CR3 vs CR4 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros CR3 y CR4 son grados comerciales de acero laminado en frío que se utilizan comúnmente en aplicaciones de conformado y estructurales en los sectores automotriz, de electrodomésticos y de fabricación en general. Los ingenieros y los profesionales de compras a menudo deben elegir entre ellos al equilibrar la conformabilidad, la resistencia, el costo y los procesos posteriores (recubrimiento, soldadura o conformado). Algunos contextos típicos de decisión incluyen la selección de un grado para embutición profunda frente a estampado moderado, la elección de un material compatible con líneas de recubrimiento específicas o la optimización del rendimiento de las piezas minimizando la recuperación elástica y el agrietamiento.

La principal distinción técnica entre ambos es que el CR4 está posicionado para proporcionar un rendimiento de conformado mejorado (mayor ductilidad y capacidad de embutición) en comparación con el CR3; ambos son variaciones de aceros laminados en frío de bajo carbono con una composición química y propiedades mecánicas superpuestas, y la selección a menudo está determinada por la ruta de procesamiento y los requisitos de acabado más que por composiciones químicas de aleación radicalmente diferentes.

1. Normas y designaciones

• Normas y sistemas comunes en los que aparecen los aceros laminados en frío (descritos comercialmente como CR1–CR4 o bandas de calidad similares):
• EN (europeo): EN 10130 (productos planos de acero de bajo carbono laminados en frío para conformado en frío) y especificaciones de productos relacionadas.
• ASTM/ASME: No existe una designación universal "CR3/CR4" en ASTM; aceros similares se especifican mediante normas de producto y requisitos de propiedades mecánicas.
• JIS (Japón): Las láminas y tiras laminadas en frío tienen sistemas de clasificación (por ejemplo, SPCC, SPCD) en lugar de etiquetas CR3/CR4, pero existen clases funcionalmente comparables.
• GB (China): Normas nacionales para aceros laminados en frío (por ejemplo, series Q195–Q345 y equivalentes laminados en frío).
• Clasificación: Tanto el CR3 como el CR4 son aceros de bajo carbono laminados en frío (no inoxidables, no aptos para herramientas, no de alta aleación) pertenecientes a la familia de los aceros al carbono. No son inoxidables ni de alta aleación por defecto, aunque existen variantes microaleadas para aplicaciones específicas.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se presenta una comparación cualitativa representativa de los componentes químicos de CR3 y CR4. Las composiciones exactas dependen del proveedor y de las normas; verifique con los certificados de fábrica para la adquisición o el diseño.

Elemento	Nivel típico — CR3	Nivel típico — CR4	Notas
C (carbono)	Bajo (muy bajo a bajo)	Bajo (a menudo en el extremo inferior de CR3)	Un menor valor efectivo de C mejora la formabilidad y la soldabilidad.
Mn (manganeso)	Bajo-moderado	Bajo-moderado	El Mn favorece la resistencia y la desoxidación; se controla para limitar la endurecimiento.
Si (silicio)	Trazas bajas	Trazas bajas	Desoxidante; un exceso reduce la moldeabilidad.
P (fósforo)	Muy bajo	Muy bajo	Mantener a baja temperatura para evitar la fragilidad.
S (azufre)	Muy bajo	Muy bajo	Minimizados; los sulfuros pueden ayudar a la maquinabilidad pero perjudican la conformabilidad.
Cr, Ni, Mo	Generalmente traza/ausente	Generalmente traza/ausente	Si procede, indique los grados de aleación en lugar de los grados estándar CR3/CR4.
V, Nb, Ti	Trazas (microaleación posible)	Trazas (microaleación posible)	La microaleación puede utilizarse para el control de la resistencia en variantes.
B	Rastro (raro)	Rastro (raro)	Se utiliza ocasionalmente en pequeñas cantidades para el control de la templabilidad en productos aleados.
norte	Rastro	Rastro	El nitrógeno puede afectar ligeramente al endurecimiento por cocción y a la conformabilidad.

