenita previa y homogeneiza la microestructura; resulta beneficiosa para la tenacidad si va seguida de un enfriamiento controlado.
• Temple y revenido: Normalmente no se utilizan para placas AH/DH estándar (costosas), pero pueden aumentar la resistencia y ajustar la tenacidad si es necesario para componentes específicos.
• TMCP (laminado controlado + enfriamiento acelerado): Ampliamente utilizado para obtener microestructuras de grano fino con alta resistencia y mayor tenacidad a bajas temperaturas. La placa AH40, destinada a temperaturas de impacto más bajas, recibirá parámetros TMCP más estrictos para favorecer la formación de ferrita acicular y controlar las inclusiones.
• Palancas de control de la microestructura para la tenacidad: carbono reducido, inclusiones finas de sulfuro/óxido, precipitación optimizada de microaleaciones y constituyentes M-A minimizados.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Propiedades mecánicas cualitativas comparativas (descriptores relativos).

Propiedad	AH40	DH40
Resistencia a la tracción	Similar al DH40 (ambos son aceros estructurales de alta resistencia).	Similar al AH40
Fuerza de fluencia	Comparables; los valores de rendimiento del diseño son similares	Comparable
Alargamiento (ductilidad)	Similar o ligeramente superior si se utiliza un procesamiento centrado en la resistencia	Similar; ductilidad estándar para aceros en placas
resistencia al impacto	Mayor rendimiento garantizado en la prueba Charpy V a temperaturas más bajas	Rendimiento de impacto estándar a temperaturas más suaves
Dureza	Dureza nominal similar; el AH40 puede tener un control de dureza más estricto para evitar la fragilidad.	dureza nominal similar

Explicación: Los valores nominales de resistencia a la tracción y límite elástico de estos grados son similares, ya que ambos se dirigen a la misma clase de resistencia (el "40" indica un rango de resistencia a la tracción/límite elástico similar en muchos sistemas). La diferencia mecánica fundamental radica en la tenacidad al impacto y la temperatura mínima de calificación. El AH40 se produce y se prueba para soportar una mayor energía de impacto a temperaturas más bajas, lo que lo hace más resistente a la fractura en servicio en frío o en secciones gruesas. El DH40 proporciona una resistencia estática similar a un costo potencialmente menor cuando no se requiere una tenacidad extrema.

5. Soldabilidad

• Factores clave de soldabilidad: contenido de carbono, equivalente de carbono (afecta la templabilidad) y elementos de microaleación que influyen en el comportamiento de la zona afectada por el calor (ZAC).
• Índices de soldabilidad de uso común:
• $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretación (cualitativa):
• Tanto el AH40 como el DH40 están diseñados con bajo contenido de carbono y adiciones controladas de aleación para mantener una buena soldabilidad. Las variantes de AH40 con mayor tenacidad pueden incluir elementos con mayor templabilidad o un control de impurezas más estricto; esto puede aumentar marginalmente la templabilidad de la zona afectada por el calor (ZAC) y requerir procedimientos de precalentamiento/tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) más controlados para secciones gruesas.
• El acero DH40, con objetivos de tenacidad estándar, generalmente ofrece una soldadura más fácil con menos restricciones, particularmente para placas más delgadas o aplicaciones con temperaturas de servicio más moderadas.
• Orientación práctica: Para aplicaciones críticas de soldadura, secciones gruesas o servicios a baja temperatura, siga la calificación del procedimiento con precalentamiento adecuado, entrada de calor controlada y considere utilizar metales de aporte que coincidan con las especificaciones de tenacidad.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el AH40 ni el DH40 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es típica de los aceros al carbono/HSLA.
• Estrategias de protección recomendadas:
• Los recubrimientos superficiales (epoxi, poliuretano), la galvanización en caliente (cuando corresponda) y las pinturas de sacrificio son estándar.
• Para entornos marinos o altamente corrosivos, considere barreras adicionales o cambie a aleaciones resistentes a la corrosión.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a los aceros estructurales que no sean inoxidables, pero a modo de referencia:
• $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Utilice PREN únicamente para evaluar aceros inoxidables o aceros inoxidables dúplex, no aceros estructurales AH/DH.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Ambos grados se mecanizan de forma similar a otros aceros de chapa microaleados de bajo carbono. La microaleación puede reducir ligeramente la maquinabilidad en comparación con los aceros de bajo carbono convencionales, pero mejora la relación resistencia-peso.
• Conformabilidad: El bajo contenido de carbono y un laminado cuidadoso mantienen una buena capacidad de doblado y características de conformado en frío. El acero AH40 puede requerir mayor atención al radio de curvatura y al precalentamiento al conformar secciones muy gruesas a bajas temperaturas para evitar fisuras.
• Corte y acabado: Las técnicas de corte por plasma, oxicorte y láser son estándar. La calidad del filo, el contenido de óxido y el control de inclusiones influyen en las operaciones de acabado.

