BH180 vs BH220 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Al seleccionar aceros estructurales, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia, la ductilidad, la soldabilidad, el coste y la disponibilidad. El BH180 y el BH220 son dos grados de acero comercial estrechamente relacionados que se comparan con frecuencia cuando un diseño requiere placas o flejes estructurales de baja a media resistencia, donde la conformabilidad y el coste son importantes. Las decisiones típicas incluyen elegir entre un material más económico y fácil de conformar para componentes estructurales ligeros y una opción de mayor límite elástico cuando se desea una mayor capacidad de carga o secciones más delgadas.

La principal característica que distingue a BH180 y BH220 es su nivel de límite elástico de diseño: BH220 se especifica para un límite elástico mínimo superior al de BH180. Dado que el límite elástico determina las tensiones de diseño admisibles, las estrategias de fabricación y, en ocasiones, los procesos posteriores de conformado en frío y unión, estos grados se comparan habitualmente en las especificaciones de diseño y fabricación.

1. Normas y designaciones

• Existen normas comunes donde se encuentran grados similares basados ​​en el límite elástico: normas nacionales como GB (China), JIS (Japón), EN (Europa) y ASTM/ASME (EE. UU.). Los nombres específicos de los grados y las convenciones de numeración varían según la jurisdicción; la nomenclatura «BH» es la más común en las normas asiáticas y en los catálogos de proveedores de aceros estructurales laminados en caliente y en frío.
• Clasificación por familia de aceros:
• BH180: normalmente un acero estructural al carbono o microaleado de resistencia baja a media (no inoxidable).
• BH220: normalmente un acero estructural al carbono o microaleado de resistencia media (no inoxidable).
• No se trata de aceros para herramientas, aceros inoxidables ni aceros de alta aleación; normalmente se tratan como aceros estructurales al carbono/microaleados (similares al acero dulce o HSLA según el contenido de microaleación).

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se muestra una tabla de composición representativa con los elementos comúnmente especificados para aceros estructurales de baja a media resistencia. Las composiciones reales varían según el proveedor y la norma. Siempre verifique con el certificado de materiales del fabricante.

Elemento	Rango típico (en % peso) — BH180	Rango típico (en % peso) — BH220
do	0,06–0,18	0,08–0,20
Minnesota	0.30–1.20	0.40–1.20
Si	0,02–0,40	0,02–0,40
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	≤ 0,30 (opcional)	≤ 0,30 (opcional)
Ni	≤ 0,30 (opcional)	≤ 0,30 (opcional)
Mes	≤ 0,10 (opcional)	≤ 0,10 (opcional)
V	trazas–0,10 (variantes microaleadas)	trazas–0,10 (variantes microaleadas)
Nótese bien	trazas–0,06 (variantes microaleadas)	trazas–0,06 (variantes microaleadas)
Ti	trazas (desoxidación/estabilización)	trazas (desoxidación/estabilización)
B	niveles de ppm si se utilizan	niveles de ppm si se utilizan
norte	típicamente ≤ 0,012	típicamente ≤ 0,012

Notas: Estos son rangos representativos utilizados en aceros estructurales de baja y media resistencia. Elementos de microaleación como V, Nb y Ti pueden añadirse intencionalmente en bajas concentraciones para controlar el tamaño de grano, el endurecimiento por precipitación y la tenacidad sin aumentar significativamente el equivalente de carbono. - Un mayor contenido de carbono o la adición deliberada de Cr, Ni o Mo acercaría la calidad a los aceros aleados y cambiaría la soldabilidad y la respuesta al tratamiento térmico.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Carbono: principal factor que contribuye a la templabilidad y la resistencia; un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. - Manganeso: aumenta la resistencia y la templabilidad y contrarresta la fragilización por azufre; demasiado perjudica la conformabilidad. - Silicio: desoxidante; pequeñas cantidades pueden aumentar la resistencia. - Microaleación (V, Nb, Ti): refinamiento del grano y fortalecimiento por precipitación, mejorando el rendimiento y la tenacidad sin grandes aumentos de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas tras el procesamiento para grados BH: - BH180: generalmente presenta una microestructura de ferrita-perlita en estado laminado con granos relativamente gruesos si no está microaleado; las variantes microaleadas muestran ferrita más fina con carburos/nitruros dispersos. - BH220: a menudo base de ferrita-perlita similar pero con una mayor proporción de fases reforzadas por trabajo o precipitación (por ejemplo, ferrita más fina, precipitados más dispersos) ya sea a través de la composición (C/Mn ligeramente más alto) o del procesamiento termomecánico controlado.