Estrategia de aleación: Para CR3/CR4, se prioriza mantener un contenido muy bajo de carbono, además de un control preciso de Mn y Si para garantizar una buena conformabilidad en frío y soldabilidad. Las aleaciones CR4 se producen o procesan térmicamente para mejorar su ductilidad (por ejemplo, mediante recocido a baja temperatura, enfriamiento controlado o recocido intercrítico) en lugar de realizar cambios drásticos en los elementos de aleación.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas: Tanto el CR3 como el CR4 presentan típicamente una microestructura ferrítica (cúbica centrada en el cuerpo, BCC) con perlita fina o un contenido muy bajo de carburos, dependiendo del carbono y su historial térmico. Cuando se producen como lámina laminada en frío con bajo contenido de carbono y recocido, es común una estructura casi totalmente ferrítica con carburos/nitruros muy finos distribuidos uniformemente.
• Efectos de procesamiento:
• Recocido de recristalización (común en chapa laminada en frío): Produce una matriz ferrítica blanda, dúctil y de grano fino que maximiza la conformabilidad. El acero CR4 suele suministrarse con recocidos o programas de enfriamiento controlado optimizados para una mayor elongación y una menor resistencia a la fluencia, lo que facilita el embutido profundo.
• Templado/endurecimiento por horneado: Las variantes endurecibles por horneado se pueden producir controlando el carbono y el nitrógeno disueltos; estos tratamientos aumentan el rendimiento después de los ciclos de pintura/horneado y se encuentran en aplicaciones automotrices.
• Procesamiento termomecánico: Si el proveedor aplica laminación termomecánica + enfriamiento controlado, la microestructura puede refinarse para lograr un mejor equilibrio entre resistencia y conformabilidad; estos tratamientos son más típicos cuando se requieren objetivos mecánicos específicos y pueden difuminar las distinciones entre CR3 y CR4.
• Templabilidad: Ambos grados presentan baja templabilidad debido a su bajo contenido de carbono y aleación; responden mal al endurecimiento total, pero bien a los tratamientos superficiales y al trabajo en frío.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas representativas de los aceros de bajo carbono laminados en frío se ven más influenciadas por los ciclos de reducción en frío y recocido que por las clasificaciones estrictas. La tabla a continuación resume el comportamiento típico; verifique los informes de pruebas de fábrica para la adquisición.

Propiedad	CR3 (comportamiento típico)	CR4 (comportamiento típico)	Implicación práctica
Resistencia a la tracción	Moderado	Moderado; a menudo similar o ligeramente inferior	Existe solapamiento; la resistencia a la tracción se controla mediante trabajo en frío/recocido.
límite elástico	Moderado	A menudo más bajas (para mejorar la conformabilidad)	Un menor rendimiento reduce la recuperación elástica y facilita el conformado.
Alargamiento (%)	Bien	Superior a CR3 (ductilidad mejorada)	Se prefiere CR4 para dibujo profundo/formas complejas.
Tenacidad al impacto	Adecuado a temperatura ambiente	Similar o ligeramente mejor si se refina el tamaño del grano.	No es un factor diferenciador principal a temperatura ambiente.
Dureza (HB o HRC)	Bajo-medio	Generalmente más bajo (temperamento más suave)	El temple más blando del CR4 facilita el conformado y reduce el desgaste de las herramientas durante el proceso.

Explicación: El CR4 se suministra o procesa habitualmente para obtener un menor límite elástico y una mayor elongación para una mejor conformación; el CR3 puede utilizarse cuando una mayor resistencia o un ahorro de costes son importantes y los requisitos de conformación son menos exigentes.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros de bajo carbono laminados en frío es generalmente buena debido a sus bajos equivalentes de carbono, pero la composición local y la microaleación influyen en la susceptibilidad al agrietamiento en frío y al endurecimiento de la ZAT.

Fórmulas útiles de equivalencia de carbono (interpretar cualitativamente; no sustituir la composición numérica sin verificación): - Equivalente de carbono del Instituto Internacional de Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM más completo: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Tanto CR3 como CR4 suelen presentar valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ debido a su muy bajo contenido de carbono y aleación, lo que indica una soldabilidad favorable con procesos de fusión estándar y metales de aporte comunes. - El menor contenido de carbono efectivo y el temple más blando del CR4 generalmente reducen el riesgo de endurecimiento de la ZAT y la susceptibilidad al agrietamiento en frío, lo que hace que los requisitos de tratamiento térmico previo al calentamiento y posterior a la soldadura sean menos exigentes en comparación con los aceros de mayor resistencia. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti), cuando están presentes en niveles traza, pueden aumentar localmente la templabilidad; especifique el procedimiento de soldadura en función de la composición certificada y utilice temperaturas de precalentamiento/entre pasadas adecuadas si el contenido de microaleación aumenta $P_{cm}$.

