Q345 vs Q390 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen enfrentarse a la decisión de elegir entre Q345 y Q390 al especificar aceros estructurales para puentes, grúas, maquinaria pesada y estructuras sometidas a presión. La decisión generalmente sopesa una mayor resistencia a la fluencia garantizada y tolerancias de espesor de sección frente a factores como la soldabilidad, la tenacidad a bajas temperaturas, el coste de fabricación y la disponibilidad.

A grandes rasgos, la principal diferencia entre Q345 y Q390 radica en la resistencia mínima garantizada a la fluencia: Q345 tiene una especificación de 345 MPa y Q390 de 390 MPa. Esta variación en la resistencia garantizada se logra mediante ajustes mínimos en la composición química y mediante procesos metalúrgicos (microaleación, laminación controlada y tratamientos térmicos), que a su vez influyen en la templabilidad, la tenacidad y el comportamiento durante la fabricación. Estos grados se comparan frecuentemente debido a que ocupan posiciones adyacentes dentro de la familia de aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia, y suelen ser intercambiables en diseños donde los factores de seguridad, el peso o el espesor de la placa hacen que una pequeña variación en la fluencia sea aceptable.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones comunes donde aparecen estas calificaciones:
• GB/T (China): Q345 y Q390 son ampliamente referenciados en las normas chinas (por ejemplo, GB/T 1591 y especificaciones de productos relacionadas para aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia).
• EN (Europa): las referencias cruzadas aproximadas incluyen aceros en el rango S355 a S420 (pero la equivalencia directa no es exacta; siempre verifique los certificados de fábrica).
• ASTM/ASME (EE. UU.): las calidades ASTM A572/A709 desempeñan un papel similar (por ejemplo, grado 50), pero debe validarse la coincidencia química y mecánica directa.
• JIS (Japón) y otras normas nacionales: existen equivalentes locales, pero la nomenclatura difiere.
• Clasificación: Tanto el Q345 como el Q390 son aceros estructurales al carbono de alta resistencia y baja aleación (HSLA). No son aceros inoxidables ni aceros para herramientas; su rendimiento depende de una composición química controlada y un procesamiento termomecánico, más que de altos niveles de aleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Rangos de composición representativos (típicos) en porcentaje en peso. Estos son análisis comerciales indicativos para ilustrar las diferencias; consulte la norma aplicable y el certificado de fábrica para conocer los límites exactos y los valores específicos de la subrasante.

Elemento	Q345 (rango típico, % en peso)	Q390 (rango típico, % en peso)
do	~0,10–0,20	~0,10–0,22
Minnesota	~0,8–1,6	~0,9–1,8
Si	~0,20–0,50	~0,20–0,50
PAG	≤ 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
S	≤ 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
Cr	traza–~0,30	traza–~0,30
Ni	traza–~0,30	traza–~0,30
Mes	traza–~0,08	trazas–~0,10 (ocasionalmente superior)
V	trazas–pequeñas (microaleación)	trazas–pequeñas (microaleación)
Nb (Cb)	trazas–pequeñas (microaleación)	trazas–pequeñas (microaleación)
Ti	trazas–pequeño (estabilizador)	trazas–pequeñas
B	rastro (raro)	rastro (raro)
N (si se informa)	típicamente bajo, controlado	típicamente bajo, controlado

