EH36 vs FH36 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Los aceros EH36 y FH36 son aceros de alta resistencia para la construcción naval, comúnmente especificados para cascos y elementos estructurales donde se requiere un equilibrio entre resistencia, tenacidad y soldabilidad. Al elegir entre ambos, los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas, como la tenacidad a bajas temperaturas frente al costo, la soldabilidad frente al espesor admisible y la facilidad de fabricación frente al rendimiento en servicio.
La principal diferencia práctica en la industria radica en el desempeño de cada grado en secciones de placa muy gruesas y bajo condiciones de servicio exigentes a bajas temperaturas. Dado que ambos son aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) diseñados para estructuras marinas, a menudo se comparan directamente al especificar placas gruesas para elementos principales del casco, estructuras marinas y otras fabricaciones críticas. La composición exacta y las garantías mecánicas varían según la especificación y la fábrica, por lo que la selección debe basarse en el código pertinente y los certificados de ensayo de la fábrica.
1. Normas y designaciones
- Contextos de especificación comunes donde aparecen EH36 y FH36:
- Sociedades de clasificación y normas de construcción naval (por ejemplo, ABS, DNV/GL, Lloyd's Register).
- Normas nacionales e internacionales para acero y productos, y sus equivalentes (por ejemplo, las categorías de construcción naval ASTM/ASME, EN, JIS y diversas normas GB). Las referencias cruzadas exactas dependen de la autoridad y del formato del producto (placa, bobina).
- Tipo de material: tanto el EH36 como el FH36 son aceros al carbono de alta resistencia y baja aleación (HSLA) diseñados para uso estructural marino (no son aceros inoxidables ni para herramientas). No son aceros inoxidables y requieren protección superficial para resistir la corrosión.
2. Composición química y estrategia de aleación
La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos que se observan con frecuencia en los grados HSLA de la serie «36» para la construcción naval. Estos rangos son ilustrativos; para conocer los valores críticos del proyecto, se deben consultar los certificados de fábrica y la especificación correspondiente.
| Elemento | Rango típico, EH36 (en peso %) | Rango típico, FH36 (en peso %) |
|---|---|---|
| do | 0,08 – 0,18 | 0,08 – 0,20 |
| Minnesota | 0,70 – 1,60 | 0,70 – 1,60 |
| Si | 0,10 – 0,50 | 0,10 – 0,50 |
| PAG | ≤ 0,035 (máx.) | ≤ 0,035 (máx.) |
| S | ≤ 0,035 (máx.) | ≤ 0,035 (máx.) |
| Cr | 0,00 – 0,30 | 0,00 – 0,30 |
| Ni | 0,00 – 0,50 | 0,00 – 0,50 |
| Mes | 0,00 – 0,10 | 0,00 – 0,10 |
| V | traza – 0,08 | traza – 0,08 |
| Nb (Nb/Ta) | traza – 0,06 | traza – 0,06 |
| Ti | traza – 0,02 | traza – 0,02 |
| B | trazas (ppm) | trazas (ppm) |
| norte | ≤ 0,012 (típico) | ≤ 0,012 (típico) |
Notas: - Ambos grados se basan en la microaleación (Nb, V, Ti) y en una química controlada para lograr una microestructura de ferrita-perlita/ferrítica microaleada de grano fino que proporciona una alta resistencia a la fluencia con una tenacidad aceptable. - Se utilizan ligeras variaciones químicas (por ejemplo, un control más estricto del azufre, el uso de adiciones de microaleaciones o pequeñas adiciones de Ni/Cr) para adaptar la templabilidad, la tenacidad a bajas temperaturas y el rendimiento a través del espesor en placas muy gruesas. - Las formulaciones FH36 a menudo se ajustan para garantizar propiedades en secciones más gruesas; EH36 puede producirse con una química y un procesamiento optimizados para una mayor tenacidad a bajas temperaturas en servicio.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
Microestructuras típicas: Ambos grados se producen para obtener una microestructura ferrítica principalmente de grano fino con perlita distribuida y precipitados de microaleación. Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) refinan el tamaño de grano y proporcionan endurecimiento por precipitación. - En las placas laminadas en caliente y laminadas termomecánicamente (TMCP), puede aparecer una mezcla bainítica/ferrítica dependiendo de las velocidades de enfriamiento y el contenido de aleación.
