Q235 frente a Q255: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen elegir entre Q235 y Q255 al especificar aceros estructurales al carbono para estructuras soldadas, placas y perfiles. La decisión generalmente implica un equilibrio entre el coste y la facilidad de fabricación frente a la necesidad de una mayor resistencia a la fluencia y un mejor rendimiento en servicio (por ejemplo: mayor capacidad de carga o menor tamaño de sección). Entre los contextos típicos de esta decisión se incluyen elementos estructurales soldados, fabricación en general y recipientes a presión o de almacenamiento de servicio moderado, donde tanto la resistencia como la soldabilidad son importantes.

La principal diferencia técnica entre Q235 y Q255 radica en su límite elástico de diseño: Q255 tiene un límite elástico mínimo especificado superior al de Q235. Este límite elástico genera diferencias sutiles en el control químico, el procesamiento y las compensaciones de selección que hacen que ambos grados se comparen habitualmente en el diseño y la fabricación.

1. Normas y designaciones

• GB (República Popular China): Q235, Q255 (grados nacionales de acero al carbono estructural). Estos se designan como aceros estructurales al carbono.
• Otros sistemas equivalentes (funcionales, no idénticos): Q235 se compara a menudo con ASTM A36 / EN S235JR en aplicaciones estructurales, pero la equivalencia directa requiere una revisión de la química y las pruebas mecánicas.
• Clasificación: tanto el Q235 como el Q255 son aceros estructurales al carbono simple (sin baja aleación), no aceros inoxidables, para herramientas o de alta resistencia y baja aleación (HSLA) en el sentido moderno, aunque la práctica de los molinos puede incluir microaleación o laminación controlada para cumplir con las propiedades mecánicas.

Nota: Los estándares y las formas de producto difieren (placa, tira, barra, sección); especifique siempre el estándar y la forma de producto exactos requeridos en los pedidos de compra.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla a continuación resume la presencia relativa de los elementos clave y sus funciones. Estas entradas describen las prácticas típicas de la fábrica y los niveles relativos, en lugar de límites estándar prescriptivos; para conocer los valores contractuales, se deben consultar los certificados de la fábrica y la norma aplicable.

Elemento	Q235 (nivel relativo típico)	Q255 (nivel relativo típico)	Finalidad / Efecto
C (Carbono)	De baja a moderada (controla la fuerza)	De baja a moderada (a menudo controlada para lograr un mayor rendimiento sin una dureza excesiva)	Control de resistencia primaria; un valor C más alto aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad.
Mn (manganeso)	Moderado (desoxidación, fuerza)	Moderado (puede ser ligeramente superior o estar estrictamente controlado para obtener el máximo rendimiento).	Aumenta la templabilidad y la resistencia; ayuda a compensar el bajo contenido de carbono para obtener resistencia.
Si (silicio)	Bajo (desoxidante)	Bajo (desoxidante)	Agente desoxidante; efecto mínimo sobre la resistencia.
P (Fósforo)	Rastro (mantenido bajo)	Rastro (mantenido bajo)	El exceso de impurezas reduce la tenacidad, especialmente a bajas temperaturas.
S (Azufre)	Rastro (mantenido bajo)	Rastro (mantenido bajo)	Las impurezas reducen la ductilidad y la maquinabilidad; las combinaciones de Mn-S afectan la morfología del sulfuro.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Normalmente se añade un rastro o no se añade intencionadamente.	Normalmente se utilizan trazas o puede incluirse microaleación en algunas plantas.	Cuando se añaden intencionadamente, estos compuestos controlan la templabilidad, el refinamiento del grano y la resistencia (microaleación). No son habituales en las aleaciones Q235/Q255 básicas a menos que se especifique lo contrario.
N (Nitrógeno)	Rastro	Rastro	Puede combinarse con Al, Ti, Nb para formar nitruros; afecta la tenacidad y el envejecimiento.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - Elevar el contenido de C o aumentar la aleación (Cr, Mo, V) aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad si no se compensa mediante el procesamiento. - El manganeso es el principal elemento de aleación intencional en estos grados; equilibra la resistencia con la conformabilidad. - La microaleación (V, Nb, Ti) puede permitir un mayor rendimiento con menor contenido de carbono, mejorando la resistencia sin tanta pérdida de soldabilidad; si está presente, debe declararse en la documentación de la fábrica.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas en estado laminado para ambos grados: Las microestructuras de ferrita-perlita predominan en las formas de producto laminadas y normalizadas de los aceros estructurales al carbono. - El Q255, debido a su objetivo de mayor rendimiento, puede mostrar una fracción de perlita ligeramente mayor o un tamaño de grano de ferrita más fino mediante laminación controlada o microaleación, pero las microestructuras base siguen siendo ferrita + perlita en los procesos comerciales normales.

