L390 vs L415 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo se enfrentan a decisiones difíciles al seleccionar un grado de acero: una mayor resistencia suele entrar en conflicto con la facilidad de fabricación y soldadura, mientras que una mejor soldabilidad puede limitar la resistencia máxima alcanzable o la resistencia al desgaste. Los aceros L390 y L415 se suelen considerar juntos en muchos procesos de selección porque ocupan posiciones adyacentes en el espectro de aceros estructurales y para herramientas de baja aleación, donde los diseñadores buscan un equilibrio entre la resistencia y la facilidad de fabricación.

La principal diferencia práctica entre estos dos grados radica en el equilibrio entre la máxima resistencia/templabilidad alcanzable y la facilidad de soldadura/fabricación. El grado L415 se suele especificar cuando se requiere mayor resistencia y templabilidad a través del espesor, mientras que el grado L390 se prefiere a menudo cuando se priorizan la soldabilidad, la tenacidad y un tratamiento térmico más sencillo. Dado que las convenciones de nomenclatura y las composiciones químicas exactas pueden variar según la norma o el proveedor, los usuarios deben confirmar los certificados de fábrica y las normas aplicables para cualquier compra específica.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes para verificar ambos grados: EN (Normas Europeas), ASTM/ASME (Estadounidenses), JIS (Japonesas) y normas nacionales como GB (China). No todas las normas utilizan las etiquetas exactas L390/L415; estas pueden ser nombres comerciales o marcas registradas que corresponden a números de norma equivalentes.
• Clasificación:
• L390 — comúnmente considerado como un acero estructural o de ingeniería de baja aleación; a veces se utiliza en aplicaciones de cuchillos/herramientas/conformado donde se requiere una tenacidad equilibrada y una resistencia moderada.
• L415 — normalmente un acero de baja aleación de mayor resistencia o una variante de mayor templabilidad utilizada donde se necesita mayor resistencia a la tracción/límite elástico o un endurecimiento más profundo.
• Tipo: Ninguno de los dos es un acero inoxidable (a menos que se especifique explícitamente como tal en las especificaciones del proveedor); ambos son aceros de baja aleación o microaleados, no aceros para herramientas convencionales ni aceros inoxidables. Confirme si el grado en cuestión es un acero estructural aleado, una variante de acero para herramientas o un producto especial de una fábrica en particular.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume cualitativamente la estrategia típica de aleación. Las composiciones exactas varían según las especificaciones y el fabricante; consulte las especificaciones del material y el certificado de ensayo de fábrica para la adquisición o el diseño.

Elemento	Nivel típico (relativo)	Función y efecto
C (Carbono)	L390: bajo–moderado	Proporciona resistencia y templabilidad; un mayor contenido de C aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad.
C (Carbono)	L415: moderado–alto	Un mayor contenido de carbono proporciona mayor resistencia y dureza tras el temple; requiere un control más estricto de las soldaduras.
Mn (manganeso)	L390: moderado	Mejora la resistencia y la templabilidad; contribuye a la desoxidación y a las propiedades de tracción.
Minnesota	L415: moderado–alto	Un mayor contenido de Mn favorece la templabilidad y la resistencia a la tracción; puede aumentar el riesgo de agrietamiento en frío si no se precalienta.
Si (silicio)	Ambos: bajo–moderado	Desoxidante; contribuye modestamente a la resistencia; un exceso de Si puede reducir la soldabilidad de algunos metales de aporte.
P (Fósforo)	Ambos: bajo controlado	Impurezas — mantenidas bajas para evitar la fragilidad.
S (Azufre)	Ambos: controlados muy bajos	Impurezas — se mantienen bajas; los grados de fácil mecanizado pueden tener un contenido de S más alto (no es típico aquí).
Cr (Cromo)	L390: bajo–moderado	Aumenta la templabilidad, la resistencia y la resistencia al desgaste; pequeñas adiciones mejoran la respuesta al revenido.
Cr (Cromo)	L415: moderado–alto	Promueve la templabilidad y una mayor resistencia al revenido; contribuye a una menor soldabilidad en mayores cantidades.
Ni (níquel)	L390: posible bajo	Mejora la tenacidad y la ductilidad cuando está presente.
Ni (níquel)	L415: bajo–moderado	Se utiliza cuando se requiere tenacidad a alta resistencia.
Mo (molibdeno)	L390: bajo	Aumenta la templabilidad y la retención de resistencia a temperaturas elevadas.
Mo (molibdeno)	L415: moderado	Mejora la templabilidad y permite una mayor resistencia al temple; puede reducir la soldabilidad sin un precalentamiento adecuado.
V/Nb/Ti (microaleación)	L390: posible microaleación	Refinamiento del grano y fortalecimiento por precipitación; mejora la tenacidad y la resistencia sin exceso de carbono.
V/Nb/Ti	L415: posible microaleación	Se utiliza para aumentar la resistencia a la fluencia y controlar el tamaño del grano; ayuda a lograr una mayor resistencia con una tenacidad controlada.
B (Boro)	Ambos: rastro, si está presente	Adiciones muy pequeñas aumentan considerablemente la templabilidad; pueden afectar notablemente la soldabilidad si están presentes.
N (Nitrógeno)	Ambos: controlados	Elemento de aleación/elemento residual: controlado para lograr tenacidad y comportamiento formador de nitruros.

