CR4 vs CR5 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros CR4 y CR5 son grados de acero de bajo carbono laminados en frío, ampliamente utilizados en aplicaciones de chapa donde la calidad de conformado, el acabado superficial y el control dimensional son cruciales. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo deben elegir entre ellos al especificar materiales para paneles automotrices estampados, carcasas de electrodomésticos embutidas o gabinetes fabricados con precisión. La selección suele buscar un equilibrio entre la conformabilidad, la resistencia y el costo, así como las limitaciones de los procesos posteriores, como la soldadura y el recubrimiento.

La principal diferencia práctica entre ambos grados radica en su idoneidad relativa para operaciones de embutición severas: un grado está optimizado para una conformabilidad de embutición profunda muy alta (mejor embutibilidad y capacidad de rebordeado), mientras que el otro ofrece un equilibrio ligeramente superior entre resistencia y ductilidad para aplicaciones donde la severidad de la embutición es moderada. Debido a que ambos grados se laminan en frío y se recocen para producir una microestructura ferrítica fina y una condición superficial controlada, se comparan frecuentemente durante la selección de materiales para la producción con alta intensidad de conformado.

1. Normas y designaciones

Los aceros laminados en frío de uso general y para embutición están cubiertos por múltiples normas nacionales e internacionales. Si bien la nomenclatura CR4/CR5 se utiliza comúnmente en catálogos comerciales y de proveedores, en estas especificaciones se encuentran grados equivalentes o relacionados:

• ASTM / ASME: A1008 / A1008M (laminado en frío, calidad comercial, variantes de calidad para embutición)
• EN: EN 10130 (aceros no aleados reducidos en frío para conformado en frío)
• JIS: G3141 (aceros laminados en frío y grados de embutición profunda disponibles comercialmente)
• GB/T (China): Diversas normas sobre chapa laminada en frío que abarcan aceros de trefilado de bajo carbono.

Clasificación: Tanto el CR4 como el CR5 son aceros laminados en frío sin aleación y de bajo carbono (no inoxidables, no aceros para herramientas, no HSLA) generalmente destinados a aplicaciones de conformado en frío y de superficie expuesta.

2. Composición química y estrategia de aleación

La composición química de los aceros CR4 y CR5 es intencionadamente simple: muy bajo contenido de carbono, silicio y manganeso estrictamente controlados, e impurezas mínimas (P, S). Las adiciones de microaleación (Ti, Nb, V, B) suelen estar ausentes o presentes en bajas concentraciones en los aceros de trefilado estándar; cuando están presentes, se controlan cuidadosamente debido a que afectan al tamaño de grano, la recristalización y la conformabilidad.

Elemento	CR4 (estrategia típica)	CR5 (estrategia típica)
do	Muy bajo — se mantuvo al mínimo para maximizar la conformabilidad y la soldabilidad	Extremadamente bajo — optimizado aún más para mejorar la capacidad de embutición y reducir la templabilidad
Minnesota	Controlado (moderado) para mejorar la fuerza y ​​el rodamiento.	Controlado; a menudo similar a CR4
Si	Bajo — control de desoxidación; limitado para evitar la fragilidad	Bajo — razonamiento similar
PAG	Estrictamente limitado (impureza)	Estrictamente limitado
S	Controlado (a menudo ≤0,01–0,02%)	Controlado; puede ser menor para una mejor calidad de la superficie.
Cr, Ni, Mo	Normalmente, son trazas o están ausentes en los grados de dibujo estándar.	Normalmente trazas o ausentes
V, Nb, Ti	Generalmente no se añaden deliberadamente a las aleaciones CR estándar; si están presentes, son en niveles de microaleación muy bajos.	Puede modificarse en cantidades ínfimas en variantes especiales para adaptar la textura, pero no es común en el CR5 estándar.
B	No es típico en la calidad de dibujo de las calificaciones CR	No es típico
norte	Bajo y controlado	Bajo y controlado

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: factor determinante de la resistencia y la templabilidad; un menor contenido de carbono mejora la ductilidad y la soldabilidad, pero reduce la resistencia en estado laminado. - Manganeso y silicio: proporcionan desoxidación y un fortalecimiento moderado; un exceso de Mn puede aumentar el CE y perjudicar la soldabilidad. - Microaleación e impurezas: la microaleación en pequeñas cantidades puede refinar el tamaño del grano, pero debe equilibrarse con los efectos de textura que influyen en la capacidad de embutición profunda.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: Tanto el acero CR4 como el CR5 se procesan para obtener una microestructura predominantemente ferrítica (hierro α) con granos finos y equiaxiales tras el recocido y la recristalización. El tamaño final del grano y la textura cristalográfica (plano y direccionalidad de los granos) son cruciales para el rendimiento del embutido profundo.