Efecto de las rutas de procesamiento comunes: - Normalización: refina el grano y puede producir propiedades mecánicas más uniformes; se utiliza cuando se requiere una mayor tenacidad. - Temple y revenido: no es típico del Q235/Q255 estándar; produce microestructuras martensíticas o bainíticas con una resistencia mucho mayor, pero está fuera del alcance de la designación normal. - Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): cuando se aplica, produce un tamaño de grano más fino y mejores combinaciones de resistencia y tenacidad, manteniendo bajo el carbono; esta es una vía común para aumentar el rendimiento sin un exceso de C.

Trascendencia: Para la fabricación rutinaria, ambos grados se procesan para proporcionar un comportamiento predecible de ferrita-perlita dúctil. Si se requiere mayor resistencia manteniendo la soldabilidad, conviene optar por versiones TMCP o microaleadas en lugar de simplemente aumentar el contenido de carbono.

4. Propiedades mecánicas

La principal distinción mecánica garantizada es la resistencia a la fluencia.

Propiedad	Q235 (típico)	Q255 (típico)	Notas
Límite elástico nominal (mínimo)	235 MPa	255 MPa	Estos valores nominales son los límites de fluencia de diseño implícitos en la denominación del grado.
Resistencia a la tracción	Moderado; depende del formato del producto.	Ligeramente superior o similar; depende del formato del producto.	La resistencia final a la tracción depende del espesor, el laminado y el tratamiento térmico.
Alargamiento (ductilidad)	Buena ductilidad para conformado y soldadura	Es comparable, aunque puede ser ligeramente inferior si se utiliza un procesamiento de mayor intensidad.	La ductilidad depende de la química y el procesamiento; un bajo contenido de carbono mejora la ductilidad.
Resistencia al impacto	Bueno con el procesamiento adecuado	Comparable si se procesa para mejorar su resistencia; puede ser más conservador a bajas temperaturas.	Las pruebas Charpy dependen del producto y del tratamiento térmico.
Dureza	Dureza típica del acero estructural	Ligeramente superior en productos de mayor rendimiento	La dureza se correlaciona con las propiedades de tracción.

Explicación: El acero Q255 presenta mayor resistencia según el criterio de límite elástico de diseño. Dependiendo de su proceso de producción, puede alcanzar un límite elástico superior mediante microaleación y control de laminación, en lugar de aumentar considerablemente el contenido de carbono. Al mantener un bajo contenido de carbono y emplear microaleación/TMCP, la tenacidad y la soldabilidad pueden seguir siendo aceptables. La tenacidad y ductilidad reales están determinadas más por el historial de procesamiento y las impurezas que por la calidad en sí misma.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros al carbono está fuertemente controlada por la equivalencia de carbono y la templabilidad local.

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

Otro índice utilizado en Europa: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Un menor valor de equivalencia de carbono (CE) indica un menor riesgo de agrietamiento en frío y menores requisitos de precalentamiento/postcalentamiento. - El Q235, generalmente producido con bajo contenido de carbono, presenta una excelente soldabilidad para procesos de soldadura rutinarios (SMAW, GMAW, FCAW). El acero Q255, con un objetivo de rendimiento más elevado, puede producirse aumentando ligeramente el contenido de carbono o mediante otras estrategias (control de manganeso, microaleación, TMCP). Si el proveedor logra un mayor rendimiento con microaleación/TMCP y mantiene un bajo contenido de carbono, la soldabilidad se mantiene óptima. Si se utiliza un mayor contenido de carbono para alcanzar el rendimiento deseado, la eficiencia de conversión aumenta y los procedimientos de precalentamiento/postcalentamiento y soldadura cualificada adquieren mayor importancia. Solicite siempre los valores CE o Pcm en el certificado de fábrica y siga las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) aplicables. Para estructuras soldadas críticas, realice las recomendaciones de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y el control de hidrógeno según sea necesario.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos grados son aceros al carbono simples (no inoxidables); la resistencia a la corrosión se limita a la de los aceros al carbono no aleados.
• Estrategias de protección típicas:
• Galvanizado en caliente para resistencia a la corrosión atmosférica.
• Recubrimientos orgánicos (imprimaciones, pinturas, recubrimientos en polvo) para sistemas de ingeniería.
• Recubrimientos metalúrgicos (imprimaciones ricas en zinc, recubrimientos epoxi) según la exposición.
• PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) es un índice del acero inoxidable: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• No aplicable a Q235/Q255 porque no contienen suficiente Cr, Mo o N para ser inoxidables.
• Si se requiere resistencia a la corrosión más allá del acero al carbono recubierto, especifique acero inoxidable o aleaciones resistentes a la corrosión en lugar de confiar en Q235/Q255.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado/doblado: El Q235 tiene una muy buena conformabilidad debido a su menor límite elástico; el Q255 se puede conformar, pero puede requerir radios de curvatura mayores o más fuerza dependiendo del producto y el temple.
• Corte: Se aplican las mismas prácticas; el corte por oxígeno, láser y plasma son habituales. Las versiones más duras o de mayor resistencia podrían provocar un mayor desgaste de la herramienta.
• Maquinabilidad: Los aceros de bajo carbono tienen una maquinabilidad moderada; las inclusiones de sulfuro o las variantes de fácil mecanizado (no estándar para Q235/Q255) mejoran la maquinabilidad pero pueden reducir las propiedades de impacto.
• Acabado superficial y postprocesamiento: Ambos tipos de acabado aceptan bien la soldadura, el taladrado, el roscado y los tratamientos superficiales estándar; rara vez se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura para usos estructurales típicos, a menos que se especifique lo contrario.

