Q215 frente a Q235: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Q215 y Q235 son dos grados de acero al carbono/dulce de uso común en China, empleados en aplicaciones estructurales, de fabricación y de ingeniería general. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse al dilema de elegir entre aceros de menor coste y fácil procesamiento y alternativas de mayor resistencia que permiten diseños más ligeros o márgenes de rendimiento más ajustados. Las decisiones típicas incluyen equilibrar el coste con la resistencia a la fluencia requerida, elegir el acero para fabricaciones soldadas frente al conformado en frío y evaluar la tenacidad para servicio a bajas temperaturas.

La principal diferencia práctica entre ambos grados radica en su composición química —sobre todo en el carbono y el manganeso— y en cómo estas diferencias se traducen en la resistencia a la fluencia nominal y la sensibilidad al procesamiento. Dado que ambos son aceros al carbono no aleados, de producción comercial, destinados al conformado, la soldadura y el uso estructural, se comparan habitualmente durante la selección de materiales, la optimización de costes y la planificación de la fabricación.

1. Normas y designaciones

• GB/T (China): Q215, Q235 (designaciones estándar nacionales comunes para aceros estructurales laminados en caliente).
• Equivalentes ISO/EN: No existe un grado ISO directamente equivalente, pero Q235 es a menudo funcionalmente comparable a EN S235JR en aplicaciones estructurales.
• ASTM/ASME: No existe un equivalente directo; la selección generalmente se basa en las propiedades mecánicas más que en una designación exacta.
• JIS: No existe un equivalente directo; la coincidencia se basa en las propiedades de tracción/fluencia y los límites químicos.
• Clasificación: Tanto el Q215 como el Q235 son aceros estructurales al carbono (aceros de bajo carbono), no aceros aleados, para herramientas ni inoxidables. No se consideran aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) a menos que se sometan a un proceso termomecánico con microaleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

Ambos grados presentan una composición química intencionadamente simple. Las composiciones comerciales típicas se indican como rangos o límites superiores, en lugar de valores fijos exactos. La tabla siguiente muestra los límites de elementos comúnmente citados o los rangos típicos para Q215 y Q235; para los valores críticos del contrato, consulte el análisis certificado específico de la fábrica y la norma aplicable (p. ej., GB/T 700).

Elemento	Q215 (típico/límite)	Q235 (típico/límite)
C (carbono)	≈ 0,10–0,18 % en peso (máximo inferior al de Q235)	≈ 0,12–0,22 % en peso (máximo ligeramente superior)
Mn (manganeso)	≈ 0,30–0,60 % en peso	≈ 0,30–0,80 % en peso
Si (silicio)	≈ 0,02–0,30 % en peso	≈ 0,02–0,30 % en peso
P (fósforo)	≤ 0,035 % en peso (máximo típico)	≤ 0,035 % en peso (máximo típico)
S (azufre)	≤ 0,035 % en peso (máximo típico)	≤ 0,035 % en peso (máximo típico)
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Normalmente ≤ trazas/ppm (no adiciones deliberadas)	Normalmente ≤ trazas/ppm (no adiciones deliberadas)

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: Aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad a medida que aumenta el contenido de carbono; también aumenta la templabilidad. - Manganeso: Desoxidante y fortalecedor; incrementos moderados mejoran la resistencia a la tracción/límite elástico y contrarrestan la fragilización causada por el azufre. - Silicio: Desoxidación y ligero aumento de resistencia. - Los elementos residuales y la microaleación (V, Nb, Ti), que no son típicos en el Q215/Q235 puro, aumentarían la resistencia a través del fortalecimiento por precipitación y refinarían el tamaño del grano si estuvieran presentes en cantidades controladas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas para ambos grados después del laminado en caliente convencional y el enfriamiento al aire son mezclas de ferrita y perlita: - Q215: Fracción ligeramente mayor de ferrita más blanda y perlita más gruesa debido a un menor contenido de carbono; tiende a ser más dúctil. - Q235: Fracción de perlita ligeramente mayor y espaciado interlamelar más fino si el carbono y el Mn están en límites más altos; manifiesta resistencias a la tracción y a la fluencia marginalmente mayores.

