GCr15 vs SUJ2 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

GCr15 y SUJ2 son dos aceros para rodamientos de alto carbono y cromo de uso común, especificados respectivamente en las normas nacionales chinas y japonesas. Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre ellos al especificar elementos rodantes, ejes de precisión y componentes resistentes al desgaste, buscando el equilibrio entre coste, facilidad de la cadena de suministro, respuesta al tratamiento térmico y operaciones posteriores como mecanizado, rectificado y acabado.

Desde el punto de vista metalúrgico, estos grados son funcionalmente equivalentes: ambos son aceros para rodamientos con alto contenido de carbono (cercano al 1,0 % C), aleados con cromo, desarrollados para ofrecer alta dureza, resistencia a la fatiga y estabilidad dimensional tras el temple y el revenido. Por lo tanto, las diferencias prácticas que influyen en la elección no radican en grandes diferencias de composición, sino en las tolerancias estándar, las presentaciones disponibles, los sistemas de calidad de los proveedores y las prácticas de tratamiento térmico habituales en la zona.

1. Normas y designaciones

• GCr15: Designación estándar nacional china para un acero para rodamientos equivalente a los aceros para rodamientos internacionales comunes (a menudo comparado con AISI 52100). Se clasifica como un acero para rodamientos de cromo con alto contenido de carbono.
• SUJ2: Designación según la Norma Industrial Japonesa (JIS) para un acero para rodamientos con 1% de carbono y cromo (equivalente a la familia AISI 52100/5210). También se clasifica como acero para rodamientos con alto contenido de carbono y cromo.
• Normas relacionadas/globales y referencias cruzadas de consulta habitual:
• AISI/ASTM: AISI 52100 (referencia cruzada de uso común)
• EN: 100Cr6 (Acero para rodamientos europeo similar en composición química y uso)
• GB: Normas chinas GB/T para aceros para rodamientos (GCr15)
• JIS: SUJ2 según JIS G4805 (acero para rodamientos)
• Clasificación del material: Ambos son aceros al cromo con alto contenido de carbono (no inoxidables, no HSLA microaleados, no aceros para herramientas en el sentido de herramientas de corte).

2. Composición química y estrategia de aleación

• La siguiente tabla resume los rangos de composición típicos especificados por las normas nacionales. Los valores indicados son rangos estándar típicos; para conocer la composición exacta de cada lote, se deben consultar los informes de análisis de fábrica certificados por el proveedor.

Elemento	GCr15 típico (en peso %)	SUJ2 típico (en peso %)
do	0,95 – 1,05	0,95 – 1,05
Minnesota	0,25 – 0,45	0,25 – 0,45
Si	0,15 – 0,35	0,15 – 0,35
PAG	≤ 0,025 – 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
S	≤ 0,025 – 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
Cr	1.30 – 1.65	1.30 – 1.65
Ni	No añadido intencionadamente / ≤ 0,25 (traza)	No añadido intencionadamente / ≤ 0,25 (traza)
Mes	No añadido/rasgo intencionado	No añadido/rasgo intencionado
V, Nb, Ti, B, N	No especificado / solo traza	No especificado / solo traza

Explicación de la estrategia de aleación: - Carbono (C ~1%): proporciona alta templabilidad y formación de martensita; fuente primaria de dureza de cojinetes y resistencia al desgaste después del temple/revenido. - Cromo (Cr ~1,3–1,65%): aumenta la templabilidad, contribuye al endurecimiento secundario y a la resistencia al desgaste, y refina los carburos (mejor rendimiento de fatiga por contacto de rodadura). - Silicio y manganeso: desoxidantes y contribuyentes menores a la resistencia/temperabilidad. - Bajo contenido de fósforo y azufre: minimiza las inclusiones que reducen la vida útil a la fatiga y la integridad de la superficie. - El contenido de aleación más allá del Cr en las calidades es intencionalmente bajo; están diseñadas para obtener las propiedades de rodamiento deseadas mediante un tratamiento térmico preciso en lugar de una aleación pesada.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas y respuestas al procesamiento: En estado recocido: carburo perlítico o esferoidizado en una matriz ferrítica (según la receta de recocido). La esferoidización mejora la maquinabilidad para el mecanizado de preacabado. Tras el endurecimiento (austenización y temple): matriz predominantemente martensítica con carburos de cromo dispersos. El alto contenido de carbono y el moderado de cromo generan una microestructura martensítica con carburos finos, idónea para la resistencia a la fatiga por contacto de rodadura. - Revenido: reduce la fragilidad, mejora la tenacidad y estabiliza la austenita retenida. La dureza y la tenacidad finales se controlan mediante la temperatura y el tiempo de revenido.