8. Aplicaciones típicas

Q235 — Usos típicos	Q255 — Usos típicos
Componentes estructurales generales (vigas, canales, columnas)	Elementos estructurales donde un mayor límite elástico permite reducir el peso o la sección
Estructuras soldadas (marcos, bastidores, armarios)	Estructuras pesadas, grúas, componentes de elevación con mayores tensiones de diseño
Planchas y láminas para fabricación general, tanques de baja carga	Aplicaciones en las que un modesto aumento del rendimiento mejora el margen sin cambiar la clase del material.
Tuberías y perfiles para servicios no críticos	Piezas de maquinaria en las que un rendimiento ligeramente superior mejora la vida útil o la rigidez

Justificación de la selección: - Elija Q235 por su amplia disponibilidad, excelente soldabilidad y el menor costo de material para componentes estructurales convencionales. Elija Q255 cuando los requisitos del proyecto especifiquen un límite elástico mínimo superior, de modo que se pueda reducir el tamaño de la sección, el peso o la deflexión manteniendo prácticas de fabricación similares. Confirme si el proveedor logra un mayor límite elástico mediante microaleación/TMCP en lugar de un mayor contenido de carbono.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero Q255 suele tener un precio ligeramente superior al del Q235 debido a mayores requisitos de propiedades o a un procesamiento adicional (TMCP, microaleación). Este sobreprecio varía según la región, la planta y las condiciones del mercado.
• Disponibilidad: El acero Q235 es muy común y se encuentra ampliamente disponible en diversos formatos. El Q255 es menos común, pero suele estar disponible en las principales acerías; su disponibilidad depende del formato (placa, bobina, barra) y de la producción regional.
• Consejo para la adquisición: Especifique los certificados de propiedades mecánicas y los límites químicos; si la oferta es escasa, considere la posibilidad de calificar a proveedores alternativos o aceptar grados HSLA equivalentes con propiedades garantizadas similares.

10. Resumen y recomendación

Atributo	Q235	Q255
Soldabilidad	Excelente (baja C, baja CE típica)	De bueno a regular (depende de la ruta para obtener un mayor rendimiento; microaleación/TMCP = bueno)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	equilibrio estructural estándar	Mayor rendimiento; el equilibrio depende del procesamiento
Costo	Inferior (ampliamente producido)	Ligeramente superior (requisito de mayor rendimiento o procesamiento)

Recomendaciones: - Elija Q235 si prioriza la máxima soldabilidad, la facilidad de fabricación, el menor costo del material y el rendimiento estructural estándar donde un límite elástico de 235 MPa cumple con los requisitos de diseño. - Elija Q255 si el diseño requiere un límite elástico mínimo más alto (255 MPa) para reducir el tamaño de las secciones o aumentar la capacidad de carga, y ha verificado que la química y el procesamiento del proveedor logran este límite elástico sin un exceso de carbono que comprometa la soldabilidad o la tenacidad.

Orientación final sobre adquisiciones: - Solicite siempre los certificados de ensayo de fábrica (composición química y ensayos mecánicos), los valores de equivalencia de carbono y los detalles sobre cualquier procesamiento de microaleación o TMCP. - Para conjuntos soldados en servicio crítico, especifique el precalentamiento/postcalentamiento requerido, el control de hidrógeno y realice la calificación de la junta utilizando el producto real del proveedor de placas/secciones. - Cuando se necesita resistencia a la corrosión, servicio a temperaturas más altas o una tenacidad muy alta, considere grados de acero o selecciones de aleaciones alternativas en lugar de depender únicamente de sustituciones de Q235/Q255.