Respuesta al tratamiento térmico: - Recocido/Normalizado: Ambos responden de manera predecible; el normalizado refina la estructura del grano y puede aumentar modestamente la resistencia y la tenacidad en comparación con la condición laminada en caliente. - Temple y revenido: No es típico para estos grados; debido al bajo contenido de carbono, la templabilidad es limitada; los ciclos severos de temple/revenido ofrecen un beneficio limitado en comparación con los aceros de carbono medio. - Procesamiento termomecánico / microaleación: Cuando se microalean y se procesan termomecánicamente, los aceros de la familia Q2xx pueden lograr una mayor resistencia con tenacidad conservada, pero eso aleja al material de la clasificación estándar Q215/Q235.

4. Propiedades mecánicas

A continuación se muestra una comparación típica en rangos comúnmente citados. Los valores reales dependen de la forma del producto (placa, lámina, bobina), el espesor y la certificación del fabricante.

Propiedad	Q215 (típico)	Q235 (típico)
Límite elástico (Rp0.2)	~215 MPa (base de designación nominal)	~235 MPa (base de designación nominal)
Resistencia a la tracción	≈ 340–470 MPa	≈ 370–500 MPa
Alargamiento (A50 mm o A5)	≈ 20–26%	≈ 20–28%
Resistencia al impacto (prueba de impacto Charpy con muesca en V, si se especifica)	Variable; generalmente adecuado para servicio a temperatura ambiente; inferior a Q235 en un procesamiento equivalente si el carbono es mayor.	Mayor tenacidad a bajas temperaturas con un procesamiento similar, pero depende del espesor y del tratamiento térmico.
Dureza	Relativamente bajo (HB ≤ ~140 típico)	Relativamente bajo, pero ligeramente superior al Q215

¿Cuál es más fuerte, más resistente o más dúctil? - Resistencia: El Q235 se especifica con una mayor resistencia a la fluencia y generalmente es el más resistente de los dos. - Ductilidad y tenacidad: El Q215, con menor contenido de carbono, tiende a ser ligeramente más dúctil y más fácil de conformar; la tenacidad depende en gran medida del procesamiento y puede no diferir significativamente para muchas piezas fabricadas en taller. - Compensación: Las pequeñas diferencias de carbono y manganeso producen diferencias modestas (~10% de la clase) en el límite elástico y la resistencia a la tracción; la selección depende de si ese margen permite una reducción de peso o de sección o si se requiere una mayor conformabilidad.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende en gran medida del equivalente de carbono y del contenido residual de aleación. Para aceros al carbono simples como el Q215/Q235, el contenido de carbono y el nivel de manganeso son los factores predominantes. Dos índices empíricos de uso común son:

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

• Instituto Internacional de Soldadura PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - Valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil con menor riesgo de agrietamiento en frío asistido por hidrógeno y menores requisitos de precalentamiento. - El Q215 generalmente presenta una soldabilidad ligeramente mejor que el Q235 debido a su menor contenido de carbono, lo que reduce la templabilidad y la susceptibilidad a microestructuras martensíticas en la ZAT (zona afectada por el calor). - En la práctica, ambos grados son altamente soldables con procesos de soldadura comunes (SMAW, GMAW, FCAW, SAW) siempre que se aplique un control adecuado del precalentamiento/entre pasadas, la selección de consumibles y el control del hidrógeno para espesores y niveles de restricción que de otro modo podrían promover el agrietamiento.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el Q215 ni el Q235 son inoxidables; su resistencia a la corrosión atmosférica es similar y limitada. Las estrategias de protección incluyen pintura, recubrimiento en polvo, galvanizado (en caliente o electrogalvanizado) o tratamientos metalúrgicos superficiales (por ejemplo, láminas de zinc).
• Al especificar el galvanizado, tenga en cuenta el espesor y la secuencia de fabricación (tratamiento de soldadura previo al galvanizado frente a posterior al galvanizado).
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) se utiliza únicamente para aceros inoxidables y no es aplicable a Q215/Q235: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para Q215/Q235, la tolerancia a la corrosión en el diseño y los recubrimientos apropiados son las principales medidas de prevención.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado/doblado en frío: El Q215 (menor contenido de carbono) es ligeramente más fácil de conformar en frío y tiene una elongación ligeramente mayor a espesores comparables; el Q235 se puede conformar, pero puede requerir radios de curvatura mayores para el mismo espesor.
• Maquinabilidad: Ambos aceros son generalmente mecanizables; el mayor contenido de carbono y manganeso en el Q235 le confiere una resistencia ligeramente superior y puede aumentar mínimamente el desgaste de la herramienta. La maquinabilidad depende más de las condiciones del tratamiento térmico y del contenido de azufre que de la pequeña diferencia entre estas calidades.
• Procesos de corte/térmicos: El corte por plasma, el corte con oxicombustible y el corte por láser funcionan de forma equivalente; tenga cuidado con el endurecimiento de los bordes en situaciones de enfriamiento muy rápido.
• Acabado superficial: Ambos admiten pintura, galvanizado y chapado; las posiciones de soldadura y los tratamientos posteriores a la soldadura se comportan de manera similar.