Efectos de las rutas de procesamiento comunes: - Normalización: refina el tamaño del grano, útil como pretratamiento antes del tratamiento térmico final para piezas forjadas de gran tamaño. Temple y revenido: el método principal para los componentes de rodamientos. La austenización se realiza normalmente en el rango apropiado para aceros con 1,0 % de C a 1,6 % de Cr (el fabricante y la norma especifican las temperaturas exactas). El temple en aceite o sal se utiliza comúnmente para evitar deformaciones excesivas. - Procesamiento termomecánico: el forjado y laminado controlados pueden mejorar la morfología y la direccionalidad de las inclusiones, lo que aumenta la vida a fatiga; sin embargo, la composición química no se altera sustancialmente en estos grados.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del estado del tratamiento térmico. La tabla siguiente muestra rangos de propiedades representativos para condiciones recocidas y templadas/revenidas; utilice los datos de tratamiento térmico certificados del proveedor para el diseño.

Condición	Resistencia a la tracción (aprox.)	Límite elástico (aprox.)	Alargamiento (aprox.)	Resistencia al impacto (cualitativa)	Dureza
Recocido / esferoidizado	700 – 900 MPa	500 – 700 MPa	8 – 15%	Moderado	~180 – 240 HB (aprox. 15–25 HRC)
Templado y revenido (acabado para rodamientos, alta dureza)	1400 – 2100 MPa (varía según el temple)	Sensible a la muesca; alta	1 – 8%	Inferior al recocido; controlado por temple	58 – 66 HRC (típico para elementos rodantes)

Interpretación: - Resistencia: En estado templado y revenido, ambos grados desarrollan una resistencia a la tracción muy alta debido a la matriz martensítica; la resistencia es principalmente una función del carbono y los parámetros de revenido, más que de pequeñas diferencias entre los dos grados. Tenacidad y ductilidad: Compromiso con la dureza: una mayor temperatura de revenido aumenta la tenacidad y la ductilidad, pero reduce la dureza y la resistencia al desgaste. Las aplicaciones de rodamientos buscan un equilibrio: alta dureza para el desgaste y la fatiga por contacto de rodadura, y suficiente tenacidad residual. - Entre GCr15 y SUJ2: no hay ninguna ventaja sistemática intrínseca en cuanto a resistencia o tenacidad; las diferencias están determinadas por las especificaciones exactas del tratamiento térmico y el control de calidad.

5. Soldabilidad

El alto contenido de carbono (~1,0%) y cromo confiere a estos aceros una baja soldabilidad en comparación con los aceros de bajo carbono. Consideraciones relevantes: - Un alto contenido de C y un contenido moderado de Cr aumentan la templabilidad y la propensión a la formación de martensita en la zona afectada por el calor (ZAC), lo que incrementa el riesgo de agrietamiento en frío. - El uso de precalentamiento, temperatura controlada entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) suele ser necesario para los conjuntos soldados para evitar microestructuras frágiles en la ZAT. - Fórmulas comúnmente utilizadas para evaluar cualitativamente la soldabilidad: - El equivalente de carbono del IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - El Pcm más conservador 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: Ambos grados producen equivalentes de carbono relativamente altos (debido a un contenido de C y Cr cercano al 1%), por lo que se consideran de difícil soldadura sin procedimientos especiales. Para la mayoría de las aplicaciones de rodamientos, se evita la soldadura; se prefiere el mecanizado y el ensamblaje mecánico.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos no son aceros inoxidables. El cromo, en una proporción de entre 1,3 y 1,65 %, proporciona solo una ligera mejora en la resistencia a la corrosión con respecto a los aceros al carbono comunes, pero no les confiere pasividad.
• Estrategias de protección estándar para entornos de servicio:
• Recubrimientos: galvanizado en caliente (donde la geometría lo permita), electrodeposición o recubrimientos de conversión.
• Pinturas y recubrimientos poliméricos para exposición atmosférica.
• Lubricación y engrase de las superficies de los cojinetes para limitar la corrosión por contacto.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) es un índice para aceros inoxidables y no es aplicable a GCr15 ni a SUJ2 porque su contenido de cromo es muy inferior al de los aceros inoxidables. A modo de referencia, el PREN es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero no tiene sentido para estos aceros para rodamientos que no son inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En estado recocido/esferoidizado, ambas calidades se mecanizan razonablemente bien. Una vez endurecidas, son difíciles de mecanizar y normalmente se rectifican o se someten a un acabado superior en lugar de tornearse o fresarse.
• Rectificado y acabado: El rectificado y lapeado de precisión son procedimientos estándar para obtener las dimensiones finales y el acabado superficial de los componentes de los rodamientos. Para los estados endurecidos, se requieren muelas abrasivas de carburo y refrigerantes adecuados.
• Conformabilidad: Baja ductilidad en estado endurecido; el conformado debe realizarse en estado recocido.
• Distorsión por tratamiento térmico: el alto contenido de carbono y el endurecimiento por temple conllevan un riesgo significativo de distorsión; se utilizan fijaciones cuidadosas, selección del temple (aceite, polímero) y ciclos de revenido para minimizar el cambio dimensional.
• Tratamientos superficiales: el endurecimiento por inducción se utiliza a veces para el endurecimiento localizado de ejes, dejando los muñones de los cojinetes en las condiciones deseadas.