Notas: - Los aceros Q345 y Q390 son principalmente aceros al carbono-manganeso con adiciones de microaleación (Nb, V, Ti) utilizadas en algunas rutas de producción para aumentar la resistencia sin un exceso de carbono. - Las formulaciones Q390 pueden permitir ligeros aumentos en el carbono, manganeso o adiciones controladas de microaleaciones y procesamiento de tratamiento térmico para alcanzar el requisito de mayor rendimiento. - En algunas variantes de producto pueden aparecer adiciones específicas (por ejemplo, Mo, Cr) para mejorar la templabilidad o el rendimiento a altas temperaturas, pero ambos grados siguen siendo aceros de baja aleación en general.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: El carbono y el manganeso son los principales factores que contribuyen a la resistencia, tanto por fortalecimiento mediante solución sólida como por facilitar el fortalecimiento por transformación. Un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad si no se compensa. Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) forman carburos/nitruros finos que refinan el tamaño del grano y aumentan la resistencia a la fluencia mediante precipitación y refinamiento del grano sin aumentar significativamente el equivalente de carbono. - Pequeñas adiciones de Cr, Mo o Ni (si están presentes) aumentan la templabilidad y pueden ayudar a lograr una mayor resistencia en secciones más gruesas, pero pueden aumentar el equivalente de carbono y afectar la soldabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• Q345: se produce mediante laminación y normalizado controlados o procesamiento termomecánico controlado (TMCP) para obtener una ferrita-perlita de grano fino o ferrita con precipitados de microaleación dispersos. La microestructura destaca por su tenacidad y ductilidad a niveles de resistencia moderados.
• Q390: microestructura base similar, pero diseñada para proporcionar un mayor límite elástico mediante una densidad de dislocación ligeramente superior, un mayor fortalecimiento por precipitación o una cantidad marginalmente mayor de perlita retenida/bainita revenida, según el proceso. En secciones más gruesas, la mayor templabilidad favorece la formación de microestructuras de mayor resistencia tras un enfriamiento controlado.
• Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento:
• Normalización/refinamiento: ambos grados se benefician de la normalización para refinar el tamaño del grano y homogeneizar la microestructura; el Q390 a veces recibe programas TMCP más agresivos para garantizar una alta resistencia uniforme.
• Temple y revenido: no es típico de los productos estándar de laminación Q345/Q390 (estos generalmente se entregan como aceros TMCP), pero el temple y revenido se puede aplicar a variantes de mayor resistencia con transformación deliberada a martensita y posterior revenido; esto cambia sustancialmente la tenacidad y la maquinabilidad.
• Procesamiento termomecánico: El TMCP (laminado/enfriamiento controlado) se utiliza comúnmente para lograr una alta resistencia con buena tenacidad y soldabilidad, especialmente para Q390, donde el procesamiento compensa los objetivos de resistencia ligeramente superiores sin un exceso de carbono.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Propiedades mecánicas representativas. Los valores son indicativos y dependen del espesor de la placa, la norma de ensayo y la subrasante; utilice los certificados de fábrica para la adquisición.

Propiedad	Q345 (típico)	Q390 (típico)
Límite elástico mínimo (Rp0.2)	345 MPa	390 MPa
Resistencia a la tracción (Rm)	~470–630 MPa	~520–690 MPa
Alargamiento (A50 mm)	≥ 20% (varía según el grosor)	≥ 18% (varía según el grosor)
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	Adecuado para temperaturas de servicio comunes; depende del subsuelo.	Similar, pero puede requerir controles de subrasante más estrictos para servicio a bajas temperaturas.
Dureza (HBW)	Moderado	Ligeramente más alto (depende del procesamiento)

Interpretación: - Resistencia: El Q390 es el más resistente de los dos según las especificaciones (mayor límite elástico mínimo), lo que permite reducir el espesor de la sección o aumentar la capacidad de carga para la misma geometría. Tenacidad y ductilidad: El acero Q345 suele presentar una elongación ligeramente superior y, en ocasiones, una mayor tenacidad a bajas temperaturas para una composición química determinada, debido a sus objetivos de resistencia ligeramente inferiores y, a menudo, a su menor templabilidad. Sin embargo, los modernos procesos TMCP permiten que el acero Q390 alcance una buena tenacidad a las temperaturas de ensayo requeridas; el espesor de la placa y del sustrato son factores críticos. - Compensación: El aumento de la resistencia a la fluencia garantizada en Q390 normalmente conlleva un modesto sacrificio en ductilidad y puede aumentar la sensibilidad a las condiciones de soldadura, a menos que la microaleación y el control del proceso lo compensen.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está determinada por el contenido de carbono, el equivalente de carbono (templabilidad), el espesor y la restricción. Algunas fórmulas predictivas útiles son:

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

• Fórmula internacional Pcm (indicador cualitativo): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretación cualitativa: Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil y una menor tendencia a formar microestructuras duras y frágiles en la zona afectada por el calor (ZAC). Tanto el Q345 como el Q390 se producen con materiales y microaleaciones optimizados para la soldabilidad; sin embargo: - El Q345 tiende a tener valores de carbono equivalente ligeramente inferiores en promedio, lo que hace que sea marginalmente más fácil soldarlo en secciones más gruesas sin precalentamiento. - El acero Q390, debido a los objetivos de mayor resistencia, puede tener un mayor contenido de manganeso o microaleación y, por lo tanto, un mayor equivalente de carbono en la práctica, lo que aumenta la necesidad de precalentamiento, aporte de calor controlado o tratamiento térmico posterior a la soldadura en secciones más gruesas o juntas restringidas. - Mitigación: El uso de metales de aporte con tenacidad y resistencia adecuadas, temperaturas controladas entre pasadas, precalentamiento y la selección de consumibles y procedimientos de soldadura apropiados suelen garantizar conjuntos soldables para ambos grados. Siempre se deben validar los procedimientos de soldadura con espesores representativos y a la temperatura de diseño más baja.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el Q345 como el Q390 son aceros al carbono-manganeso no inoxidables y no ofrecen resistencia intrínseca a la corrosión más allá de la del acero desnudo. Las estrategias de protección estándar incluyen:
• Galvanizado en caliente para exposición atmosférica.
• Sistemas de pintura (imprimación de taller + capas de acabado) con preparación de la superficie (por ejemplo, granallado abrasivo).
• Recubrimientos por proyección térmica o poliméricos para entornos agresivos.
• Los índices específicos para acero inoxidable no son aplicables a estas calidades. Por lo tanto, la fórmula PREN, utilizada para la resistencia a la corrosión del acero inoxidable, no es relevante en este caso. $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Recomendación para la selección: Cuando se requiere un alto rendimiento frente a la corrosión (en ambientes marinos o con exposición a productos químicos), elija aleaciones resistentes a la corrosión o especifique sistemas de protección. La elección entre Q345 y Q390 no afecta sustancialmente la resistencia a la corrosión, salvo que las mínimas diferencias en la aleación incluyan elementos que influyan en ella (poco frecuente).

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: El corte por plasma, oxicorte y láser se comporta de manera similar para ambos grados; el Q390 puede requerir aportes térmicos ligeramente diferentes para el ranurado o el corte sin ranuras debido a su resistencia ligeramente mayor.
• Maquinabilidad: Ambos materiales tienen una maquinabilidad moderada; el Q390 de mayor resistencia puede presentar un desgaste de herramienta algo mayor en mecanizados pesados ​​debido a una mayor resistencia y posiblemente a microprecipitados más duros.
• Conformado/doblado: El acero Q345, con una ductilidad ligeramente superior, generalmente tolera mejor el conformado y doblado en frío. El acero Q390 también se puede conformar, pero puede requerir radios de curvatura mayores o secuencias de conformado controladas para evitar fisuras, especialmente en placas más gruesas o en secciones con alta deformación preexistente.
• Acabado superficial: Ambos aceptan métodos de acabado estándar; preste atención al alivio de tensiones y al control de la distorsión durante la fabricación cuando trabaje con Q390, ya que pueden desarrollarse tensiones residuales más elevadas a niveles de resistencia más altos.

8. Aplicaciones típicas

Tabla: Usos típicos para cada grado con su justificación.

