Q235NH frente a Q295NH: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Q235NH y Q295NH son aceros chinos para recipientes a presión, ampliamente utilizados en calderas, recipientes a presión y aplicaciones estructurales donde se requiere una condición de material normalizada y una tenacidad fiable. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas e inconvenientes del coste, la soldabilidad y la resistencia al elegir entre estos dos grados. Las decisiones se toman típicamente en contextos como piezas sometidas a presión que requieren una resistencia mínima garantizada a la fluencia y al impacto, frente a estructuras donde una mayor capacidad de carga justifica un pequeño aumento en el contenido de aleación o en el procesamiento.

La principal diferencia técnica entre ambos grados radica en el grado y la finalidad del control de la aleación y el procesamiento: el Q295NH está diseñado para ofrecer un límite elástico mínimo superior y se produce generalmente con un control más estricto de la aleación y las adiciones de microaleaciones para lograr una mayor resistencia y una tenacidad uniforme, mientras que el Q235NH es un acero al carbono de menor resistencia y menor aleación, optimizado para la economía y la fabricación en general. Dado que ambos son normalizados ("NH"), se comparan con frecuencia para componentes que requieren un equilibrio entre tenacidad, conformabilidad y soldabilidad.

1. Normas y designaciones

• Norma principal: Sistema chino GB/T (p. ej., serie GB/T 3274/1591 para aceros de recipientes a presión). Las normas internacionales equivalentes no son idénticas, pero a menudo se realizan comparaciones aproximadas con la norma EN S235 (para Q235) y aceros estructurales de mayor resistencia.
• Otras normas que pueden hacer referencia a materiales similares: ASTM/ASME (para aceros para recipientes a presión), JIS (normas japonesas) y normas EN para aceros estructurales.
• Clasificación por familia de aceros:
• Q235NH: Acero estructural/para recipientes a presión al carbono (acero al carbono de baja aleación en estado normalizado).
• Q295NH: Acero estructural/para recipientes a presión de carbono de baja aleación y alta resistencia (aún a base de carbono, pero con una aleación o microaleación más deliberada para un mayor rendimiento).
• Estos no son aceros inoxidables, para herramientas ni de alta aleación; pertenecen a la categoría de aceros estructurales al carbono/dulces y de baja aleación (utilizados especialmente para recipientes a presión cuando se suministran como la variante normalizada NH).

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla que se muestra a continuación presenta la presencia relativa típica de elementos de aleación comunes en Q235NH y Q295NH. Los límites numéricos exactos se establecen en las normas GB/T aplicables y por los fabricantes; la tabla indica niveles relativos en lugar de fracciones de masa precisas.

Elemento	Q235NH (nivel relativo)	Q295NH (nivel relativo)	Notas
C (Carbono)	Bajo a moderado	De bajo a moderado (comparable)	Ambos son aceros de bajo carbono; sus nombres indican el límite elástico mínimo en lugar del alto contenido de carbono.
Mn (manganeso)	Moderado	De moderado a ligeramente superior	El Mn promueve la resistencia y la templabilidad; el Q295NH a menudo tiene un control de Mn ligeramente superior.
Si (silicio)	Bajo (desoxidación)	Bajo	Desoxidante; niveles similares.
P (Fósforo)	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)	Se mantiene bajo para mayor resistencia.
S (Azufre)	Bajo (controlado)	Bajo (controlado)	Se mantuvo bajo para favorecer la soldabilidad y la resistencia.
Cr (Cromo)	Traza / no es un elemento de diseño	Rastro a bajo	No es un elemento de aleación primario; ocasionalmente está presente en cantidades traza.
Ni (níquel)	Rastro	Rastro	No es un elemento de aleación principal intencionado para estos grados.
Mo (Molibdeno)	Rastro	Rastro	No es típico como componente principal.
V (Vanadio)	Rastro / generalmente ausente	Posible traza/microaleación	Las variantes Q295NH pueden utilizar microaleación (V, Nb) para aumentar el rendimiento a través del fortalecimiento por precipitación.
Nb (niobio)	Rastro	Posible rastro	Se utiliza en aceros microaleados para el refinamiento del grano y la resistencia.
Ti (titanio)	Rastro	Rastro	Poco frecuente; se utiliza principalmente para la desoxidación o el control de la segregación, si está presente.
B (Boro)	No es típico	No es típico	No es una característica de diseño.
N (Nitrógeno)	Rastro	Rastro	Controlado para gestionar propiedades; interactúa con elementos de microaleación.

