Q235NH frente a Q355GNH: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El Q235NH y el Q355GNH son dos aceros estructurales chinos de uso común que los ingenieros comparan frecuentemente al diseñar componentes estructurales, soldados o sometidos a presión. Las decisiones típicas se toman considerando aspectos como el equilibrio entre el costo y la resistencia a la fluencia requerida, la selección del material para cumplir con los requisitos de resistencia al impacto a bajas temperaturas y la justificación de una microaleación adicional para obtener mayor tenacidad y resistencia.

La principal diferencia técnica radica en que el Q355GNH se especifica y procesa para ofrecer una mayor resistencia mínima a la fluencia y, por lo general, contiene microaleaciones o controles de procesamiento más estrictos para mejorar su tenacidad y resistencia en comparación con el Q235NH. Dado que ambos son aceros estructurales no inoxidables que suelen suministrarse en condiciones normalizadas o con tratamiento termomecánico, se comparan directamente cuando los ingenieros deben sopesar la soldabilidad, la tenacidad a baja temperatura, la conformabilidad y el coste del material.

1. Normas y designaciones

• Normas de referencia comunes:
• China: GB/T 700 (aceros estructurales al carbono generales); GB/T 1591 (acero estructural de alta resistencia y baja aleación); GB/T 232 (láminas/placas laminadas en caliente) y normas nacionales relacionadas que cubren variantes normalizadas y sometidas a pruebas de impacto.
• Equivalencia internacional: no existe un equivalente exacto 1:1 ASTM/EN, pero Q235 ≈ aceros dulces de bajo carbono (por ejemplo, familia A36/A283) y Q355 ≈ aceros HSLA de rango inferior en EN (familia S355) y aceros estructurales de alta resistencia ASTM.
• Las normas JIS y EN pueden utilizarse para el diseño comparativo, pero no se deben cambiar los nombres de las clasificaciones Q.
• Clasificación:
• Q235NH: Acero estructural al carbono (variante normalizada y probada contra impactos).
• Q355GNH: Acero estructural de baja aleación y alta resistencia (grado de mayor resistencia, grano fino o procesamiento controlado indicado por "G", variante normalizada y probada contra impactos).

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos que se suelen mencionar en las fichas técnicas de los proveedores y en las normas nacionales. Estos valores son orientativos; siempre conviene confirmarlos con los certificados del fabricante o la versión específica de la norma.

Elemento	Porcentaje típico de Q235NH (en peso)	Q355GNH típico (en peso %)
C (Carbono)	~0,12–0,20	~0,12–0,22
Mn (manganeso)	~0,30–1,40	~0,50–1,60
Si (silicio)	≤0,35 (típico)	≤0,50 (típico)
P (Fósforo)	≤0,045 (máx.)	≤0,035–0,045 (máx.)
S (Azufre)	≤0,045 (máx.)	≤0,045 (máx.)
Cr (Cromo)	≤0,30 (si está presente)	A menudo ≤0,30; puede ser ligeramente superior en algunas especificaciones.
Ni (níquel)	Rastreo a ninguno	Trazas a niveles bajos (ocasionalmente presente)
Mo (Molibdeno)	No es típico	Rastro (posible en variantes específicas)
V, Nb, Ti (Microaleación)	Generalmente ninguno	Puede contener microaleaciones (V, Nb, Ti) en variantes de Q355 para refinar el grano y aumentar la resistencia.
N (Nitrógeno)	Controlado (para mayor resistencia)	Controlado (para mayor resistencia)

Notas: - El Q235NH es esencialmente un acero de bajo carbono y baja aleación, suministrado en condición normalizada y sometida a pruebas de impacto; su composición se mantiene simple para maximizar la ductilidad y la soldabilidad. - El Q355GNH generalmente busca una mayor resistencia a la fluencia a través de aumentos moderados de carbono y manganeso y/o adiciones controladas de microaleaciones (V, Nb, Ti) y procesamiento termomecánico para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad sin recurrir a un alto contenido de aleación.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - El carbono aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad cuando se eleva significativamente. - El manganeso aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción, y ayuda a la desoxidación. Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) producen precipitados finos que fijan los límites de grano, aumentan la resistencia a la fluencia mediante el fortalecimiento por precipitación y mejoran la tenacidad cuando se procesan correctamente. - El azufre y el fósforo se mantienen bajos para evitar la fragilización y un rendimiento deficiente en cuanto a fatiga/soldadura.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - Q235NH: Microestructura de ferrita-perlita tras la normalización. La normalización refina el tamaño de grano con respecto al material laminado en caliente y mejora la tenacidad isotrópica en comparación con los aceros laminados en caliente sin normalizar. - Q355GNH: Ferrita de grano fino con una mayor proporción de bainita revenida o perlita de baja temperatura, según el proceso de fabricación. Si se microalea y se controla termomecánicamente, el Q355GNH puede presentar un tamaño de grano de ferrita más refinado y uniforme, con precipitados finos de carburo o carbonitruro.

Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento: - Normalización (enfriamiento al aire desde la austenita): Ambos grados se benefician de la normalización para homogeneizar la microestructura y mejorar la tenacidad — designada por la “N” en el grado. - Laminación termomecánica (laminación controlada): Se utiliza con mayor frecuencia para las variantes Q355 para lograr una mayor resistencia y tenacidad a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento por precipitación sin aumentar significativamente el contenido de carbono. - Temple y revenido: No se suele aplicar al Q235NH; las variantes del Q355 destinadas a una resistencia aún mayor podrían estar disponibles en condiciones de temple y revenido en otras líneas de productos, pero eso cambia la designación del grado y las expectativas de la cadena de suministro.

Implicación práctica: - El Q235NH es fácil de tratar térmicamente (normalizar) y su microestructura (ferrita-perlita) es predecible. - El Q355GNH responde a un control de proceso más estricto y a la microaleación; el mismo tratamiento térmico puede producir un mayor rendimiento y una mejor tenacidad a bajas temperaturas debido a los granos y precipitados refinados.

4. Propiedades mecánicas

La siguiente tabla resume las bandas típicas de propiedades mecánicas comúnmente asociadas con los dos grados; confirme los materiales contratados mediante certificado.

Propiedad	Q235NH (típico)	Q355GNH (típico)
Límite elástico mínimo (Rp0.2)	~235 MPa (base de denominación)	~355 MPa (base de denominación)
Resistencia a la tracción (Rm)	~370–500 MPa	~490–630 MPa
Alargamiento (A)	Mayor ductilidad; por ejemplo, ≥20–26% (varía según el espesor).	Menor elongación que Q235NH; por ejemplo, ≥18–22% (varía según el espesor).
Dureza al impacto	Especificado como ensayo Charpy V a una temperatura determinada; normalizado para una buena tenacidad.	Suele especificarse para temperaturas más bajas; mayor tenacidad mediante microaleación/control de procesos
Dureza	Menor (mecanizado/conformación más fácil)	Mayor (mayor resistencia; aumento moderado de la dureza)

Interpretación: - Resistencia: El Q355GNH es un material más resistente por diseño, con un límite elástico mínimo sustancialmente mayor y un rango de tracción superior. - Tenacidad: Con un procesamiento adecuado y pruebas de impacto, ambos grados pueden cumplir con los requisitos de tenacidad; el Q355GNH a menudo requiere un procesamiento más cuidadoso para garantizar que la tenacidad no se vea comprometida por una mayor resistencia. - Ductilidad/conformabilidad: El Q235NH es generalmente más dúctil y tolerante en las operaciones de conformado.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono y la templabilidad, además de la microaleación y el espesor.

Fórmulas empíricas útiles: - Equivalente de carbono (IIW), comúnmente utilizado para evaluar la soldabilidad: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice de agrietamiento en frío previsto $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Q235NH: Bajo contenido de carbono, aleación limitada — soldabilidad generalmente excelente con bajos requisitos de precalentamiento para espesores comunes y riesgo reducido de agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. - Q355GNH: Un mayor contenido de Mn y la posible microaleación aumentan la templabilidad; esto puede elevar $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ con respecto al Q235NH, lo que implica una mayor atención al precalentamiento, la temperatura entre pasadas y el control del hidrógeno al soldar secciones gruesas. Se recomienda seguir las especificaciones y la cualificación adecuadas para el procedimiento de soldadura. - La microaleación aumenta la resistencia, pero también puede incrementar la tendencia a la formación de zonas duras locales en la ZAT de la soldadura si no se controlan los ciclos térmicos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el Q235NH como el Q355GNH son aceros al carbono (o de baja aleación); no son inoxidables y, por lo tanto, requieren medidas de protección para ambientes expuestos.
• Estrategias comunes de protección: galvanizado en caliente, imprimaciones ricas en zinc, recubrimientos epoxi o de poliuretano, protección catódica para estructuras sumergidas y preparación adecuada de la superficie.
• El índice PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables. Para las aleaciones inoxidables, el índice, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ es significativo; no es relevante para grados Q sin contenido significativo de Cr/Mo/N.

