CRB550 vs CRB650 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las barras de refuerzo CRB550 y CRB650 son dos calidades de acero laminado en frío de alta resistencia, de uso común en aplicaciones estructurales, industriales y de infraestructura. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen evaluar las ventajas y desventajas de estas calidades al optimizar la capacidad de carga, la soldabilidad, la tenacidad, el costo y la fabricación posterior. Algunos contextos típicos de decisión incluyen la selección de una calidad para el diseño sísmico, donde la ductilidad es fundamental; la elección de una barra de mayor resistencia para reducir las dimensiones de las secciones; o la especificación de una calidad que equilibre la soldabilidad y la templabilidad para la prefabricación.

La principal diferencia práctica entre ambos grados radica en su límite elástico nominal: el CRB550 está diseñado para un límite elástico menor (aproximadamente 550 MPa), mientras que el CRB650 está diseñado para un límite elástico mayor (aproximadamente 650 MPa). Dado que el grado de mayor resistencia obtiene sus propiedades mediante una mayor aleación, un procesamiento termomecánico diferente o ambos, la comparación suele centrarse en la resistencia frente a la ductilidad/tenacidad, la soldabilidad y el coste.

1. Normas y designaciones

Entre las principales normas y sistemas de nomenclatura que abarcan las barras de refuerzo y las variantes de barras de refuerzo de alta resistencia trabajadas en frío se incluyen: - GB/China: se utilizan designaciones locales como CRB (barra laminada en frío) junto con las normas GB/T para barras de refuerzo. - EN (Normas Europeas): clases como B500 y alternativas de mayor resistencia; EN no utiliza la nomenclatura CRB directamente, pero sirve como referencia para el rendimiento. - ASTM/ASME (EE. UU.): ASTM A615/A706 para barras deformadas, A1035 para barras de refuerzo microaleadas; las variantes de alta resistencia laminadas en frío pueden estar sujetas a especificaciones de producto especiales. - JIS (Japón): normas de acero de refuerzo y productos trabajados en frío con clases mecánicas equivalentes.

Clasificación: Tanto el CRB550 como el CRB650 son aceros al carbono de baja aleación pertenecientes a la categoría de aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), y no a aceros inoxidables, para herramientas o de alta aleación. Generalmente se producen como barras corrugadas laminadas en frío (barras deformadas) o como barras estructurales con acabado en frío, según las prácticas regionales.

2. Composición química y estrategia de aleación

El objetivo del control químico de las calidades CRB es lograr un equilibrio entre resistencia, ductilidad, tenacidad y soldabilidad. Las técnicas de aleación se basan en incrementos moderados de carbono y manganeso, silicio controlado y pequeñas adiciones de elementos de microaleación (V, Nb, Ti) para favorecer el endurecimiento por precipitación y refinar el tamaño de grano. El cromo, el molibdeno y el níquel suelen limitarse o omitirse por razones de coste y soldabilidad, salvo cuando se requiere una templabilidad o resistencia ambiental específicas.

Tabla: Rangos representativos de composición química (práctica típica de la industria; consulte las especificaciones del producto para conocer los límites normativos).

Elemento	CRB550 (rangos típicos, % en peso)	CRB650 (rangos típicos, % en peso)
do	0,05 – 0,20 (extremo más delgado común)	0,08 – 0,22 (tiende a ser mayor)
Minnesota	0,30 – 1,50	0,50 – 1,60
Si	0,02 – 0,60	0,02 – 0,60
PAG	≤ 0,035 (bajo controlado)	≤ 0,035
S	≤ 0,035 (bajo controlado)	≤ 0,035
Cr	≤ 0,30 (a menudo ausente)	≤ 0,30
Ni	usualmente rastro / ausente	usualmente rastro / ausente
Mes	usualmente rastro / ausente	usualmente rastro / ausente
V	0 – 0,12 (microaleación)	0 – 0,12 (microaleación)
Nótese bien	0 – 0,06 (microaleación)	0 – 0,06
Ti	0 – 0,03 (desoxidación/estabilización)	0 – 0,03
B	trazas, controladas (nivel de ppm)	trazas, controladas (nivel de ppm)
norte	rastro, controlado	rastro, controlado