Cómo influye la aleación en las propiedades: Los elementos que aumentan la templabilidad (Cr, Mo, Mn, B y, en ocasiones, Ni) permiten una transformación martensítica más profunda durante el temple y, por lo tanto, una mayor resistencia a través del espesor en secciones más gruesas. Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) permiten un fortalecimiento del grano fino y una buena tenacidad sin un contenido de carbono muy elevado, mejorando la relación resistencia-tenacidad. Sin embargo, una mayor templabilidad y un mayor contenido de carbono generalmente reducen la soldabilidad y aumentan los requisitos de precalentamiento/entre pasadas para evitar el agrietamiento.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• L390: tras ciclos de normalización o temple y revenido, el L390 tiende a presentar una matriz martensítica o bainítica revenida con granos de austenita previa relativamente finos cuando se microalea. Esto proporciona una tenacidad equilibrada con una resistencia moderada.
• L415: tiende a formar una mayor proporción de martensita o bainita de baja temperatura tras el temple, especialmente en secciones más gruesas o cuando se templa para aumentar la dureza. El control del tamaño de grano de la austenita previa y el revenido son fundamentales para obtener una tenacidad aceptable.
• Rutas y efectos del tratamiento térmico:
• Normalización: ambas calidades se benefician de la normalización para refinar el tamaño de grano de la austenita previa; la L390 responde bien con una mayor tenacidad. La L415 normalizada mostrará una mayor resistencia tras el revenido posterior.
• Temple y revenido: método principal para obtener alta resistencia. El acero L415 suele requerir un medio de temple más agresivo o un revenido más lento para alcanzar las resistencias de diseño; el revenido es necesario para recuperar la tenacidad.
• Procesamiento termomecánico: el laminado controlado más el enfriamiento acelerado pueden producir microestructuras bainíticas o martensítico-bainíticas finas con alta resistencia y buena tenacidad, lo que a menudo permite una mejor soldabilidad que los ciclos de temple/revenido intensos.
• Nota práctica: A medida que aumenta la templabilidad, el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y los requisitos de precalentamiento se vuelven más importantes para evitar el agrietamiento en frío asistido por hidrógeno.

4. Propiedades mecánicas

La tabla siguiente compara las tendencias esperadas de las propiedades. Los valores reales dependen del tratamiento térmico, la forma del producto y el proveedor. Utilice los informes de ensayo de fábrica para la verificación del diseño.

Propiedad	L390 (tendencia típica)	L415 (tendencia típica)
Resistencia a la tracción	Moderado a alto	Mayor (máximo alcanzable más alto)
Fuerza de fluencia	Moderado	Más alto
Alargamiento (ductilidad)	De bueno a moderado	Menor (ductilidad reducida en el punto de máxima resistencia)
resistencia al impacto	Bueno (especialmente después del templado)	De buena a moderada; puede ser menor a niveles de dureza más altos.
Dureza (HRC o HB)	Rango moderado después del temperamento	Mayor dureza alcanzable tras el temple y revenido

Explicación: El mayor contenido de aleación y/o equivalente de carbono del L415 permite alcanzar mayores resistencias a la tracción y al límite elástico, pero estas ventajas suelen obtenerse a expensas de la ductilidad y la soldabilidad. El L390 prioriza el equilibrio: una resistencia adecuada que mantiene una mayor tenacidad y deformabilidad.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se ve influenciada por el contenido de carbono, el equivalente de carbono (templabilidad) y los elementos de microaleación. Dos fórmulas predictivas comunes son útiles para interpretar el comportamiento relativo:

• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• PCM para 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 (cualitativa): - L390: Los valores bajos o moderados de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ generalmente indican una soldadura más sencilla con consumibles estándar y un precalentamiento menos exigente. Un menor contenido de carbono y una aleación restringida simplifican el diseño de la junta y reducen el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) necesario. - L415: Su mayor aleación y contenido de carbono aumentan $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, incrementando la susceptibilidad al agrietamiento inducido por hidrógeno y al endurecimiento por deformación. La soldadura de L415 suele requerir precalentamiento controlado, consumibles con menor contenido de hidrógeno, control entre pasadas y, en ocasiones, tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