Efectos de las rutas de procesamiento comunes: Normalización: refina el tamaño de grano y homogeneiza la microestructura, mejorando la tenacidad y, en ocasiones, la resistencia de forma moderada. Ambos grados se benefician de la normalización si se requiere una mayor tenacidad. - Temple y revenido: generalmente no es económico ni necesario para los grados BH; el temple y revenido transformaría estos materiales en microestructuras templadas y revenidas (martensita revenida/bainita revenida) con una resistencia mucho mayor y una ductilidad reducida en relación con la intención del grado estructural. - Procesamiento de control termomecánico (TMCP): se aplica con frecuencia al BH220 para lograr una mayor resistencia a la fluencia a través del laminado controlado y el enfriamiento acelerado, produciendo ferrita refinada con fortalecimiento por precipitación al tiempo que se mantiene la ductilidad y la tenacidad.

En resumen, el BH220 se produce ya sea con un contenido de aleación ligeramente mayor o mediante un TMCP más agresivo para lograr una mayor resistencia a la fluencia manteniendo una tenacidad y una formabilidad aceptables.

4. Propiedades mecánicas

Rangos representativos de propiedades mecánicas para BH180 y BH220 en formatos de producto comunes (placa/bobina). Confirme los valores reales en el certificado de ensayo de fábrica.

Propiedad	BH180 (típico)	BH220 (típico)
Límite elástico mínimo especificado (0,2% de deformación)	~180 MPa	~220 MPa
Resistencia a la tracción (Rm)	~300–420 MPa	~360–520 MPa
Alargamiento (A%)	~20–30%	~16–25%
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V, típica a temperatura ambiente)	Bien; depende del grosor/proceso	Resistencia comparable o ligeramente inferior si se consigue mediante aleación o TMCP.
Dureza (HB)	De baja a moderada (~100–160 HB)	Moderado (~130–190 HB)

Interpretación: - Resistencia: El BH220 tiene un límite elástico especificado más alto y, en general, una mayor resistencia a la tracción que el BH180, lo que permite utilizar secciones más delgadas para la misma carga. - Ductilidad y tenacidad: El BH180 tiende a ser más dúctil y más fácil de formar; el BH220 se puede diseñar para mantener una buena tenacidad, pero las variantes de mayor resistencia a menudo sacrifican algo de elongación por límite elástico. - Implicaciones de diseño: Elija BH220 para una mayor capacidad de carga o un espesor de sección reducido; elija BH180 cuando se priorice el conformado, el doblado o la absorción de energía.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está influenciada principalmente por el contenido de carbono, la aleación combinada (templabilidad) y los residuos. Dos índices empíricos útiles:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm modificado (para evaluar la susceptibilidad al agrietamiento por frío): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ implican una soldabilidad más fácil y un menor riesgo de agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. - El BH180 normalmente tiene un equivalente de carbono menor que el BH220 si el BH220 alcanza el límite elástico mediante una relación C/Mn ligeramente mayor o una microaleación adicional; por lo tanto, el BH180 suele ser ligeramente más fácil de soldar sin precalentamiento. - La microaleación (Nb, V) puede aumentar la templabilidad localmente y requiere procedimientos de soldadura controlados (menor aporte de calor, precalentamiento/postcalentamiento) para secciones más gruesas. - Orientación práctica: Evalúe el espesor de la junta, el control del hidrógeno y el proceso de soldadura; al soldar BH220, considere el precalentamiento, el control de la temperatura entre pasadas y la combinación adecuada del material de aporte para evitar microestructuras frágiles en la ZAT.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el BH180 ni el BH220 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es la típica de los aceros al carbono. La exposición a ambientes húmedos o corrosivos requiere protección superficial.
• Estrategias de protección comunes:
• Galvanizado en caliente para resistencia a la corrosión atmosférica.
• Revestimientos/pinturas orgánicas para uso arquitectónico o en entornos marinos (con la preparación adecuada de la superficie).
• Revestimiento o chapado en entornos especialmente corrosivos.
• El índice PREN no es aplicable porque no se trata de aceros inoxidables. A modo de información adicional, el índice PREN utilizado para los aceros inoxidables es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero esto no se aplica a los aceros al carbono de baja aleación.
• Si se requiere resistencia a la corrosión en el diseño, considere la posibilidad de cambiar a un grado de acero inoxidable adecuado o aplicar recubrimientos apropiados; estas consideraciones afectarán en gran medida el costo del ciclo de vida.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: El BH180 generalmente ofrece mejor conformado en frío (doblado, estirado) debido a su menor límite elástico y mayor elongación. El BH220 se puede conformar, pero puede requerir radios de curvatura mayores o un recocido intermedio para el estirado profundo.
• Maquinabilidad: Ambos grados son mecanizables con herramientas estándar; la mayor resistencia (BH220) puede aumentar el desgaste de la herramienta y las fuerzas de corte. Seleccione velocidades de corte y avances acordes con la resistencia y la dureza.
• Procesos de corte y térmicos: Se utilizan comúnmente el corte por plasma, oxicorte y láser; las secciones más gruesas de BH220 pueden requerir parámetros ajustados debido a su mayor resistencia y posible susceptibilidad al agrietamiento térmico.
• Acabado superficial/acabado: El BH180 puede aceptar acabados superficiales más finos a un costo ligeramente menor debido a una mecanización más sencilla y una menor dureza.