Rutas de procesamiento y efectos típicos: - Recocido de recristalización (recocido continuo o por lotes) seguido de enfriamiento controlado y posible laminado de piel: Produce una microestructura ferrítica uniforme y fina y una textura cristalográfica que rige la anisotropía planar (valor r) y la capacidad de embutición profunda. - Normalización: No es típica de los aceros para trefilado laminados en frío; se utiliza raramente cuando se requiere una microestructura diferente. - Temple y revenido: No aplicable — Los grados CR son aceros no tratables térmicamente destinados al conformado en frío. - Procesamiento termomecánico: En variantes a medida, los ciclos controlados de laminación y recocido pueden refinar el tamaño del grano y controlar la textura para mejorar la capacidad de embutición y la capacidad de estiramiento de las bridas.

Las variantes CR5 destinadas a embutición profunda extrema a menudo reciben ciclos de recocido y programas de laminación optimizados para producir un valor r promedio más alto y una anisotropía planar más favorable, reduciendo así el adelgazamiento local durante la embutición severa.

4. Propiedades mecánicas

En el caso de los aceros de trefilado laminados en frío, los valores absolutos varían según el proveedor, el temple y el recocido final. La comparación relevante es el rendimiento relativo en cuanto a resistencia, ductilidad y tenacidad.

Propiedad	CR4 (típico)	CR5 (típico)
Resistencia a la tracción	Moderado — se ajusta a los rangos de chapa laminada en frío con bajo contenido de carbono.	Similar o ligeramente inferior (a cambio de una mayor capacidad de conformado)
límite elástico	Moderado	A menudo ligeramente más bajo para mejorar la capacidad de dibujo.
Alargamiento (ductilidad)	Bien	Mayor — optimizado para dibujo profundo
Tenacidad al impacto	Se conserva bien a temperatura ambiente.	Comparable; el enfoque está en la ductilidad más que en la mejora del impacto.
Dureza	De bajo a moderado (recocido suave)	Baja — más blanda para permitir mayor deformación antes del estrechamiento

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil y por qué? - El CR4 proporciona una combinación equilibrada de resistencia y conformabilidad para numerosas operaciones de estampado. - El CR5 está optimizado para una mayor conformabilidad (mayor elongación y mejor resistencia al adelgazamiento localizado) y, por lo tanto, normalmente presenta una resistencia a la fluencia y a la tracción ligeramente inferiores en estado recocido, al tiempo que ofrece una ductilidad mejorada para conformados severos.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros laminados en frío para trefilado suele ser buena debido a su muy bajo contenido de carbono. Las evaluaciones generalmente utilizan fórmulas de equivalencia de carbono para estimar la susceptibilidad al agrietamiento en frío en la zona afectada por el calor.

Índices comunes de soldabilidad: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula internacional de soldabilidad (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una mejor soldabilidad y menores requisitos de precalentamiento. Tanto el CR4 como el CR5 tienen bajo contenido de carbono y una aleación mínima, por lo que sus equivalentes de carbono suelen ser bajos y se sueldan fácilmente mediante métodos comunes (MIG/MAG, TIG, soldadura por resistencia) con prácticas estándar. El contenido ligeramente menor de carbono y las impurezas controladas del CR5 le confieren, en general, una ligera ventaja en soldabilidad para aplicaciones complejas de espesor reducido donde es importante minimizar el riesgo de fragilización en la zona afectada por el calor (ZAC). Sin embargo, debido a que el CR5 puede ser más blando, se debe controlar la distorsión de la soldadura y el aporte térmico.

6. Corrosión y protección de superficies

Ni el CR4 ni el CR5 son inoxidables; por lo tanto, se requieren estrategias de protección contra la corrosión para aplicaciones expuestas.

• Protecciones comunes: galvanizado en caliente, electrogalvanizado, recubrimientos de bobinas, recubrimientos de conversión y sistemas de pintura orgánica.
• Preparación de la superficie: El decapado y el fosfatado o el pretratamiento se utilizan comúnmente para promover la adhesión del recubrimiento.

Cuando los índices de tipo inoxidable son relevantes: - Para los aceros inoxidables se utiliza el número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - La normativa PREN no se aplica a los grados CR porque el Cr y el Mo están presentes en niveles insignificantes. La resistencia a la corrosión de CR4/CR5 debe lograrse mediante recubrimientos y diseño (por ejemplo, drenaje, protección de bordes).

