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

Introducción

Ingenieros, gerentes de compras, planificadores de producción y arquitectos navales suelen sopesar las opciones LR A y AH36 al especificar aceros estructurales para buques, plataformas marinas y equipos marinos pesados. Las compensaciones típicas en esta elección incluyen el equilibrio entre costo y rendimiento, soldabilidad y resistencia, y productividad de fabricación y tenacidad en servicio.

La principal diferencia técnica entre estos dos grados radica en sus objetivos de diseño para la resistencia a la fluencia: uno es un grado estructural/dulce más convencional, utilizado para la fabricación general, mientras que el otro se especifica como un acero de alta resistencia para la construcción naval. Esta diferencia influye en las decisiones sobre el espesor de la placa, los procesos de unión y la capacidad de servicio a bajas temperaturas, razón por la cual el LR A y el AH36 se comparan habitualmente en las discusiones sobre diseño y adquisición.

1. Normas y designaciones

• LR A
• Origen: Sistema de clasificación de Lloyd's Register (comúnmente denominado Grado A en varias sociedades de clasificación).
• Contexto estándar típico: Reglas de las sociedades de clasificación y especificaciones de construcción naval antiguas; a veces con referencias cruzadas a normas nacionales para acero estructural general.

• Tipo de acero: Acero estructural al carbono/dulce (acero al carbono simple/de baja aleación según las prácticas del proveedor).

• AH36

• Origen: ASTM/ABS/otros sistemas de clasificación para aceros de construcción naval (comúnmente encontrado como Grado A AH36 bajo estándares como ASTM A131).
• Contexto estándar típico: Normas modernas de construcción naval y estructuras marinas.
• Tipo de acero: Acero estructural HSLA (alta resistencia y baja aleación) desarrollado para barcos y estructuras marinas.

Clasificación: LR A es convencionalmente un acero al carbono/estructural; AH36 es un acero estructural HSLA diseñado para una mayor resistencia a la fluencia y una tenacidad mejorada.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume la composición elemental de cada grado. La composición exacta varía según el proveedor y la especificación aplicable; las entradas describen la estrategia de aleación típica en lugar de límites numéricos.

Elemento	LR A (típico)	AH36 (típico)
C (Carbono)	Bajo contenido de carbono: diseñado para ofrecer resistencia estructural básica y buena soldabilidad.	Contenido de carbono bajo a moderado: controlado para lograr un mayor rendimiento manteniendo la soldabilidad.
Mn (manganeso)	Moderado — desoxidante y fortalecedor	De moderado a superior a LR A — contribuye a la resistencia y templabilidad
Si (silicio)	Presente como desoxidante (bajo)	Presente como desoxidante (bajo)
P (Fósforo)	Niveles bajos controlados para mayor resistencia	Niveles bajos estrictamente controlados para mayor resistencia
S (Azufre)	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)
Cr, Ni, Mo	Normalmente ausente o solo trazas	Por lo general, no son elementos de aleación primarios; a veces se utilizan trazas para garantizar la consistencia de las propiedades.
V, Nb, Ti	Generalmente no se añade intencionadamente (pueden quedar rastros).	Puede incluir microaleaciones (Nb, V, Ti) en algunas variantes de AH36 para mejorar la resistencia y la tenacidad.
B	Rara vez usado	Rara vez se usa; no es típico en el AH36 estándar.
N (Nitrógeno)	Bajo	Bajo; controlado para influir en la resistencia/tenacidad cuando hay microaleación presente

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso son los principales contribuyentes a la resistencia; un mayor contenido de Mn y un contenido ligeramente mayor de C aumentan la resistencia a la tracción y al límite elástico, pero tienden a reducir la soldabilidad y la tenacidad si no se controlan adecuadamente. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) en los aceros tipo AH36 refinan el tamaño del grano y permiten una mayor resistencia sin exceso de carbono; también mejoran la tenacidad y la resistencia a la fractura frágil. - El estricto control de los elementos de impureza (P, S) es esencial en ambos grados para mantener la resistencia al impacto, especialmente para el servicio marino a bajas temperaturas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas y respuestas al procesamiento:

• LR A
• Microestructura: Predominantemente ferrita con islas de perlita en la fabricación estándar por laminación en caliente. El tamaño de grano tiende a ser mayor en comparación con los aceros HSLA microaleados, a menos que se aplique control termomecánico.

