PC1570 vs PC1860 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros PC1570 y PC1860 son dos grados comunes dentro de la familia de aceros de pretensado de alta resistencia, utilizados para tendones, cables y barras de pretensado y postensado. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia, la tenacidad, la soldabilidad, el comportamiento a la fatiga y el coste; por ejemplo, especificar una mayor resistencia nominal para reducir el tamaño de la sección frente a preferir un producto de menor resistencia pero más dúctil para facilitar su manipulación y reducir el riesgo de rotura frágil.

La principal diferencia técnica entre estas calidades radica en su diseño para distintos niveles de resistencia a la tracción: una calidad busca una menor resistencia a la tracción especificada y, en general, una mayor ductilidad y tenacidad para una sección transversal dada, mientras que la otra busca una resistencia a la tracción especificada sustancialmente mayor (y la correspondiente capacidad de pretensado), lograda mediante una aleación y un procesamiento más robustos. Esto convierte a ambas calidades en opciones complementarias según las exigencias estructurales, el esquema de pretensado, las condiciones de fatiga/desgaste y las limitaciones de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Entre las normas internacionales y regionales comunes que especifican los aceros de pretensado y los cables/tornillos de alta resistencia se incluyen:
• ASTM/ASME (por ejemplo, ASTM A416 para cables de acero, ASTM A722 para alambre de acero de alta resistencia)
• EN (por ejemplo, EN 10080 para acero para el refuerzo de hormigón —acero de refuerzo soldable— y otras normas EN para aceros de pretensado)
• JIS (Normas industriales japonesas para aceros de pretensado)
• GB (Normas nacionales chinas para aceros y alambres de pretensado)
• Clasificación:
• Tanto el PC1570 como el PC1860 son aceros de pretensado de alta resistencia (aceros especiales al carbono/aleación diseñados para uso de pretensado).
• No son aceros inoxidables; pertenecen a la categoría de aceros al carbono de alta resistencia o aceros microaleados para pretensado (algunas variantes se procesan termomecánicamente o se estiran en frío).

2. Composición química y estrategia de aleación

El análisis químico exacto depende del proveedor y de la norma aplicable, pero las filosofías de aleación son consistentes: mantener un contenido de carbono bajo/controlado para preservar la ductilidad y la soldabilidad, al tiempo que se añaden niveles controlados de Si y Mn para la desoxidación y la resistencia; las adiciones de microaleación (V, Ti, Nb) o pequeñas cantidades de Cr/Mo se utilizan en grados de mayor resistencia para aumentar la templabilidad, la resistencia al revenido y la resistencia sin elevar excesivamente el carbono.

Elemento	Función/presencia típica en PC1570	Función/presencia típica en PC1860
C (Carbono)	Controlado, de relativamente bajo a moderado para conservar la ductilidad y la resistencia a la fatiga	Control ligeramente superior o comparable; se necesita un control estricto para lograr una mayor resistencia a la tracción con una tenacidad aceptable.
Mn (manganeso)	Fortalecimiento y desoxidación; niveles moderados	Similar o moderadamente superior para mejorar la templabilidad
Si (silicio)	Contribución a la desoxidación y al fortalecimiento; se mantiene bajo control	Controlado, a veces ligeramente más alto para mayor potencia.
P (Fósforo)	Reducido al mínimo; perjudicial para la resistencia.	Mantuvo el mínimo
S (Azufre)	Se mantiene al mínimo; afecta la maquinabilidad y las inclusiones.	Mantuvo el mínimo
Cr (Cromo)	Generalmente bajo o ausente; algunos grados pueden incluir pequeñas cantidades de Cr para mejorar la templabilidad.	Puede estar presente en pequeñas cantidades en variantes de mayor potencia.
Ni (níquel)	No es típico; se utiliza únicamente en químicas especializadas.	Poco común; posibles pequeñas adiciones en aceros especiales.
Mo (molibdeno)	Es raro, pero puede usarse en pequeñas cantidades para mejorar la resistencia al temple.	Puede utilizarse en cantidades ínfimas para variantes de alta potencia.
V, Nb, Ti (elementos de microaleación)	Suele estar presente en cantidades ínfimas para el refinamiento del grano y la resistencia.	Es más probable que se requieran adiciones ligeramente mayores para asegurar una mayor resistencia mediante el fortalecimiento por precipitación.
B (Boro)	Si se utiliza, en niveles de ppm para mejorar la endurecimiento.	Puede utilizarse en ppm para mejorar la templabilidad en grados de alta resistencia.
N (Nitrógeno)	Controlado a niveles bajos para evitar la fragilidad.	bajo controlado