8. Aplicaciones típicas

BH180 — Aplicaciones típicas	BH220 — Aplicaciones típicas
Perfiles estructurales ligeros, fabricación general, paneles interiores para automóviles, soportes de baja carga, estructuras ligeras	Componentes estructurales de servicio mediano, miembros del chasis, bastidores que requieren mayor resistencia, estructuras de transportadores donde se desean calibres más delgados
Bienes de consumo donde la formabilidad y el coste son prioritarios.	Equipos agrícolas y de construcción donde se requiere una mayor relación resistencia-peso
Componentes arquitectónicos pintados o galvanizados con cargas moderadas	Componentes que se benefician de la resistencia producida mediante TMCP con tenacidad retenida (por ejemplo, bastidores de remolque, elementos de soporte de carga media)

Justificación de la selección: - BH180: se elige cuando la conformación, la absorción de energía y el costo son primordiales; se pueden usar secciones más gruesas para cumplir con los requisitos de resistencia. - BH220: se elige cuando se desean ahorros de peso, mayor tensión admisible o secciones más delgadas, al mismo tiempo que se utiliza un acero al carbono/microaleado.

9. Costo y disponibilidad

• Costo relativo: El BH220 suele ser ligeramente más caro que el BH180 por unidad de masa debido a un procesamiento más complejo (TMCP) o a una aleación ligeramente mayor; sin embargo, el BH220 puede reducir el costo total de la pieza al permitir un menor espesor.
• Disponibilidad: Ambos productos suelen estar disponibles en placas y bobinas en los mercados regionales donde se utilizan estas denominaciones; las formas exactas del producto y el ancho de las bobinas varían según la fábrica y la región. El BH180 o sus equivalentes se encuentran prácticamente en stock en todo el mundo; el BH220 puede fabricarse bajo pedido en algunos mercados, según la demanda.

10. Resumen y recomendación

Atributo	BH180	BH220
soldabilidad	Mejor (menor equivalente de carbono en muchos casos)	Es bueno, pero podría requerir controles más estrictos para las secciones más gruesas.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor límite elástico, mayor ductilidad	Mayor rendimiento, tenacidad potencialmente similar si se utiliza TMCP; menor ductilidad
Costo	Menor coste de material por tonelada	Mayor coste de material por tonelada, pero puede reducir el peso/coste de la pieza.

Recomendaciones: - Elija BH180 si necesita facilidad de conformado y soldadura, mayor ductilidad y la aplicación tolera una menor resistencia a la fluencia; por ejemplo: piezas estructurales ligeras, componentes muy conformados y cuando el costo es un factor primordial. - Elija BH220 si necesita un límite elástico mínimo más alto para reducir el espesor de la sección o la masa manteniendo una tenacidad razonable; por ejemplo: elementos estructurales de carga media, marcos o aplicaciones donde el ahorro de peso es importante.

Nota final: Los aceros BH180 y BH220 son opciones basadas en el límite elástico dentro de la amplia gama de aceros estructurales al carbono y microaleados. Para cualquier diseño crítico, verifique la composición química exacta y los certificados de ensayos mecánicos del proveedor, confirme las normas nacionales o del proyecto aplicables y valide los procedimientos de soldadura y conformado mediante ensayos o recomendaciones del proveedor.