8. Aplicaciones típicas

Q215 — Usos típicos	Q235 — Usos típicos
Elementos estructurales de bajo coste para cargas no críticas, estructuras ligeras, maquinaria agrícola y fabricación general donde no se requiere máxima resistencia.	Acero estructural para edificios, puentes, estructuras metálicas ligeras, perfiles estructurales soldados donde un límite elástico ligeramente superior resulta ventajoso.
Perfiles conformados en frío con altas exigencias de conformabilidad	Piezas mecánicas donde un pequeño aumento de resistencia permite la reducción de peso
Componentes decorativos y pintados	Placas y perfiles estructurales de uso general donde se especifican niveles de resistencia estandarizados

Justificación de la selección: - Elija Q215 cuando la conformabilidad, el menor costo y la resistencia adecuada para estructuras no críticas sean prioridades. - Elija Q235 cuando el diseño requiera una mayor resistencia a la tracción/límite elástico para reducir el tamaño de la sección o el peso, manteniendo al mismo tiempo una buena soldabilidad y conformabilidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero Q215 suele ser ligeramente más barato que el Q235 debido a su menor contenido de carbono y manganeso, así como al procesamiento asociado. La diferencia de precio es pequeña y a menudo queda eclipsada por los precios del acero en el mercado y el formato del producto (placa, bobina).
• Disponibilidad: Ambos grados suelen estar disponibles en fábricas y distribuidores en forma de láminas, placas y bobinas. El Q235 se especifica con mayor frecuencia en las normas de ingeniería y puede tener una mayor disponibilidad en placas estructurales certificadas y perfiles laminados.

10. Resumen y recomendación

Criterio	Q215	Q235
soldabilidad	Muy bueno; ligeramente mejor debido a su menor contenido de carbono.	Muy bueno; la CE es ligeramente superior si la relación Mn/C se acerca a los límites superiores.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor resistencia nominal, ductilidad ligeramente mayor	Mayor límite elástico y resistencia a la tracción nominales, tenacidad comparable con un procesamiento adecuado.
Costo	Ligeramente más bajo	Ligeramente más caro, pero ampliamente disponible

Recomendaciones finales: - Elija Q215 si sus prioridades son la máxima conformabilidad, el menor costo de material posible para piezas estructurales no críticas, o cuando los procesos de fabricación impliquen un extenso conformado en frío y doblado. - Elija Q235 si su diseño requiere una mayor resistencia a la fluencia especificada para reducir el tamaño o el peso de los elementos, o para cumplir con las especificaciones estructurales estándar donde la mayor resistencia a la fluencia nominal simplifica el cumplimiento y los márgenes de diseño.

Nota final: Verifique siempre los certificados de ensayo de fábrica y confirme las propiedades mecánicas y químicas del lote de suministro y la forma del producto específicos. Para aplicaciones críticas de soldadura, bajas temperaturas o sensibles a la fatiga, especifique los ensayos de tenacidad, los procedimientos de soldadura y cualquier tratamiento térmico o precalentamiento posterior a la soldadura necesarios, según el espesor y la restricción.