Recomendaciones prácticas: Para ambos grados, siga los procedimientos de soldadura del proveedor; realice el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) si se especifica. Utilice electrodos controlados por hidrógeno o metales de aporte con la resistencia y ductilidad deseadas. Cuando las soldaduras deban realizarse según las prácticas habituales de taller con capacidad de precalentamiento limitada, el grado L390 suele ser la opción más segura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el L390 ni el L415 son inherentemente inoxidables; la resistencia a la corrosión es típica de los aceros al carbono/de baja aleación y requiere protección superficial en ambientes expuestos.
• Protecciones comunes:
• Galvanizado en caliente, pulverización de zinc o metalización para la protección contra la corrosión atmosférica.
• Pinturas, recubrimientos epoxi o sistemas de recubrimiento en polvo para aplicaciones arquitectónicas o exposiciones moderadas.
• Protección catódica y recubrimientos especializados para ambientes marinos o altamente corrosivos.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable a menos que una calidad sea explícitamente inoxidable. A modo de referencia, el PREN es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Pero este índice se aplica únicamente a las aleaciones inoxidables; L390/L415 debe tratarse con estrategias de protección convencionales para acero al carbono.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y mecanizado:
• L390: generalmente es más fácil de mecanizar en estado normalizado/templado; su menor dureza y contenido de carbono ayudan a la vida útil de la herramienta y al rendimiento.
• L415: el mecanizado puede ser más difícil si se suministra en estado de alta dureza o templado; se recomienda el pre-mecanizado en estado más blando o utilizando herramientas de carburo y avances adecuados.
• Conformado y doblado:
• L390: mejor conformabilidad, mayores reducciones de flexión permitidas antes de la fisuración en condiciones normalizadas o templadas.
• L415: el conformado es más limitado cuando hay un temple de alta resistencia; el conformado en frío puede requerir recocido o herramientas especializadas.
• Soldadura y acabado posterior a la soldadura:
• L390: más fácil de esmerilar, acondicionar y terminar después de soldar.
• L415: puede requerir tratamiento térmico posterior a la soldadura adicional y un rectificado cuidadoso para evitar efectos de revenido y mantener las propiedades.

8. Aplicaciones típicas

L390 — Usos típicos	L415 — Usos típicos
Componentes estructurales donde se requiere un equilibrio entre resistencia y tenacidad (ejes, soportes, bastidores de servicio medio).	Piezas estructurales de alta resistencia (ejes de alta resistencia, componentes propensos al desgaste, accesorios de alta carga)
Conjuntos soldados fabricados donde la facilidad de soldadura y la resistencia son prioritarias.	Piezas que requieren mayor resistencia a la tracción/límite elástico o una penetración más profunda del tratamiento térmico (secciones más gruesas)
Componentes de maquinaria que requieren buena maquinabilidad y una resistencia al desgaste razonable	Componentes en los que se necesita mayor dureza o resistencia al desgaste después del temple y revenido.
Aplicaciones en las que se prevé un recubrimiento o galvanizado posterior a la fabricación.	Aplicaciones en las que los diseñadores aceptan controles de soldadura más estrictos para una mayor resistencia

Justificación de la selección: elija L390 para trabajos que prioricen la fabricación, la tenacidad o donde la soldadura compleja sea inevitable. Elija L415 para diseños que requieran mayor resistencia estática, resistencia al desgaste o mayor capacidad de carga, y donde el entorno de fabricación permita controles más estrictos de soldadura y tratamiento térmico.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El L415 suele ser más caro por tonelada cuando el contenido de aleación y el procesamiento (p. ej., tratamiento térmico especializado) son mayores. El L390 tiende a ser más rentable para aplicaciones donde no se requiere una resistencia ultraalta.
• Disponibilidad por formato: ambas calidades suelen estar disponibles en placas, barras y forjadas en acerías especializadas y centros de servicio, pero los plazos de entrega varían según la demanda regional y si se requiere un tratamiento térmico o una certificación específicos. El stock estándar se centra en las aleaciones estructurales más comunes; las variantes especializadas de alta resistencia pueden requerir ciclos de producción o retrasos en el tratamiento térmico.
• Consejo de compras: especifique por adelantado el tratamiento térmico, la dureza o los objetivos mecánicos requeridos, y las pruebas de materiales necesarias (UT, MT, PMI, MTC) para evitar sorpresas en el precio y el plazo de entrega.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Criterio	L390	L415
Soldabilidad	Mejor (más fácil, menor precalentamiento)	Más exigente (mayor precalentamiento/PWHT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado; buena tenacidad con resistencia moderada	Mayor resistencia alcanzable; la tenacidad puede reducirse en el punto de máxima dureza.
Costo	Generalmente más bajo	Generalmente más alto
Maquinabilidad/Conformabilidad	Mejor	Más limitado cuando se encuentra en condiciones de alta resistencia.
Complejidad de fabricación típica	Más bajo	Mayor (requiere controles más estrictos)

Recomendación: - Elija L390 si necesita un acero de ingeniería equilibrado con soldabilidad relativamente buena, mecanizado y conformado más fáciles y una tenacidad sólida para estructuras o componentes soldados producidos en entornos de taller con procedimientos de soldadura estándar. - Elija L415 si su requisito principal es una mayor resistencia a la tracción o al límite elástico, un endurecimiento más profundo en secciones más gruesas o una mayor resistencia al desgaste, y el plan de fabricación puede adaptarse a procedimientos de soldadura más restrictivos, precalentamiento/PWHT y un costo de material potencialmente mayor.

Nota final: Los términos L390 y L415 pueden tener diferentes interpretaciones según el proveedor y la norma. Siempre confirme la composición química exacta, los requisitos de propiedades mecánicas y el tratamiento térmico especificado en la ficha técnica del material y el certificado de ensayo de fábrica antes del diseño final o la adquisición.