Grado A vs AH36 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

En la construcción naval y la fabricación de planchas gruesas, los ingenieros y los profesionales de compras suelen elegir entre aceros estructurales generales de menor resistencia y aceros para cascos de mayor resistencia. Las decisiones se centran generalmente en el coste y la facilidad de fabricación (soldabilidad, conformabilidad) frente a la necesidad de una mayor resistencia a la tracción y a la fluencia, así como en la reducción de peso. Algunos contextos típicos de decisión incluyen el revestimiento y los refuerzos del casco, las estructuras marinas, los puentes y la maquinaria pesada, donde la relación resistencia/peso y la tenacidad a bajas temperaturas son importantes.

La principal diferencia técnica entre los dos aceros analizados aquí radica en que el Grado A es una plancha estructural convencional para buques con una resistencia mínima especificada menor, mientras que el AH36 es un acero naval de alta resistencia con propiedades de límite elástico y tracción mínimas especificadas mayores, y con aleación/microaleación controlada para lograr un mejor equilibrio entre resistencia y tenacidad. Dado que ambos se rigen por especificaciones de construcción naval similares (por ejemplo, ASTM A131 o equivalentes de sociedades de clasificación), se comparan habitualmente cuando los diseñadores evalúan la resistencia, la soldabilidad y el coste de los componentes estructurales y del casco.

1. Normas y designaciones

• Normas y clasificaciones internacionales comunes que abarcan estos aceros:
• ASTM/ASME: ASTM A131 (Acero estructural para barcos) — incluye grados A, B, D, E, AH36, DH36, EH36.
• Las sociedades de clasificación: ABS, DNV, LR, NK, etc., utilizan nombres de grados equivalentes (A, AH36, etc.) en sus reglas.
• EN / JIS / GB: Las normas europeas y nacionales utilizan nombres de grados diferentes (por ejemplo, EN S235, serie S355), pero los aceros de grado para construcción naval tienen equivalentes; se debe confirmar la referencia cruzada directa.
• Clasificación del tipo de material:
• Grado A (ASTM A131 Grado A): acero estructural al carbono/de baja aleación (chapa naval convencional)
• AH36 (ASTM A131 AH36): acero naval de alta resistencia; esencialmente una placa de alta resistencia y baja aleación (HSLA) con microaleación controlada en múltiples etapas de tratamiento térmico.

2. Composición química y estrategia de aleación

Rangos de composición representativos (en % peso). Los límites permisibles reales dependen de la especificación, las prácticas del fabricante y el espesor de la placa; consulte la especificación de compra o el certificado del fabricante para obtener los valores exactos.

Elemento	Grado A (rango representativo, % en peso)	AH36 (rango representativo, % en peso)
do	≤ 0,18	≤ 0,18–0,20
Minnesota	0,6–1,35	1.0–1.7
Si	≤ 0,35 (generalmente bajo)	≤ 0,35–0,50
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	traza (no especificada)	trazas–pequeñas (a veces presentes)
Ni	rastro	rastro
Mes	rastro	trazas/pequeñas (ocasionalmente)
V	usualmente ≤0.02	puede contener microaleación V (0,01–0,10)
Nb (Cb)	Normalmente ninguna o trazas	Puede contener Nb (microaleación).
Ti	rastro (si lo hubiera)	Puede estar presente para el control de inclusión.
B	rastro	rastro
norte	residuo bajo	residuo bajo

Notas: La aleación de grado A se formula típicamente como una chapa naval básica de carbono/baja aleación con una mínima microaleación. La aleación AH36 está diseñada para una mayor resistencia; las acerías suelen utilizar un contenido ligeramente mayor de manganeso y bajos niveles de elementos de microaleación (niobio, vanadio, titanio), además de un procesamiento controlado (laminación termomecánica), en lugar de un alto contenido de carbono, para aumentar la resistencia manteniendo la tenacidad y la soldabilidad. - La aleación aumenta la resistencia a la tracción (Mn, microaleación) y la templabilidad; la microaleación también refina el tamaño del grano y contribuye a la resistencia mediante el fortalecimiento por precipitación y el laminado controlado.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• Grado A: producido mediante laminación controlada o laminación en caliente simple; la microestructura es generalmente de ferrita-perlita o ferrita poligonal con perlita dispersa. El tamaño de grano es adecuado para una tenacidad general, pero no está optimizado para una alta resistencia.
• AH36: producido mediante laminación controlada y enfriamiento/procesamiento termomecánico potencialmente acelerado para producir una microestructura más fina tipo ferrita/bainita con precipitados de microaleación dispersos; la microestructura busca una combinación favorable de resistencia y tenacidad a baja temperatura.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Ambos grados se suministran laminados en caliente. Estos aceros no suelen normalizarse ni templarse y revenirse como es práctica habitual en las planchas navales; en cambio, sus propiedades mecánicas se consiguen mediante la composición y el proceso de laminación.
• El normalizado puede refinar el tamaño del grano y aumentar la tenacidad en ambos casos, pero no se utiliza comúnmente en planchas de barcos grandes debido al costo y al riesgo de distorsión.
• El temple y revenido no es una ruta estándar para estas formas de producto y cambiaría la clasificación; para alta resistencia con secciones más gruesas, el procesamiento termomecánico controlado (TMCP) es la ruta industrial preferida para lograr las propiedades AH36.
• Sensibilidad térmica:
• La mayor templabilidad del AH36 (debido a la aleación y microaleación más el procesamiento) significa que es más sensible a los cambios microestructurales de la zona afectada por el calor (ZAC) durante la soldadura, lo que debe controlarse con un precalentamiento/postcalentamiento adecuado y una calificación del procedimiento de soldadura.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas especificadas dependen del espesor y varían según la norma y el fabricante. La siguiente tabla muestra los mínimos y rangos típicos representativos que se citan comúnmente para ASTM A131 Grado A y AH36; siempre verifique con la especificación aplicable y el certificado de ensayo de fábrica.