Q345 — Aplicaciones típicas	Q390 — Aplicaciones típicas
Componentes estructurales generales (vigas, columnas) en edificios y puentes donde se requiere buena tenacidad y soldabilidad	Elementos estructurales más robustos donde se requiere un menor espesor de sección o una mayor capacidad de carga (rieles de grúa, bastidores de maquinaria pesada).
Placas de acero soldadas para tanques, remolques, fabricación en general	Secciones estructurales en el transporte y la maquinaria pesada donde un mayor rendimiento permite diseños más ligeros
Perfiles conformados en frío y marcos fabricados	Componentes sometidos a cargas estáticas elevadas o donde el margen de diseño para fatiga es limitado.
Estructuras de acero para ingeniería agrícola y general (sensibles al costo)	Aplicaciones donde las ventajas de la relación rigidez/peso o resistencia/peso justifican un mayor costo del material

Justificación de la selección: - Elija Q345 cuando se priorice la facilidad de fabricación, una mayor ductilidad y el costo, y cuando el menor límite elástico sea suficiente para el diseño. - Elija Q390 cuando el diseño se beneficie de un mayor rendimiento garantizado (sección transversal más pequeña, ahorro de peso), siempre que se cumplan los procedimientos de soldadura, los controles de fabricación y los requisitos de tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero Q390 suele ser más caro por tonelada que el Q345 debido a controles de proceso más estrictos y, potencialmente, a un mayor contenido de aleación o a programas de tratamiento térmico más exigentes. El sobreprecio varía según el mercado, el espesor y la región geográfica.
• Disponibilidad: Ambas son líneas de productos estándar en las principales regiones productoras de acero; la Q345 suele estar más disponible por ser una calidad estructural común. La Q390 se encuentra habitualmente en muchos mercados, pero la disponibilidad de ciertos espesores, tamaños de placa y subcalidades puede ser más limitada; conviene consultar los plazos de entrega.
• Formatos del producto: Ambos se suministran como placas laminadas en caliente, bobinas y, en ocasiones, como placas normalizadas o laminadas termomecánicamente. Para placas especiales (secciones ultragruesas o subgrados específicos sometidos a ensayos de impacto), los plazos de entrega aumentan.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida (cualitativa).

Métrico	Q345	Q390
soldabilidad	Bueno (más fácil, menor CE)	De bueno a regular (puede necesitar precalentamiento en secciones gruesas)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado entre tenacidad y ductilidad	Mayor resistencia; se puede lograr mayor tenacidad con un control de proceso adecuado.
Costo	Menor (generalmente)	Mayor (prima por mayor resistencia)

Recomendaciones: - Elija Q345 si: - El diseño puede aceptar un límite elástico de 345 MPa y las prioridades son una mayor ductilidad, una soldadura más sencilla y un menor coste del material. - La fabricación implicará un conformado o trabajo en frío significativo, o bien, trabajos donde se requiera soldadura rutinaria sin un precalentamiento extenso. - La disponibilidad de existencias y la economía son importantes.

• Elija Q390 si:
• Necesita una mayor resistencia a la fluencia garantizada (390 MPa) para reducir el espesor o el peso de la sección, o para cumplir con requisitos específicos de capacidad de carga.
• Los procedimientos de fabricación pueden adaptarse a controles de soldadura ligeramente superiores (precalentamiento, WPS cualificado), y los requisitos de tenacidad pueden cumplirse seleccionando el subgrado y el proceso adecuados.
• El proyecto justifica el mayor coste de los materiales mediante ahorros en la fabricación posterior, el transporte o el diseño sensible al peso.

Nota final: Q345 y Q390 son opciones adyacentes dentro de la familia de aceros estructurales HSLA. La selección óptima depende de los requisitos del componente (límite elástico, tenacidad a la temperatura de servicio más baja), las limitaciones de fabricación (soldadura y conformado), el costo del ciclo de vida (recubrimiento y mantenimiento) y la disponibilidad. Siempre verifique los certificados químicos y mecánicos del proveedor de acero, califique los procedimientos de soldadura en material y espesor representativos, y especifique la energía de impacto y la temperatura de ensayo requeridas para aplicaciones expuestas a bajas temperaturas o cargas dinámicas.