Cómo afecta la estrategia de aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso son los principales componentes que aportan resistencia en ambas calidades. La ligera reducción en el contenido de manganeso y la adición de microaleaciones (Nb, V) en el acero Q295NH permiten un mayor límite elástico sin grandes aumentos de carbono que perjudicarían la soldabilidad. - La microaleación traza refina el tamaño del grano y aumenta el rendimiento mediante mecanismos de precipitación y envejecimiento por deformación, mejorando el equilibrio entre resistencia y tenacidad. - Los bajos valores de P y S son importantes para la tenacidad al impacto y la soldabilidad en ambos grados.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - Estado normalizado (NH): ambas calidades se suministran con una microestructura de ferrita-perlita con un tamaño de grano refinado debido al tratamiento térmico de normalización. La normalización aumenta la tenacidad en comparación con los productos laminados en caliente al producir una microestructura más uniforme. - Q235NH: ferrita-perlita con una fracción de perlita relativamente gruesa en comparación con los aceros de mayor resistencia; microestructura optimizada para la ductilidad y la conformabilidad. - Q295NH: ferrita-perlita con un tamaño de grano más fino y precipitados de microaleación potencialmente dispersos (NbC, VC) si se microalean, lo que proporciona una mayor resistencia a la fluencia y un mejor control de la tenacidad.

Respuesta al procesamiento: - Normalización: ambos grados se benefician en tenacidad y estabilidad dimensional; el Q295NH puede requerir enfriamiento controlado para preservar sus objetivos de resistencia y tenacidad. - Temple y revenido: no es común para los grados designados NH; el temple y revenido puede producir una resistencia mucho mayor, pero está fuera del caso de uso previsto para estos aceros para recipientes a presión. - Procesamiento termomecánico: las variantes microaleadas de Q295NH pueden obtener una mayor resistencia a través del laminado controlado y el enfriamiento acelerado (laminado termomecánico), produciendo ferrita de grano fino y precipitados dispersos que aumentan el rendimiento sin un exceso de carbono.

4. Propiedades mecánicas

El parámetro mecánico clave garantizado en las denominaciones de los grados es la resistencia mínima a la fluencia. Las propiedades físicas dependen del espesor, la composición química exacta y el procesamiento; los fabricantes certifican las propiedades del producto según las normas aplicables.

Propiedad	Q235NH (típico)	Q295NH (típico)
Límite elástico (mínimo)	~235 MPa (base de diseño)	~295 MPa (base de diseño)
Resistencia a la tracción	Inferior a Q295NH (el rango típico depende de la forma del producto)	Superior a Q235NH (el rango típico depende de la forma del producto)
Alargamiento (ductilidad)	Mayor/mejor conformabilidad	Ligeramente inferior a la del Q235NH, pero aún así con buena ductilidad.
Resistencia al impacto	Diseñado para ofrecer una buena resistencia a la temperatura especificada; en general, buena	Diseñado para ofrecer una resistencia igual o superior a la misma temperatura, a menudo garantizada por un control más estricto.
Dureza	Más bajo (más fácil de mecanizar)	Moderado (más alto debido a la fuerza)

Explicación: - El Q295NH es más resistente debido a una composición química más precisa y a una posible microaleación/refinamiento del grano; la resistencia a la fluencia y la resistencia máxima son mayores. - El Q235NH es generalmente más dúctil y más fácil de conformar; a menudo se elige cuando se requiere un conformado extenso o trabajo en frío. - Ambos grados en condición NH están especificados para proporcionar suficiente tenacidad al impacto a las temperaturas de diseño requeridas; Q295NH puede requerir un control de proceso más estricto para cumplir simultáneamente con la resistencia y la tenacidad.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del equivalente de carbono y de las adiciones de microaleaciones que aumentan la templabilidad. El uso de equivalentes de carbono ayuda a predecir la susceptibilidad al agrietamiento en frío y la necesidad de precalentamiento/control entre pasadas.