• Tratamiento térmico: Normalmente se suministra laminado en caliente, sin tratamiento térmico adicional habitual; la normalización puede refinar los granos, pero es menos común para las planchas de casco en general.

• AH36

• Microestructura: Ferrita-perlita controlada con un tamaño de grano más fino en comparación con LR A; donde se utilizan microaleaciones y TMCP (procesamiento termomecánico controlado), es posible una ferrita granular fina o una mezcla de ferrita bainítica, lo que mejora la resistencia y la tenacidad.
• Respuesta al tratamiento térmico/procesamiento: El acero AH36 se suministra normalmente como chapa termomecánicamente procesada o normalizada para lograr las propiedades de límite elástico e impacto requeridas. El temple y revenido no es un procedimiento estándar para los aceros navales, pero podría utilizarse en aplicaciones especiales para aumentar aún más la resistencia, a costa de un mayor coste.

Efecto del tratamiento: - El proceso de normalización refina el grano y aumenta la tenacidad en ambos grados. - El laminado termomecánico (TMCP) utilizado en las variantes AH36 proporciona mayor resistencia con buena tenacidad a través del refinamiento del grano y el control de la precipitación, sin grandes aumentos en el contenido de carbono que perjudicarían la soldabilidad. - El temple y revenido produce resistencias más elevadas, pero no es típico de las formas de producto estándar LR A o AH36; se utiliza principalmente donde se requiere una resistencia mucho mayor o una mayor resistencia al desgaste.

4. Propiedades mecánicas

A continuación se presenta una comparación cualitativa de las principales propiedades mecánicas que se suelen considerar a nivel de especificación. Las propiedades reales deben verificarse con la especificación aplicable y los certificados de fábrica.

Propiedad	LR A	AH36
Resistencia a la fluencia	Nivel inferior (estructural general)	Mayor (objetivo HSLA de construcción naval)
Resistencia a la tracción	De bajo a moderado	Más alto
Alargamiento (ductilidad)	Buena ductilidad para el conformado	Ductilidad comparable; a menudo suficiente a pesar de la mayor resistencia debida a la microaleación.
Dureza al impacto	Adecuado a temperaturas moderadas; clasificación limitada a bajas temperaturas a menos que se especifique.	Mayor, con requisitos de impacto Charpy específicos para bajas temperaturas comunes
Dureza	Más bajo	Moderadamente superior debido a una mayor fuerza

Interpretación: El acero AH36 está diseñado para ofrecer un límite elástico y una resistencia a la tracción superiores a los del acero LR A, manteniendo una ductilidad aceptable y una mayor tenacidad a bajas temperaturas. Esto se logra principalmente mediante el control de la composición y el procesamiento, no mediante un contenido de carbono drásticamente superior. - El acero LR A sigue siendo atractivo cuando no se requiere una resistencia extrema y cuando la simplicidad en el conformado y la soldadura son prioritarias.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono y la microaleación. Dos fórmulas ilustrativas de uso común son:

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

• Pcm (índice de soldabilidad para aceros al carbono): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El acero LRA, con un contenido de carbono generalmente menor y una microaleación mínima, presenta una excelente soldabilidad con bajos requisitos de precalentamiento y un riesgo mínimo de agrietamiento inducido por hidrógeno en condiciones de fabricación típicas. El acero AH36 suele presentar una templabilidad efectiva ligeramente superior debido a un contenido de manganeso controlado y a la posible microaleación. Esto puede aumentar ligeramente el equivalente de carbono y requerir temperaturas controladas de precalentamiento o entre pasadas, así como una atención especial a los consumibles para gestionar la tenacidad de la zona afectada por el calor y evitar el agrietamiento en frío, sobre todo en placas de mayor espesor o cuando la restricción a través del espesor es elevada. - En la práctica, el AH36 está diseñado para soldarse fácilmente utilizando procesos comunes (SMAW, GMAW, SAW) con la calificación de procedimiento apropiada; sin embargo, los procedimientos de soldadura y a menudo un WPS formal son más frecuentemente requeridos para el AH36 que para el LR A.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el LR A como el AH36 son aceros al carbono/de baja aleación no inoxidables y requieren protección superficial para resistir la corrosión en ambientes marinos.
• Métodos de protección comunes: recubrimientos (epoxi, poliuretano), protección catódica y galvanización cuando corresponda para piezas no sumergidas.
• Los índices de acero inoxidable como PREN no son aplicables a estos grados; para referencia cuando se consideren aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Orientación para la selección: La composición química ligeramente diferente del AH36 no modifica sustancialmente la resistencia a la corrosión en comparación con el LR A; la selección debe basarse en los requisitos mecánicos y, posteriormente, en el diseño adecuado del sistema de protección de superficies según el entorno de servicio.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y doblado: El menor límite elástico y la menor resistencia del LR A facilitan su conformado y doblado en frío sin control de recuperación elástica; el AH36 requerirá mayores fuerzas de conformado y mayor atención a los radios de curvatura para evitar el agrietamiento, aunque los grados modernos de AH36 con buena ductilidad son conformables dentro de los límites recomendados.
• Corte y perforación: Ambos grados se mecanizan de manera similar utilizando herramientas estándar; el AH36 puede ser ligeramente más abrasivo si hay precipitados de microaleación presentes.
• Soldadura y ajuste: LR A tolera una mayor variación de separación y velocidades de avance de soldadura más rápidas; AH36 se beneficia de un ajuste controlado y procedimientos calificados, particularmente en placas gruesas.
• Acabado superficial: Ambos aceptan tratamientos superficiales estándar; el AH36 puede requerir una inspección superficial adicional si existe preocupación por el riesgo de fatiga o fractura frágil.