8. Aplicaciones típicas

GCr15 (usos comunes)	SUJ2 (usos comunes)
Rodamientos de elementos rodantes: bolas, rodillos	Rodamientos de elementos rodantes: bolas, rodillos
Ejes y husillos de precisión	Ejes y husillos de precisión
anillos y jaulas de rodamientos	anillos y jaulas de rodamientos
Componentes de desgaste como levas, pasadores y matrices de herramientas (donde se requiere alta dureza).	Componentes de desgaste como levas, pasadores y piezas de herramientas
Piezas de automoción: componentes de transmisión, dirección	Piezas de rodamientos para automoción e industria según la especificación JIS

Justificación de la selección: Ambos grados se eligen cuando la alta dureza, la resistencia al desgaste y la vida útil a la fatiga por contacto de rodadura son fundamentales. La elección entre ellos suele estar determinada por la norma de especificación requerida (GB o JIS), la cualificación del proveedor y la disponibilidad local de existencias, más que por la superioridad metalúrgica.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: Ambos grados son aceros para rodamientos de uso común y, por lo general, tienen un costo moderado. Las diferencias de precio suelen deberse a los costos locales de suministro, logística y certificación, más que a la composición de la materia prima.
• Disponibilidad:
• El acero GCr15 se encuentra habitualmente en China y muchos mercados asiáticos; el SUJ2 es común en Japón y en mercados que utilizan materiales con especificación JIS. Los distribuidores internacionales suelen suministrar equivalentes (AISI 52100, EN 100Cr6) que cumplen con los requisitos del cliente.
• Formatos del producto: barras, anillos, piezas forjadas en bruto, alambre y elementos laminados terminados. Los plazos de entrega y las tolerancias disponibles varían según el fabricante.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Atributo	GCr15	SUJ2
soldabilidad	Malo — requiere precalentamiento/PWHT	Malo — requiere precalentamiento/PWHT
Resistencia-Tenacidad (después del tratamiento térmico)	Alta resistencia, tenacidad adaptada mediante templado	Alta resistencia, tenacidad adaptada mediante templado
Coste y disponibilidad	Generalmente, menor coste/menor plazo de entrega en China; ampliamente disponible	Ampliamente disponible en las cadenas de suministro JIS; puede ser preferible donde se requiera la especificación JIS.

Recomendaciones: - Elija GCr15 si: su cadena de suministro y control de calidad están organizados en torno a las normas chinas, necesita un abastecimiento rentable en regiones donde GCr15 se almacena habitualmente, o sus planos/certificaciones especifican material GB/T. - Elija SUJ2 si: su departamento de compras o sus clientes requieren designaciones de materiales JIS, trabaja dentro de una cadena de suministro orientada a los estándares japoneses o la documentación de calificación/certificación existente especifica SUJ2.

Nota práctica final: GCr15 y SUJ2 son metalúrgicamente equivalentes para la mayoría de las aplicaciones de rodamientos. Los factores críticos para el rendimiento son el programa detallado de tratamiento térmico, el control de inclusiones y la morfología de los carburos, el rectificado/acabado de precisión y la protección y lubricación superficiales adecuadas. Siempre verifique los certificados de fabricación, los mapas de dureza y la documentación de control de procesos del lote que adquiera, en lugar de basarse únicamente en la denominación nominal.