6. Corrosión y protección de superficies

• Naturaleza no inoxidable: Ni el CR3 ni el CR4 son inoxidables; su resistencia a la corrosión es la típica del acero de bajo carbono sin alear. Para servicio atmosférico o en exteriores, se requieren sistemas de protección.
• Las protecciones comunes incluyen galvanizado en caliente, galvanizado electrolítico, recubrimientos de zinc-hierro, sistemas de pintura orgánica, recubrimientos en polvo y recubrimientos de conversión (fosfato). La selección depende del entorno previsto, el proceso de conformado (recubrimiento antes o después del conformado) y las restricciones de COV o del proceso de pintura.
• Índices de acero inoxidable: PREN no se aplica a CR3/CR4 porque no son aleaciones de acero inoxidable. Para aceros inoxidables, se utilizaría: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Prácticas de recubrimiento: Para aplicaciones de embutición profunda, considere recubrimientos posteriores o compatibles con el proceso que toleren las tensiones de conformado; por ejemplo, galvanizado electrolítico o ciertos recubrimientos orgánicos adaptados a la conformabilidad del grado para evitar el agrietamiento.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: El CR4 está diseñado para una mejor conformabilidad (mayor elongación uniforme, menor límite elástico), lo que lo hace preferible para embutición profunda, estampado complejo y piezas que requieren radios de curvatura reducidos. La recuperación elástica tiende a ser menor en el CR4 con temple más blando.
• Doblado y estampado: El acero CR4 tolera mayor tensión antes de la estricción. La vida útil de las herramientas puede mejorar al trabajar con materiales más blandos, pero puede requerir atención al ajuste de la holgura de la matriz y la lubricación para evitar defectos superficiales.
• Corte y troquelado: Ambos grados se mecanizan y cortan de forma similar; las inclusiones muy bajas y la calidad de superficie controlada (a menudo asociadas con números CR más altos) reducen el agrietamiento de los bordes y las rebabas.
• Maquinabilidad: Los aceros de bajo carbono tienen una maquinabilidad aceptable; las variantes sulfuradas o con plomo son más maquinables pero menos conformables; estas no son típicas para el acero CR4, cuyo objetivo es la conformabilidad.
• Acabado superficial: El CR4 a menudo se suministra con acabados superficiales y lubricantes para bobinas optimizados para el conformado; seleccione lubricantes de conformado y materiales de troquel adecuados para preservar la calidad de la superficie.

8. Aplicaciones típicas

CR3 — Usos típicos	CR4 — Usos típicos
Paneles estructurales ligeros, fabricación general donde el conformado es moderado	Componentes embutidos: paneles interiores de automóviles, carcasas complejas
Aplicaciones en las que se acepta una resistencia ligeramente superior en el momento de la entrega	Componentes internos de electrodomésticos, componentes domésticos de alto consumo
Paneles revestidos donde no se requiere un conformado severo	Piezas que requieren radios de curvatura ajustados y una alta calidad superficial después del conformado
Piezas sensibles al coste con necesidades de conformado moderadas	Piezas estampadas críticas donde la conformabilidad limita el rendimiento de producción

Justificación de la selección: Elija CR4 cuando la complejidad de conformado y la integridad de la pieza durante el embutido/estampado profundo sean los requisitos principales. Elija CR3 cuando el conformado sea moderado, el coste sea un factor crítico y se acepte una mayor resistencia inicial o una ductilidad ligeramente inferior.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El CR4 suele ser competitivo en precio con el CR3 en grandes volúmenes debido a la similitud de su composición química base; sin embargo, los procesos de fabricación (recocidos especiales o acabados superficiales) para lograr una mejor conformabilidad pueden incrementar su precio. En muchos mercados, el CR4 tiene un precio ligeramente superior al del CR3 cuando se suministra con una conformabilidad mejorada certificada o con tratamientos de recocido específicos.
• Disponibilidad por formato: Ambos grados suelen estar disponibles en bobinas laminadas en frío, láminas y tochos cortados a medida. La disponibilidad depende de los inventarios regionales de las acerías y de si el cliente solicita un procesamiento adicional (por ejemplo, laminado de acabado, recocido especial o recubrimiento previo).
• Consejo de compras: Especifique las propiedades mecánicas requeridas (límite elástico, elongación, resistencia a la tracción) y los requisitos de conformado en lugar de solo la etiqueta CR3/CR4; esto garantiza que las acerías puedan suministrar la ruta de procesamiento adecuada y reduce la ambigüedad en los precios.

10. Resumen y recomendación

Atributo	CR3	CR4
Soldabilidad	Bueno (equivalente C bajo)	Generalmente igual o mejor (un temple más suave reduce el riesgo en la zona afectada por el calor).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada con tenacidad adecuada	Rango de resistencia a la tracción similar, pero con una mayor ductilidad y menor límite elástico.
Costo	De bajo a moderado (depende del procesamiento)	Es posible un ligero recargo por una mayor capacidad de conformado.

Recomendación: - Elija CR3 si necesita un acero de bajo carbono laminado en frío rentable para piezas con demandas de conformado moderadas, donde un rendimiento ligeramente superior o un inventario disponible sean importantes. - Elija CR4 si la pieza requiere una formabilidad superior o un embutido profundo (minimizando el agrietamiento y la recuperación elástica), una mejor calidad de la superficie después del conformado, o cuando la robustez del proceso en el estampado es fundamental.

Nota final sobre adquisiciones e ingeniería: Dado que las etiquetas CR3 y CR4 pueden tener diferentes usos por parte de las acerías y los proveedores regionales, la práctica más segura es definir las propiedades mecánicas requeridas (límite elástico, resistencia a la tracción, elongación), el acabado superficial y cualquier requisito de recubrimiento o cocción en los documentos de compra. Solicite los certificados de ensayo de la acería y, cuando el conformado sea fundamental, realice ensayos de conformado o solicite datos de conformabilidad (p. ej., embutición Erichsen, altura límite de la cúpula) para validar el grado seleccionado.