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se mecanizan y cortan de forma similar; la formación de rebabas está controlada por la calidad de la chapa y las herramientas.
• Flexión: El CR5 generalmente tolera radios de curvatura más ajustados y una flexión por estiramiento más severa sin agrietarse debido a su ductilidad superior y control de anisotropía.
• Embutición/conformado: Esta es la zona decisiva. El CR5 está diseñado para una mayor capacidad de embutición profunda, lo que se traduce en un mejor rendimiento del cordón de embutición, una mayor capacidad de rebordeado por estiramiento y una menor tendencia a la formación de orejas en la embutición de copas. El CR4 ofrece una buena conformabilidad para operaciones de estampado estándar, pero puede requerir herramientas o lubricación modificadas para altas relaciones de embutición.
• Acabado: El acabado superficial y el control de la capa superficial son similares; las variantes CR5 destinadas a paneles visibles críticos pueden recibir tolerancias de calidad superficial más estrictas y menores inclusiones.

Nota práctica: La selección del material depende de las herramientas, la lubricación, la fuerza de sujeción de la pieza y el temple. Un material con alta capacidad de embutición puede reducir la recuperación elástica y los defectos de conformado, pero aun así es necesario optimizar los parámetros del proceso.

8. Aplicaciones típicas

CR4 — Usos típicos	CR5 — Usos típicos
Paneles exteriores de automóviles generales con dibujo moderado	Paneles interiores de automóviles de alta complejidad y componentes de carrocería sometidos a esfuerzos intensos.
Paneles de electrodomésticos (lavadoras, secadoras) con moldeado moderado	Carcasas y componentes de electrodomésticos embutidos con geometría exigente
Armarios eléctricos y gabinetes fabricados	Piezas en bruto complejas para utensilios de cocina/artículos del hogar y componentes de múltiples extracciones (donde se aplican revestimientos aptos para uso alimentario).
Fabricación general donde el equilibrio de costes es importante	Procesos de estampado de alto volumen que requieren un mínimo de rechazo por adelgazamiento o arrugas.

Justificación de la selección: - Elija CR4 cuando la severidad del conformado sea moderada, cuando se necesite un equilibrio entre resistencia y conformabilidad, y cuando el costo sea una preocupación primordial. - Elija CR5 para piezas que requieran múltiples estirados, altas relaciones de estirado, mínimo adelgazamiento y tolerancias estéticas/funcionales estrictas.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El CR5 generalmente tiene un precio ligeramente superior al CR4 debido al control más estricto de la química, los ciclos de recocido y el control de textura necesarios para lograr una capacidad de estiramiento muy alta.
• Disponibilidad: El acero CR4 está ampliamente disponible en las principales acerías y centros de servicio en diversos formatos (bobinas, láminas cortadas). El acero CR5 puede ser menos común y, en algunas regiones, se ofrece como producto especial o de alta calidad para trefilado; los plazos de entrega pueden variar según los requisitos de recubrimiento y temple.
• Formatos del producto: Ambos grados se suministran habitualmente en bobinas laminadas en frío y en longitudes cortadas; las formas galvanizadas y prepintadas están ampliamente disponibles para CR4 y CR5 cuando se solicita protección contra la corrosión, aunque los lotes específicos de CR5 recubiertos pueden ser más limitados.

10. Resumen y recomendación

Métrico	CR4	CR5
Soldabilidad	Bien	Muy bueno (ligeramente mejor debido a un menor contenido de carbono e impurezas).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado	Resistencia ligeramente inferior pero mayor ductilidad para el conformado
Costo	Más bajo	Mayor (prima por mayor capacidad de conformado)

Recomendación: - Elija CR4 si necesita una chapa laminada en frío rentable para estampado estándar, paneles estructurales ligeros y aplicaciones donde la severidad del conformado es moderada y donde la disponibilidad y la seguridad del suministro son prioritarias. - Elija CR5 si sus piezas requieren un embutido profundo severo o de varias etapas con tolerancias estrictas en cuanto a adelgazamiento y formación de orejas, si necesita la mayor ductilidad planar y capacidad de embutición de una lámina laminada en frío que no sea de acero inoxidable, o si minimizar el rechazo de piezas por problemas de conformabilidad es fundamental a pesar de una modesta prima de material.

Orientación práctica final: especifique el temple, el recubrimiento y el acabado superficial requeridos en los documentos de adquisición; solicite datos del proveedor sobre el valor r (anisotropía planar) y el rendimiento de la prueba de embutición tanto para CR4 como para CR5 para validar la conformabilidad en el mundo real para el troquel y el sistema de lubricación previstos.