8. Aplicaciones típicas

LR A (usos típicos)	AH36 (usos típicos)
Componentes estructurales generales de buques donde no se requiere alta resistencia (elementos secundarios, interiores)	Revestimiento del casco, elementos estructurales principales y zonas que requieren mayor resistencia a la fluencia.
Acero estructural terrestre para aplicaciones de servicio ligero a medio	Las estructuras de las plataformas marinas, el revestimiento de la cubierta y el casco están sometidos a mayores tensiones.
Soportes, accesorios y fabricación general no críticos	Cuando se desea ahorrar peso o reducir el grosor mediante materiales de mayor resistencia.

Justificación de la selección: - Elija LR A para aplicaciones que enfaticen la rentabilidad, la facilidad de fabricación y donde no se requiera una resistencia estructural muy alta ni una tenacidad a bajas temperaturas. - Elija AH36 cuando una mayor resistencia a la fluencia, una tenacidad mejorada (especialmente a bajas temperaturas) y la capacidad de reducir el espesor/peso de la placa sean consideraciones importantes.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero LRA suele ser menos costoso por tonelada debido a que es un acero estructural más convencional con menores requisitos de procesamiento. El AH36 generalmente tiene un precio superior debido a un control químico más estricto, posibles procesos de tratamiento térmico y de fabricación (TMCP) y requisitos de pruebas y certificación.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en las acerías que abastecen a los mercados marítimo y estructural. El AH36 suele encontrarse en las zonas con alta concentración de construcción naval o fabricación offshore; el LR A sigue estando ampliamente disponible para la fabricación en general.
• Formas del producto: Ambos se suministran como chapa laminada en caliente; AH36 también puede ofrecerse en variantes de chapa controlada termomecánicamente, lo que puede afectar el tiempo de entrega y el costo.

10. Resumen y recomendación

Característica	LR A	AH36
Soldabilidad	Muy bien; procedimientos sencillos	Funciona bien con sistemas de protección contra sobrecalentamiento (WPS) cualificados y, en ocasiones, con control de precalentamiento.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, tenacidad adecuada	Mayor resistencia con tenacidad mejorada a bajas temperaturas
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendación: - Elija LR A si necesita un acero estructural rentable y fácil de fabricar para aplicaciones navales o terrestres no críticas donde no se requiere una alta resistencia a la fluencia ni una mayor tenacidad a bajas temperaturas. - Elija AH36 si el componente o la estructura requiere mayor límite elástico y resistencia a la tracción, mayor resistencia a la fractura frágil en servicio marino a baja temperatura, o si reducir el espesor de la placa (y por lo tanto el peso) es un objetivo del proyecto y el presupuesto permite un mayor control de costos de materiales y fabricación.

Nota final: Siempre verifique la selección final conforme a las reglas de la sociedad de clasificación del proyecto, las cualificaciones del procedimiento de soldadura, los certificados de fábrica del material y los requisitos específicos de temperatura de servicio y fatiga. En caso de duda, solicite informes de ensayos de fábrica y consulte con especialistas en fabricación y soldadura para definir el precalentamiento, los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura (si los hubiera) y los pasos de control de calidad adecuados para el grado elegido.