Notas de selección de corrosión: Los tratamientos superficiales aumentan el costo, pero pueden prolongar significativamente la vida útil; los recubrimientos más gruesos o el galvanizado son comunes en elementos estructurales expuestos a la intemperie. - Para zonas atmosféricas o con salpicaduras, considere sistemas galvanizados o dúplex (zinc + pintura).

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se cortan fácilmente con llama o plasma; el corte con oxicombustible es común para placas más gruesas. El Q355GNH puede requerir un poco más de energía o parámetros de corte más lentos debido a su mayor dureza.
• Conformado y doblado: El Q235NH tiene una conformabilidad y características de recuperación elástica superiores; el Q355GNH se puede conformar, pero requiere reglas de radios de curvatura más estrictas y parámetros de proceso más controlados para evitar el agrietamiento.
• Maquinabilidad: El bajo contenido de carbono del Q235NH proporciona una buena maquinabilidad. El Q355GNH, al ser de mayor resistencia y posiblemente microaleado, puede resultar algo más abrasivo para las herramientas y requerir velocidades de avance/corte más lentas.
• Acabado superficial: Ambos aceptan tratamientos superficiales típicos; las prácticas de rectificado y acondicionamiento previas y posteriores a la soldadura son similares, pero el Q355GNH puede mostrar una mayor dureza en las zonas afectadas por el calor.

8. Aplicaciones típicas

Q235NH (usos comunes)	Q355GNH (usos comunes)
Elementos estructurales generales (vigas, canales) donde la economía y la conformabilidad son importantes	Elementos estructurales que requieren mayor capacidad de carga o menor espesor de sección (puentes, grúas, estructuras pesadas)
Soportes de tuberías, partes a presión no críticas donde se requiere una condición normalizada y resistencia.	Estructuras soldadas expuestas a cargas dinámicas o donde se necesita ahorrar peso (plataformas marinas, bastidores de maquinaria pesada).
Componentes fabricados con un extenso proceso de conformado/soldadura	Componentes especificados para garantizar un límite elástico mínimo de ~355 MPa y propiedades de impacto a temperaturas más bajas.

Justificación de la selección: - Elija Q235NH cuando la prioridad de fabricación sea el conformado, la eficiencia de costos y una buena soldabilidad. - Elija Q355GNH cuando se requiera una reducción del peso estructural, mayores tensiones de diseño o un mayor factor de seguridad en el límite elástico y cuando los controles de producción puedan garantizar la tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El Q235NH suele ser más económico por tonelada que el Q355GNH debido a su composición química más sencilla y menores exigencias de procesamiento. El Q355GNH es generalmente más costoso debido a controles de proceso más estrictos, mayor resistencia y posibles adiciones de microaleaciones.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en placas, bobinas y perfiles estructurales en los mercados donde se comercializan los grados chinos. La disponibilidad por espesor, ancho y niveles de certificación de ensayos de impacto depende del proveedor; las variantes Q235 suelen tener mayor disponibilidad.

Consejo de compras: - Especifique explícitamente las pruebas mecánicas requeridas, las temperaturas de impacto y los certificados de prueba de fábrica; las diferencias de precio pueden compensarse con la reducción de los costos de fabricación (secciones más delgadas) al seleccionar el grado de mayor resistencia.

10. Resumen y recomendación

Categoría	Q235NH	Q355GNH
Soldabilidad	Muy bueno (CE inferior)	De buena a moderada (CE más alta; pueden ser necesarios más controles de soldadura)
equilibrio entre fuerza y ​​resistencia	Resistencia moderada, alta ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia con tenacidad diseñada mediante procesamiento
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendaciones: - Elija Q235NH si necesita una excelente conformabilidad y soldabilidad, un menor costo del material y sus cargas de diseño pueden satisfacerse con un material de límite elástico de ~235 MPa. - Elija Q355GNH si su diseño requiere una mayor resistencia mínima a la fluencia (≈355 MPa), permite potencialmente el adelgazamiento de las secciones para ahorrar peso y sus procesos de fabricación pueden adaptarse a controles de soldadura y conformado ligeramente más estrictos para preservar la tenacidad.

Nota final: Siempre obtenga y revise el certificado de ensayo de fábrica de la placa o sección suministrada. Especifique la temperatura de ensayo de impacto y los niveles de aceptación requeridos en los documentos de compra, y valide las cualificaciones del procedimiento de soldadura al pasar de Q235NH a Q355GNH en la producción.