Fórmulas empíricas útiles: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–O'Neill o Pcm para una evaluación más conservadora: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Ambos grados se consideran generalmente soldables con procesos de soldadura comunes (SMAW, GMAW, FCAW) cuando se siguen los procedimientos normales y las pautas de temperatura de precalentamiento/entre pasadas. - El Q235NH normalmente tiene valores CE más bajos y es más tolerante: requiere menos precalentamiento y menores requisitos de control de hidrógeno. - El Q295NH, con un contenido de Mn ligeramente superior y potencial de microaleación, puede presentar un CE o Pcm superior; por lo tanto, puede requerir parámetros de soldadura más conservadores (precalentamiento controlado, menor consumo de hidrógeno) para evitar el agrietamiento en frío inducido por el hidrógeno. - Para componentes críticos de recipientes a presión soldados, siga los procedimientos de soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, si se especifica) requeridos por el código aplicable y la hoja de datos del material; utilice siempre las recomendaciones de soldadura proporcionadas por el fabricante.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos grados son aceros al carbono/de baja aleación no inoxidables; no proporcionan resistencia inherente a la corrosión.
• Estrategias de protección estándar: galvanizado en caliente, electrogalvanizado, pintura con base de solvente o polvo, recubrimientos inorgánicos de zinc o sistemas de revestimiento aplicados para ambientes agresivos. La selección depende de las condiciones de exposición, la vida útil y los requisitos del código.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables; sin embargo, para las aleaciones inoxidables la fórmula es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• En resumen: el comportamiento ante la corrosión de Q235NH y Q295NH es similar y está determinado por los tratamientos superficiales; Q295NH no ofrece aumentos significativos en la resistencia intrínseca a la corrosión en comparación con Q235NH.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: tanto el corte con máquina como con plasma son procedimientos habituales. El acero Q235NH suele ser ligeramente más fácil de mecanizar debido a su menor dureza.
• Conformado/doblado: El Q235NH presenta mayor ductilidad y menor límite elástico, lo que lo hace preferible para dobleces cerrados o embutición profunda. El Q295NH requiere radios de curvatura mayores y puede necesitar conformado a temperaturas elevadas para dobleces cerrados.
• Maquinabilidad: El Q235NH generalmente ofrece mejor maquinabilidad; la mayor resistencia del Q295NH y los posibles precipitados de microaleación pueden aumentar el desgaste de la herramienta y requerir avances/velocidades ajustados.
• Aporte de calor durante la fabricación: controlar el calor para evitar el endurecimiento localizado; el precalentamiento puede aplicarse con mayor frecuencia al Q295NH en secciones gruesas o en servicio a baja temperatura.

8. Aplicaciones típicas

Q235NH – Usos comunes	Q295NH – Usos comunes
Componentes de recipientes a baja presión, elementos estructurales generales, soportes de tuberías, fabricaciones económicas	Componentes de recipientes a presión sometidos a mayores esfuerzos, elementos estructurales portantes con espacio limitado para secciones transversales mayores, componentes que requieren mayores márgenes de diseño.
Piezas fabricadas donde se realizan extensos procesos de conformado y soldadura, y el costo es una preocupación principal.	Componentes en los que se requiere una sección o un peso reducidos mediante una mayor tensión admisible
Componentes internos del recipiente secundario, accesorios no críticos	En los cascos o tapas de recipientes a presión donde un mayor límite elástico proporciona una ventaja en seguridad o diseño

Justificación de la selección: - Elija Q235NH cuando se prioricen el costo, la conformabilidad y la soldabilidad general, y las tensiones de diseño requeridas se encuentren dentro del límite elástico inferior. - Elija Q295NH cuando se necesiten tensiones admisibles más altas o un tamaño de sección reducido y el entorno de fabricación pueda manejar requisitos de soldadura/conformado ligeramente más exigentes.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El Q235NH suele ser menos costoso por unidad de masa debido a un menor control de la aleación y a su uso más frecuente. El Q295NH tiene un precio ligeramente superior debido a un control más estricto de la composición y a la posibilidad de microaleación.
• Disponibilidad por formato: ambos grados suelen estar disponibles en placas, flejes y perfiles estructurales en las regiones donde se comercializan aceros con norma china; la disponibilidad varía según la región y la capacidad de producción de las acerías. Los plazos de entrega pueden verse afectados por el espesor, el tratamiento térmico (suministro de NH) y las certificaciones necesarias para su uso en recipientes a presión.

10. Resumen y recomendación

Métrico	Q235NH	Q295NH
soldabilidad	Muy bueno / más indulgente	Bien, pero quizás necesite un control de precalentamiento/H más estricto.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor rendimiento, excelente ductilidad	Mayor rendimiento, tenacidad a medida con aleación controlada
Costo	Más bajo	Prima moderada

Recomendaciones: - Elija Q235NH si: la aplicación prioriza la rentabilidad, se requiere un conformado o trabajo en frío significativo, o las tensiones de diseño son compatibles con un límite elástico mínimo de ~235 MPa; también es adecuado cuando se desea la máxima tolerancia de soldabilidad. - Elija Q295NH si: el diseño requiere tensiones permitidas más altas o una sección transversal más pequeña para la misma carga, cuando el proyecto puede adaptarse a procedimientos de soldadura y conformado ligeramente más estrictos, o cuando el comprador prefiere el control de proceso más preciso y la consistencia de resistencia que Q295NH suele proporcionar.

Nota final: Consulte siempre la norma de materiales aplicable y los certificados de ensayo de fábrica para obtener los datos químicos y mecánicos exactos para la colada específica y la forma del producto. Los procedimientos de soldadura, las temperaturas de tenacidad requeridas y los requisitos del código para equipos a presión deben guiar la selección final del material.