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - El carbono y el manganeso aumentan principalmente la resistencia y la templabilidad, pero reducen la soldabilidad y la ductilidad a medida que aumentan. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) permiten el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano, lo que permite mayores límites elásticos con menos carbono, mejorando la tenacidad en comparación con los enfoques equivalentes en carbono. - Los bajos niveles de P y S son cruciales para la tenacidad y la soldabilidad; el control de N afecta la precipitación y la tenacidad cuando se combina con la microaleación.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas de las barras de refuerzo de alta resistencia laminadas en frío dependen de la composición y del procesamiento termomecánico: CRB550: Se obtiene mediante una combinación de laminación en caliente controlada seguida de reducción en frío y/o enfriamiento controlado para producir una microestructura fina de ferrita-perlita o bainítica/ferrítica templada. La microaleación puede producir carburos/nitruros dispersos que refinan el tamaño de grano y contribuyen a la resistencia a la fluencia. - CRB650: Generalmente requiere mecanismos de fortalecimiento más intensos: mayor densidad de dislocaciones por deformación en frío, mayor endurecimiento por precipitación (VN, NbC) o una mayor proporción de constituyentes microestructurales más resistentes, como bainita revenida o bainita inferior. Se puede emplear el procesamiento termomecánico controlado (TMCP) con enfriamiento acelerado o temple y revenido controlados.

Respuesta al tratamiento térmico: - La normalización/refinamiento mejorará la tenacidad en ambos grados; el CRB650 puede requerir un revenido más agresivo para aliviar las tensiones y mejorar la ductilidad. - Los procesos de temple y revenido pueden producir alta resistencia en ambos grados, pero el margen de procesamiento para lograr una tenacidad adecuada sin agrietamiento se reduce para el CRB650 debido a los objetivos de mayor templabilidad y resistencia. - El laminado en frío y el posterior alivio de tensiones o el revenido a baja temperatura son prácticas comunes en las barras de refuerzo laminadas en frío para controlar las tensiones residuales y la forma.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Características típicas de las propiedades mecánicas (rangos representativos de la industria; verificar con el proveedor o la norma)

Propiedad	CRB550 (típico)	CRB650 (típico)
Límite elástico nominal (Rp0.2)	~550 MPa (grado de diseño)	~650 MPa (grado de diseño)
Resistencia a la tracción	~600 – 780 MPa	~700 – 900 MPa
Alargamiento (Agt o A%)	~10 – 18% (mayor ductilidad)	~6 – 15% (ductilidad reducida)
Resistencia al impacto (Charpy, cualitativa)	Generalmente más altas a bajas temperaturas	Inferior; requiere un procesamiento cuidadoso para cumplir con las especificaciones de impacto.
Dureza	Moderado (mecanizado/conformación más fácil)	Mayor (mayor desgaste de la herramienta)

Interpretación: El CRB650 es, por diseño, el grado más resistente, con mayor límite elástico y capacidad de tracción. Esta mayor resistencia se debe generalmente a una mayor densidad de dislocaciones, al fortalecimiento por precipitación y, en ocasiones, a un contenido ligeramente superior de carbono/manganeso. - El CRB550 generalmente ofrece mayor ductilidad y mejor absorción de energía (tenacidad), lo cual es beneficioso para cargas dinámicas y aplicaciones sísmicas. - El CRB650 de mayor resistencia tiende a tener mayor dureza y menor elongación, lo que puede afectar el doblado y los detalles de conexión.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los grados CRB está determinada por el contenido de carbono, el equivalente de carbono (temperabilidad) y los elementos de microaleación. Dos índices de uso común son:

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

y

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

Interpretación cualitativa: - Un valor más alto de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ indica una mayor templabilidad y un mayor riesgo de agrietamiento en frío en la zona afectada por el calor (ZAC) si no se aplica un precalentamiento adecuado y un tratamiento térmico posterior a la soldadura. - El CRB650, al tener una resistencia objetivo más alta y un contenido potencialmente mayor de aleación o microaleación, a menudo muestra un equivalente de carbono más alto que el CRB550 y, por lo tanto, requiere procedimientos de soldadura más conservadores (temperaturas entre pasadas controladas, menor aporte de calor o precalentamiento adecuado). - El uso de variantes de bajo carbono con microaleación (Nb, V) puede ayudar a alcanzar una mayor resistencia manteniendo $CE_{IIW}$ moderado; eso mejora la soldabilidad en comparación con simplemente aumentar el carbono. - Para la práctica de la construcción: elija metales de aporte apropiados, siga las pautas de precalentamiento/postcalentamiento, reduzca la restricción y realice la calificación del procedimiento de soldadura para CRB650 con más cuidado que para CRB550.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el CRB550 ni el CRB650 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es la de un acero al carbono o de baja aleación. Los métodos de protección habituales incluyen la galvanización (en caliente), imprimaciones ricas en zinc, recubrimientos epoxi o recubrimientos bituminosos/termoplásticos para aplicaciones enterradas o en ambientes marinos.
• Si una aplicación requiere resistencia inherente a la corrosión (ambientes con cloruros, costeros, marinos), especifique barras de refuerzo de acero inoxidable o aleaciones dúplex; los grados CRB no son sustitutos del acero inoxidable.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a las barras de refuerzo de carbono/HSLA, pero a modo de referencia en materiales inoxidables:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}.$$