Tratamiento térmico y rutas de proceso: - Normalización: puede utilizarse para refinar el tamaño del grano y mejorar la uniformidad en secciones gruesas, pero no siempre se realiza en planchas de barcos grandes debido a su coste. - Temple y revenido: no es típico de las planchas navales estándar EH36/FH36; estas son principalmente aceros procesados termomecánicamente y laminados de forma controlada, no aceros aleados templados y revenidos. - Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): común en ambos grados para lograr alta resistencia y buena tenacidad sin tratamiento térmico adicional. El TMCP proporciona propiedades favorables a través del espesor en placas controladas adecuadamente. - Rutas de placas muy gruesas: para secciones ultra gruesas, el enfriamiento controlado y la química adaptada (ligeramente menor contenido de carbono, estrategia de microaleación) son fundamentales para evitar bandas de grano grueso y mantener la tenacidad a través del espesor; las designaciones y entregas de FH36 se optimizan comúnmente para estas condiciones.
4. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del espesor de la chapa, el proceso de laminación y las especificaciones de control. La tabla siguiente resume los rangos objetivo típicos y las tendencias cualitativas, en lugar de valores únicos garantizados; las especificaciones del proyecto y los informes de ensayos de la planta deben ser la fuente de los valores contractuales.
| Propiedad | EH36 típico (rango/comportamiento típico) | FH36 típico (rango/comportamiento típico) |
|---|---|---|
| Límite elástico (mín.) | ≈ 300–380 MPa (diseñado como un HSLA de alta resistencia; el mínimo real depende de las especificaciones y el espesor) | ≈ 300–380 MPa (niveles nominales similares; se puede garantizar que el FH36 alcance rendimientos similares en secciones más pesadas) |
| Resistencia a la tracción | ≈ 460–620 MPa (depende del espesor y del procesamiento) | ≈ 460–620 MPa |
| Alargamiento (A%) | ≈ 18–26% (se reduce al aumentar el espesor) | ≈ 16–24% (las placas más gruesas pueden presentar una elongación ligeramente menor) |
| Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V) | Especificado para temperaturas más bajas en grados EH (mayor tenacidad a bajas temperaturas); las energías de aceptación típicas dependen de la temperatura y el espesor. | La norma FH36 se especifica y califica frecuentemente para placas más gruesas donde el impacto a través del espesor puede ser menor a la misma temperatura; la especificación controla la temperatura/energía de la prueba. |
| Dureza | Generalmente moderado (HB dentro de los rangos típicos de HSLA); no se utiliza como criterio principal de aceptación. | De forma similar, adaptada para evitar una dureza excesiva que perjudicaría la soldabilidad. |
Interpretación: Los niveles de resistencia son en general comparables entre ambos grados cuando se fabrican según las especificaciones típicas de construcción naval. Las diferencias significativas suelen radicar en la tenacidad garantizada a temperaturas específicas y en cómo se mantienen las propiedades en secciones muy gruesas. - El acero EH36 se asocia a menudo con un mejor rendimiento de tenacidad a bajas temperaturas; el acero FH36 se selecciona con frecuencia cuando se deben garantizar propiedades consistentes (incluidas la tenacidad y la resistencia) en placas muy gruesas.
5. Soldabilidad
La soldabilidad está controlada principalmente por el contenido de carbono, la aleación combinada (templabilidad), los niveles de impurezas (P, S) y las adiciones de microaleaciones.
Índices empíricos útiles: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice internacional de 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 cualitativa: - Tanto EH36 como FH36 tienen como objetivo un contenido de carbono relativamente bajo y una aleación controlada para mantener $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en rangos que permitan la soldadura convencional con controles de precalentamiento cuando sea necesario. La microaleación (Nb, V, Ti) aumenta ligeramente la templabilidad y puede incrementar el riesgo de fisuración en la ZAT (zona afectada térmicamente) si no se controlan los procedimientos de soldadura, especialmente en secciones gruesas. Por ello, para placas FH36 de gran espesor, se recomienda aplicar estrategias de precalentamiento, control de la temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). - Para placas gruesas/ultra gruesas (a menudo una razón para elegir FH36), las especificaciones del procedimiento de soldadura generalmente requieren un control de precalentamiento/entre pasadas más riguroso y consumibles de soldadura para controlar la tenacidad de la ZAT y las tensiones residuales.
6. Corrosión y protección de superficies
- Tanto el EH36 como el FH36 son aceros al carbono/HSLA (no inoxidables). La protección contra la corrosión se logra mediante recubrimientos, protección catódica o recubrimientos metálicos, según corresponda.
- Estrategias de protección típicas:
- Galvanizado en caliente (para algunos componentes estructurales, aunque no es común para el revestimiento de cascos sumergidos).
- Revestimientos orgánicos (sistemas epoxi/uretano) y sistemas de imprimación/capa de acabado utilizados para cascos de barcos y estructuras marinas.
- Protección catódica (ánodos de sacrificio o corriente impresa) para estructuras sumergidas.