Propiedad	Grado A (representativo)	AH36 (representativo)
Límite elástico mínimo (MPa)	≈ 235 MPa (aprox.)	≈ 355 MPa (aprox.)
Resistencia a la tracción (MPa)	≈ 400–510 MPa (rango típico)	≈ 490–620 MPa (rango típico)
Alargamiento (% en el calibre especificado)	Mayor ductilidad — por ejemplo, ≥20–25% (depende del espesor)	Menor ductilidad en comparación con el grado A — por ejemplo, ≥17–22% (depende del espesor)
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	Especificado para el servicio; generalmente bueno a temperaturas moderadas	Especificado para un rendimiento a bajas temperaturas; el AH36 suele tener requisitos de impacto más estrictos para un espesor determinado.
Dureza	Relativamente menor (mecanizado/conformación más fácil)	Mayor dureza implica mayor resistencia

Interpretación: - El AH36 es el material más resistente: los límites elásticos y la resistencia a la tracción mínimos especificados son sustancialmente superiores a los del Grado A. - El grado A generalmente ofrece mayor ductilidad y una conformación ligeramente más fácil; el AH36 sacrifica algo de ductilidad por resistencia, pero los productos modernos AH36 TMCP conservan una buena tenacidad. La tenacidad al impacto y el alargamiento dependen en gran medida del espesor y la temperatura de calificación; ambos grados pueden producirse para cumplir con requisitos de impacto particulares.

5. Soldabilidad

En el análisis de la soldabilidad se deben considerar las medidas de equivalencia de carbono y los efectos de las microaleaciones.

• El contenido de carbono en ambos grados es generalmente bajo; sin embargo, la mayor aleación y microaleación del AH36, junto con su mayor templabilidad, justifican controles de soldadura más cautelosos para secciones más gruesas.
• Fórmulas comunes de equivalencia de carbono utilizadas para evaluar las necesidades de precalentamiento/postcalentamiento:

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

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):
• Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una menor preocupación por el agrietamiento en frío y el endurecimiento de la ZAT. El grado A generalmente presenta un menor riesgo de templabilidad que el AH36.
• El AH36, debido a su mayor contenido de Mn y posible microaleación, a menudo produce estimaciones de equivalente de carbono más altas, lo que significa que la calificación del procedimiento de soldadura debe considerar el precalentamiento, la temperatura entre pasadas y la entrada de calor controlada, particularmente para placas más gruesas y bajas temperaturas de servicio ambiente.
• Ambos grados se sueldan habitualmente en la construcción naval; el AH36 normalmente requiere un control de procedimientos más estricto para secciones gruesas y cuando se requiere resistencia al impacto a baja temperatura.
• Orientación práctica:
• Utilice electrodos de bajo hidrógeno o metales de relleno adecuados que cumplan con los requisitos del metal base; siga las especificaciones del procedimiento para la temperatura de precalentamiento y entre pasadas; realice el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) solo cuando lo exija el contrato o las especificaciones.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el grado A como el AH36 son aceros al carbono/HSLA no inoxidables, por lo que son susceptibles a la corrosión general y localizada en ambientes marinos.
• Estrategias comunes de protección:
• Recubrimientos superficiales: sistemas de pintura marina, epoxis, polisiloxanos.
• Recubrimientos metalúrgicos: la galvanización por inmersión en caliente es posible para algunos elementos estructurales, pero no es habitual para grandes planchas de casco debido a consideraciones de tamaño y rendimiento.
• Protección catódica: ánodos de sacrificio o sistemas de corriente impresa para estructuras sumergidas.
• La fórmula PREN (para materiales inoxidables) no es aplicable a estos aceros navales al carbono/HSLA. A modo de referencia, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable se suele evaluar con:

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

• Aclaración: PREN solo tiene sentido para la selección de aleaciones de acero inoxidable; para el grado A/AH36, el rendimiento frente a la corrosión se gestiona mediante recubrimientos y protección catódica en lugar de la resistencia intrínseca a la corrosión de la aleación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: ambos grados se cortan fácilmente con oxicorte o plasma; el AH36 puede requerir ajustes de soplete ligeramente diferentes debido a su mayor resistencia y dureza.
• Conformado y doblado:
• El grado A generalmente se forma más fácilmente, con menor recuperación elástica y menor riesgo de agrietamiento.
• El AH36, al ser un acero de mayor resistencia, requiere radios de curvatura mayores y, para secciones gruesas, puede necesitar precalentamiento o herramientas diferentes para evitar grietas.
• Maquinabilidad:
• La mayor resistencia y dureza del AH36 puede reducir la vida útil de la herramienta y requerir parámetros de mecanizado más robustos que el Grado A.
• Acabado superficial y operaciones secundarias:
• Ambos responden de manera similar al esmerilado, granallado y pintura; el AH36 puede requerir un pretratamiento ligeramente más agresivo para la adhesión del recubrimiento si la dureza es mayor.

8. Aplicaciones típicas

Categoría de aplicación	Grado A (usos típicos)	AH36 (usos típicos)
Revestimiento del casco (general)	Casco con placas de carga ligera a moderada, estructuras internas	Revestimiento primario del casco donde se desea una mayor resistencia por peso y un menor espesor de la placa
Elementos estructurales (vigas/rigidizadores)	Refuerzos secundarios, estructura general	Refuerzos de alta resistencia, estructura principal, soportes donde el ahorro de peso es fundamental
Plataformas marinas	Estructuras de servicios públicos, miembros no críticos	Elementos críticos de soporte de carga, componentes de la zona de salpicaduras donde se requiere resistencia.
Puentes y obras civiles	Placas y componentes no críticos	Componentes de alta carga donde se necesita una mayor resistencia a la fluencia
Fabricación general	Tanques, pequeñas estructuras donde se prioriza un menor coste/mayor conformabilidad.	Fabricaciones que requieren mayor resistencia y tenacidad mejorada con un espesor reducido

Justificación de la selección: - Elija variantes de grado A para un menor costo, una conformación y soldadura más sencillas, y donde se puedan utilizar placas más gruesas sin penalización de peso. - Elija AH36 cuando se requieran ahorros de peso estructural, tensiones admisibles más elevadas o una mayor tenacidad a bajas temperaturas y cuando se puedan aplicar controles de fabricación/soldadura.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo:
• La calidad A suele ser menos costosa por tonelada que la AH36 debido a su composición química y procesamiento más simples.
• El AH36 tiene un precio superior debido al laminado controlado/TMCP, la microaleación y su mayor rendimiento.
• Disponibilidad:
• Ambos grados están ampliamente disponibles en las principales fábricas de chapa; el AH36 en ciertos espesores y tamaños de chapa puede ser más común en regiones con fuertes industrias de construcción naval/marinas.
• Los plazos de entrega pueden ser largos para dimensiones grandes o cuando se requieren calificaciones especiales de temperatura de impacto.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Criterio	Calificación A	AH36
Soldabilidad	Bueno (más fácil, requiere menos precalentamiento)	Buen manejo de los controles (CE más alto, puede necesitar control de precalentamiento/entre pasadas)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, buena ductilidad	Alta resistencia con buena tenacidad cuando se controla el TMCP
Costo	Más bajo	Mayor (prima por procesamiento de alta resistencia)

Recomendaciones: - Elija la calificación A si: Su diseño tolera espesores de placa convencionales y usted prioriza un menor coste de material, una conformación más sencilla y procedimientos de soldadura más simples. - La estructura no es críticamente sensible a la carga y no requiere una relación resistencia/peso máxima ni un rendimiento de impacto a temperaturas muy bajas. - Elija AH36 si: - Necesitas un límite elástico y una resistencia a la tracción más elevados para reducir el espesor y el peso de la placa, o bien necesitas una mayor tenacidad a bajas temperaturas. - Se pueden aplicar procedimientos de soldadura, controles de fabricación e inspecciones adecuados para gestionar las propiedades de la zona afectada por el calor y garantizar la integridad en servicio.

Nota final: Los límites químicos exactos, los mínimos mecánicos y las temperaturas de ensayo de impacto dependen de las especificaciones y el espesor. Para la adquisición y el diseño, indique la norma aplicable (p. ej., ASTM A131, grado y condiciones de espesor/impacto), solicite los certificados de ensayo de fábrica y verifique los procedimientos de soldadura para el grado y el espesor de placa seleccionados.