8. Aplicaciones típicas

Tabla: Usos típicos

AH40 – Aplicaciones típicas	DH40 – Aplicaciones típicas
Revestimiento de cascos de barcos para climas fríos o placas más gruesas donde la tenacidad a la fractura a baja temperatura es fundamental.	Estructuras navales y marinas donde la resistencia estándar es suficiente y el coste es un factor importante.
Estructuras de soporte árticas, elevadores submarinos y nodos que requieren resistencia garantizada a bajas temperaturas	Puentes, grúas y estructuras pesadas que operan en entornos templados
Equipos a presión y componentes del casco con estrictos planes de control de fracturas	Placas estructurales generales, estructuras de cubierta y superestructura donde se aceptan niveles de impacto estándar
Uniones y secciones soldadas críticas con placas gruesas	Conjuntos soldados menos críticos o placas más delgadas donde la soldadura está menos restringida.

Justificación de la selección: Elija AH40 cuando la temperatura de servicio, el riesgo de fractura frágil o la tenacidad en la zona afectada por el calor (ZAC) de secciones gruesas sean las principales preocupaciones. Elija DH40 cuando se requiera una resistencia estática equivalente, pero no sea necesaria una tenacidad extrema a bajas temperaturas y el costo y la disponibilidad favorezcan un grado estándar.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El AH40 suele ser más caro que el DH40 debido a un control de composición más estricto, un procesamiento más exigente (parámetros TMCP) y pruebas más exhaustivas (pruebas de impacto a baja temperatura). El DH40 tiende a ser más rentable para aplicaciones generales.
• Disponibilidad por formato: Las planchas, los perfiles cortados a medida y los perfiles preacondicionados están ampliamente disponibles para ambos grados en las principales acerías. El volumen de producción de AH40 puede ser menor en algunos mercados, lo que conlleva plazos de entrega más largos para pedidos grandes o espesores especiales.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida

Métrico	AH40	DH40
Soldabilidad	Bien, puede requerir precalentamiento controlado para secciones gruesas.	Generalmente bueno con menos restricciones
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Prioriza una mayor resistencia garantizada a bajas temperaturas.	Prioriza la resistencia rentable con una tenacidad estándar.
Costo	Mayor (procesamiento/pruebas más rigurosas)	Inferior (procesamiento/pruebas estándar)

Elige AH40 si: - La estructura opera en entornos de baja temperatura o tiene secciones gruesas donde la zona afectada por el calor (ZAC) y la tenacidad a través del espesor son críticas. - Los planes de control de fracturas o las reglas de las sociedades de clasificación requieren energías Charpy V‑notch más elevadas a temperaturas bajas específicas. - Para uniones soldadas críticas para la seguridad y aplicaciones en frío, se necesita una opción conservadora.

Elija DH40 si: - La aplicación requiere una alta resistencia estática, pero funcionará a temperaturas moderadas donde la tenacidad estándar es suficiente. - El coste, el plazo de entrega y la facilidad de soldadura son consideraciones primordiales. - La fabricación implica muchos conjuntos soldados, donde un control menos estricto de la ZAT simplifica los procedimientos.

Nota final: Al especificar AH40 o DH40, consulte siempre las normas aplicables y las reglas de la sociedad de clasificación para conocer los requisitos exactos de temperatura de ensayo y energía de impacto. Coordínese con los equipos de tratamiento térmico y fabricación de la planta para confirmar los programas de tratamiento térmico y protección catódica (TMCP), los procedimientos de soldadura y los planes de ensayos no destructivos, de modo que el grado seleccionado cumpla con los requisitos mecánicos y operativos.