Notas: Los proveedores publicarán los límites químicos exactos para cada producto. La tabla anterior resume las estrategias funcionales, no las composiciones fijas. - Los grados de mayor resistencia nominal suelen depender más de la microaleación controlada y el procesamiento para lograr resistencia sin un exceso de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Las microestructuras típicas dependen de la ruta de producción:
• Históricamente, los alambres de pretensado estirados en frío desarrollan una microestructura perlítica o templada muy estirada con un espaciado interlaminar fino que proporciona una alta resistencia a la tracción y a la fatiga.
• Las barras procesadas termomecánicamente o los productos templados y revenidos desarrollan estructuras bainíticas de grano fino o martensíticas revenidas con fortalecimiento por precipitación proveniente de elementos de microaleación.
• PC1570 (resistencia nominal inferior):
• Se obtienen más fácilmente las propiedades requeridas mediante un estirado y revenido en frío controlado o mediante ciclos de temple/revenido de menor intensidad que retienen microconstituyentes relativamente más dúctiles.
• Presenta un equilibrio favorable de ferrita/perlita o martensita revenida/bainita con buena tenacidad.
• PC1860 (mayor resistencia nominal):
• Requiere una mayor templabilidad y/o una deformación más severa para alcanzar el nivel de resistencia a la tracción más alto; la microestructura a menudo muestra bainita más fina o martensita revenida y una mayor densidad de dislocaciones, además de un fortalecimiento por precipitación.
• Los tratamientos térmicos (por ejemplo, temple y revenido o enfriamiento controlado) se optimizan para lograr una alta resistencia máxima, preservando al mismo tiempo la elongación y el rendimiento a la fatiga requeridos.
• Efecto del procesamiento:
• La normalización mejora la uniformidad y la tenacidad al refinar el tamaño del grano.
• El temple y el revenido aumentan la resistencia y pueden ajustarse para optimizar el equilibrio entre resistencia y tenacidad.
• El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) puede producir microestructuras de grano fino que mejoran tanto la resistencia como la tenacidad en variantes de alta resistencia.

4. Propiedades mecánicas

Los valores cuantitativos difieren según la norma y el proveedor; la tabla siguiente destaca el comportamiento relativo y lo que los ingenieros deben esperar.

Propiedad	PC1570	PC1860
Resistencia a la tracción (última)	Categoría nominal inferior: diseñada para alta resistencia, pero inferior a la de su contraparte de mayor calidad.	Categoría nominal superior: diseñada para una resistencia máxima y una capacidad de pretensado significativamente mayores.
límite elástico (o prueba de fluencia)	Normalmente más bajo; proporciona mayor reserva de plástico	Mayores niveles de límite elástico/resistencia para soportar mayores fuerzas de pretensado
Alargamiento (ductilidad)	Generalmente, mayor ductilidad (mayor elongación) para la misma sección transversal	Alargamiento reducido en comparación con el PC1570 con el mismo nivel de resistencia; se sigue controlando para cumplir con los requisitos de ductilidad.
resistencia al impacto	Generalmente se obtiene una mayor tenacidad, especialmente a bajas temperaturas, si la aleación es conservadora.	La tenacidad puede ser menor si se prioriza la resistencia; la aleación y el procesamiento controlados mitigan la fragilización.
Dureza	Dureza baja a moderada	Mayor dureza refleja mayor resistencia a la tracción

Interpretación: - El PC1860 alcanza mayores tensiones de tracción y de prueba, pero normalmente sacrifica algo de ductilidad y puede tener mayor dureza y menor energía de impacto medida a menos que la aleación y el revenido se controlen cuidadosamente. - La selección debe considerar si el diseño estructural requiere la máxima pretensión por tendón (favoreciendo PC1860) o una mejor ductilidad/tenacidad y margen de manipulación (favoreciendo PC1570).

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono/templabilidad y de la presencia de elementos de microaleación. Para su evaluación, los ingenieros suelen utilizar índices como:

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

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: - PC1570: Debido a sus menores requisitos de templabilidad y a una microaleación conservadora, tiende a presentar una mejor soldabilidad intrínseca y una menor propensión al agrietamiento en frío que las variantes de mayor resistencia. Aun así, suele ser necesario el precalentamiento y el control de la temperatura entre pasadas en secciones gruesas. PC1860: Una mayor templabilidad (debido a la aleación o a un mayor equivalente de carbono) aumenta la vulnerabilidad a microestructuras duras y frágiles en la zona afectada por el calor (ZAC) y al agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. Los procedimientos de soldadura suelen requerir un precalentamiento/postcalentamiento y un control del hidrógeno más estrictos. Para la mayoría de las aplicaciones de pretensado, la soldadura directa de alambres o torones es limitada y se especifican empalmes mecánicos o métodos de soldadura/unión aprobados. - Nota práctica: En el caso de los tendones, a menudo se evita el empalme/soldadura en la zona de pretensado a menos que se esté explícitamente cualificado; son más comunes los acopladores mecánicos o las terminaciones soldadas en fábrica.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el PC1570 ni el PC1860 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es limitada y depende del estado de la superficie, los recubrimientos y el entorno.
• Protecciones típicas:
• Galvanizado en caliente para barras/cables donde se acepta la protección sacrificial.
• Recubrimiento epoxi, revestimiento de polímero o grasa/conductos engrasados ​​para cables utilizados en ambientes externos, semi-expuestos o agresivos.
• El encapsulado físico (lechada/inyección) es una práctica estándar en los tendones de hormigón pretensado.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) es un índice para acero inoxidable y, por lo general, no se aplica a aceros de pretensado que no sean inoxidables. Para referencia:

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

pero este índice solo es relevante para las aleaciones inoxidables que incluyen intencionalmente Cr, Mo y N en niveles significativos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Los grados de mayor resistencia (PC1860) tienden a ser más duros y más abrasivos para las herramientas; las velocidades de corte y la vida útil de la herramienta deben ajustarse.
• El PC1570 es más fácil de mecanizar y conformar debido a su menor dureza.
• Formabilidad y flexión:
• La ductilidad determina los radios de curvatura admisibles y los procesos de conformado en frío; el PC1570 normalmente tolera curvaturas más cerradas y conformado en frío con menor riesgo de agrietamiento.
• El PC1860 puede requerir radios de curvatura mayores, tratamientos térmicos controlados o procesos de conformado especializados.
• Acabado superficial:
• Los aceros de mayor dureza pueden desarrollar microfisuras durante operaciones de acabado agresivas; el control del esmerilado y el granallado es importante.
• Instalación y manejo:
• Los mayores niveles de pretensado en PC1860 imponen requisitos más estrictos en cuanto a equipos de manipulación, anclaje y tensado debido a la mayor energía elástica almacenada y al riesgo durante una falla catastrófica.

8. Aplicaciones típicas

PC1570 — Usos típicos	PC1860 — Usos típicos
Elementos generales de hormigón pretensado donde se requiere una pretensión de moderada a alta, junto con una fácil instalación y una mayor resistencia (por ejemplo, vigas prefabricadas, losas, tendones más pequeños).	Tendones de alta capacidad donde se necesita la máxima pretensión por tendón para minimizar el tamaño de la sección, o para puentes de gran luz/alta carga, postensado de losas pesadas y aplicaciones especializadas.
Elementos donde se prioriza la resistencia a la fatiga y la ductilidad (puentes con muchos ciclos de carga).	Aplicaciones en las que se debe minimizar el espacio o el número de conductos y una mayor tensión de fluencia por hilo resulta económicamente ventajosa.
Situaciones con fabricación en campo más compleja donde una mayor soldabilidad/conformabilidad resulta beneficiosa	Elementos y acoplamientos de alta resistencia fabricados en planta, donde la mayor resistencia compensa la menor ductilidad.

Justificación de la selección: - Elija el grado cuyo equilibrio entre capacidad de pretensado y ductilidad se ajuste a las exigencias estructurales, la separación entre tendones y las limitaciones de construcción. Considere la durabilidad y la estrategia de protección contra la corrosión como factores adicionales.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo:
• El PC1860 suele ser más caro por unidad de masa debido a la aleación adicional, un procesamiento más exigente y un control de calidad más estricto.
• El PC1570 suele ser menos costoso y se produce ampliamente en formas de producto comunes (alambre, hilo, barra).
• Disponibilidad por formato de producto:
• Ambos grados se encuentran comúnmente disponibles como alambre y filamento; los grados superiores pueden encontrarse con mayor frecuencia en ciertas formas de producto (por ejemplo, filamentos, barras o alambre estirado en frío de alta resistencia fabricados especialmente) y pueden tener plazos de entrega más largos para grandes cantidades o recubrimientos especiales.
• Asesoramiento en materia de adquisiciones:
• Es recomendable establecer un contacto temprano con los proveedores para PC1860 para confirmar el tiempo de entrega, la ruta de tratamiento térmico y el control de calidad para la fatiga y la tenacidad a la fractura, especialmente para proyectos grandes.

10. Resumen y recomendación

Criterio	PC1570	PC1860
Soldabilidad	Mejor (menor CE, más fácil de soldar con las precauciones estándar)	Más exigente (mayor CE/endurecimiento; se necesitan controles más estrictos)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor ductilidad y mejor resistencia para numerosas aplicaciones.	Mayor resistencia, pero requiere un procesamiento cuidadoso para mantener su tenacidad.
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendación: - Elija PC1570 si: El proyecto prioriza la ductilidad, la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la facilidad de fabricación o manipulación en campo; donde se acepta la moderación de la tensión previa por tendón; y cuando el costo o la disponibilidad rápida son importantes. - Elija PC1860 si: El diseño requiere una capacidad de pretensado máxima por tendón para minimizar el número de tendones o el tamaño de la sección transversal, y el proyecto puede adaptarse a controles de soldadura/especificaciones más estrictos, un coste de material potencialmente mayor y una calificación más rigurosa de los proveedores en cuanto al tratamiento térmico y la tenacidad.

Nota técnica final: Siempre confirme los límites químicos y mecánicos exactos con el proveedor o la especificación vigente, revise los procedimientos de soldadura y empalme calificados y verifique el rendimiento crítico ante la fatiga y la fractura mediante pruebas o datos del proveedor para la ruta de producción elegida.