• Orientación práctica: los grados de mayor resistencia no tienen una penalización intrínseca por corrosión, pero los tratamientos superficiales deben aplicarse con cuidado; las capas superficiales frágiles derivadas de tratamientos térmicos o recubrimientos inadecuados pueden promover el agrietamiento en CRB650.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: La mayor dureza del CRB650 aumenta el desgaste de la herramienta y puede requerir equipos de corte de mayor potencia o cambios de herramienta más frecuentes que el CRB550.
• Doblado/conformado: El acero CRB550 generalmente tolera radios de curvatura más ajustados y el conformado en frío con menor riesgo de agrietamiento. Para el acero CRB650, utilice radios de curvatura mayores y siga las instrucciones de doblado del fabricante o realice pruebas de doblado.
• Roscado y empalme mecánico: las barras de mayor resistencia pueden requerir perfiles especiales de laminado de roscas y límites de par específicos. El mecanizado para conexiones o acoplamientos mecánicos debe tener en cuenta la menor ductilidad y la mayor dureza.
• Acabado superficial y enderezado: el CRB650 de mayor resistencia puede retener una mayor recuperación elástica después del conformado y puede ser necesaria una compensación de la recuperación elástica en las herramientas de fabricación.

8. Aplicaciones típicas

Usos del CRB550	Usos del CRB650
Hormigón armado general para edificios, puentes y cimientos donde se requiere alta resistencia y buena ductilidad.	Elementos de alta capacidad donde la reducción del tamaño de la sección es crítica (losas con recubrimiento limitado, zonas de refuerzo congestionadas)
Detalles sísmicos y estructuras donde la ductilidad y la disipación de energía son prioritarias.	Componentes prefabricados y pretensados ​​donde la alta resistencia a la tracción permite reducir las secciones transversales y el peso.
Los conjuntos prefabricados en los que resulta beneficioso soldar y doblar con mayor facilidad son beneficiosos.	Estructuras industriales pesadas, columnas y vigas de alta carga, o refuerzo de reacondicionamiento donde la alta resistencia minimiza las intervenciones.
Infraestructura donde se necesita un equilibrio entre coste y rendimiento	Aplicaciones de ingeniería especializadas que requieren la máxima relación resistencia-peso

Justificación de la selección: elija CRB550 cuando la ductilidad, la facilidad de conformado y la soldadura sencilla sean necesidades primordiales; elija CRB650 cuando la eficiencia estructural, el tamaño reducido de la sección o una mayor capacidad de carga sean decisivos y el proyecto pueda adaptarse a controles de soldadura y fabricación más estrictos.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El CRB650 suele tener un precio superior al del CRB550 debido a su mayor contenido de aleación, un procesamiento termomecánico adicional y un control de calidad más estricto. El sobreprecio varía según el mercado, la cantidad y el formato del producto.
• Disponibilidad: Las prácticas estándar y la capacidad de producción favorecen el CRB550 en muchas regiones; el CRB650 puede ser menos común y estar disponible con mayor probabilidad en lotes específicos de bobinas procesadas o en productos personalizados. Los plazos de entrega para el CRB650 pueden ser prolongados si los proveedores deben programar un procesamiento especial.
• Formatos del producto: La disponibilidad varía según el formato: bobina, barras rectas, barras roscadas o barras cortadas a medida. Los acabados laminados en frío y las deformaciones generan limitaciones de suministro.

10. Resumen y recomendación

Tabla que resume las principales ventajas e inconvenientes:

Criterio	CRB550	CRB650
Soldabilidad	Mejor (menor riesgo de CE)	Más exigente (mayor potencial CE)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena tenacidad y ductilidad con resistencia moderada	Mayor resistencia, menor ductilidad; la tenacidad depende del procesamiento.
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendación: - Elija CRB550 si necesita un equilibrio confiable entre ductilidad, facilidad de fabricación y soldabilidad para hormigón armado en general, detalles sísmicos o cuando el suministro estándar y un menor costo sean prioridades. - Elija CRB650 si el objetivo principal es maximizar la capacidad de carga por área, reducir el tamaño o el peso de los miembros, o cumplir con objetivos estrictos de capacidad estructural y su proyecto puede adaptarse a controles más estrictos de soldadura, manipulación y fabricación.

Nota final: Verifique siempre los límites químicos y mecánicos exactos con los certificados de fábrica del proveedor y las especificaciones del proyecto. Cuando la soldadura o la tenacidad a bajas temperaturas sean críticas, realice la calificación del procedimiento de soldadura y pruebas de impacto en el lote de material real para confirmar el cumplimiento de los requisitos de diseño.