- El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) solo es relevante para aceros inoxidables/inoxidables ferríticos: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Esto no se aplica a EH36 ni a FH36 porque no son aleaciones de acero inoxidable.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Maquinabilidad: Los aceros EH36 y FH36 no están diseñados para una alta maquinabilidad; su maquinabilidad es la típica de los aceros HSLA: adecuada con las herramientas y los parámetros de corte correctos. Una resistencia ligeramente mayor o la presencia de puntos duros en placas más gruesas pueden reducir la vida útil de la herramienta.
- Conformabilidad: El laminado controlado/TMCP mejora la conformabilidad para el conformado en caliente y en frío en comparación con los aceros templados y revenidos. Los límites de doblado y conformado disminuyen al aumentar el espesor; el acero FH36 suministrado para placas muy gruesas puede requerir fuerzas mayores y radios de curvatura especiales.
- Corte y soldadura: El corte por plasma y oxicorte son métodos comunes. La soldadura requiere consumibles adecuados que cumplan con los requisitos de resistencia y tenacidad de la placa; el precalentamiento y el control de la temperatura entre pasadas son más importantes en placas gruesas de FH36.
8. Aplicaciones típicas
| EH36 — Usos típicos | FH36 — Usos típicos |
|---|---|
| Planchas del casco y elementos estructurales donde se requiere una mayor resistencia a bajas temperaturas (buques polares o de aguas frías, superestructuras). | Cascos, mamparos y elementos estructurales primarios de gran espesor donde se requieren placas de gran grosor y las garantías de espesor total son críticas. |
| Placas donde la resistencia al impacto a bajas temperaturas es una prioridad. | Componentes de plataformas marinas y elementos de fabricación pesada que requieren propiedades uniformes en secciones ultra gruesas |
| Áreas que requieren buena soldabilidad con garantías de tenacidad | Situaciones en las que la ruta de fabricación incluye placas individuales de gran tamaño y en las que se necesita una producción basada en especificaciones de espesor |
Justificación de la selección: Elija el grado que se ajuste a la temperatura mínima de tenacidad requerida por el proyecto, los límites de espesor garantizados y las capacidades del procedimiento de soldadura. Para cascos en servicio en frío, las especificaciones tipo EH36 son atractivas; para placas muy gruesas con estrictos requisitos de espesor, a menudo se prefieren las especificaciones tipo FH36.
9. Costo y disponibilidad
- Coste relativo: Ambos grados pertenecen a la misma familia; las diferencias de precio suelen ser pequeñas y dependen del espesor de la chapa, el procesamiento (TMCP, normalizado) y los requisitos de certificación/pruebas. Las chapas laminadas/controladas especialmente para secciones ultragruesas (a menudo entregas FH36) pueden tener un precio superior debido a las tiradas de producción más largas, las pruebas más estrictas y una mayor gestión de los desechos.
- Disponibilidad: Las calidades comunes para la construcción naval (variantes AH36/DH36/EH36) están ampliamente disponibles en las principales acerías del mundo. Las placas tipo FH36, destinadas a espesores muy grandes, pueden tener una disponibilidad más limitada y plazos de entrega más largos, especialmente para paneles grandes de una sola pieza o proyectos que requieren garantías específicas de propiedades mecánicas en todo el espesor.
10. Resumen y recomendación
| Atributo | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| Soldabilidad | Buena (baja C, aleaciones controladas); optimizada para fabricación estándar. | Bien, pero las secciones más gruesas pueden requerir controles de precalentamiento/PWHT más estrictos. |
| equilibrio entre resistencia y tenacidad | Se prioriza la alta tenacidad, especialmente a bajas temperaturas. | Alta resistencia con énfasis en la retención de propiedades en placas muy gruesas |
| Costo | Precios típicos de HSLA; moderados según el procesamiento | Potencial de prima por placas ultra gruesas procesadas especialmente |
Recomendaciones: - Elija EH36 si: necesita un acero de construcción naval de alta resistencia que esté optimizado para la tenacidad a bajas temperaturas y espesores de placas de estándar a grandes, donde la resistencia al impacto en condiciones de servicio más frías sea una prioridad y donde los procedimientos de soldadura de rutina sean aceptables. - Elija FH36 si: su aplicación requiere placas muy pesadas o ultra gruesas con resistencia y propiedades mecánicas garantizadas a través del espesor, y está dispuesto a seguir controles de soldadura y fabricación más estrictos (y a aceptar posibles plazos de entrega más largos y un costo adicional).
Notas finales: Siempre especifique en los documentos de compra la norma de control, el rango de espesor requerido, las temperaturas de ensayo de resistencia al impacto y las cualificaciones del procedimiento de soldadura. Los certificados de fábrica, incluidos los análisis químicos y los informes de ensayos mecánicos realizados sobre el espesor real de la placa, son esenciales para verificar que el material entregado cumple con las especificaciones de rendimiento del grado seleccionado.