Q345B frente a Q345C: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El Q345 es una serie de aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (HSLA) de designación china común, utilizada mundialmente en puentes, recipientes a presión, maquinaria pesada y componentes estructurales. Dentro de la familia Q345, los sufijos B, C, D y E indican variantes que cumplen con los mismos requisitos químicos y mecánicos básicos, pero que se prueban a temperaturas de impacto progresivamente más bajas. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo deben elegir entre Q345B y Q345C al especificar materiales para estructuras que se enfrentan a diferentes temperaturas ambiente o de servicio, restricciones de fabricación y objetivos de costos.

La principal diferencia técnica entre Q345B y Q345C radica en su temperatura garantizada de resistencia al impacto: Q345C está especificado para condiciones de ensayo de impacto más frías que Q345B, lo cual influye en su selección para servicio a bajas temperaturas. Dado que sus composiciones químicas nominales y límites elásticos son similares, la decisión suele basarse en la tenacidad a baja temperatura, la soldabilidad y la relación coste-disponibilidad.

1. Normas y designaciones

• Norma principal: GB/T 1591 — «Acero laminado en caliente para estructuras soldadas» (China). La serie Q345 se define en esta norma.
• Otras normas y equivalentes relevantes (contextuales):
• ASTM/ASME: no hay una correspondencia directa uno a uno; los aceros estructurales comparables incluyen ASTM A572 Grado 50, S355 (EN), pero los requisitos químicos y de tenacidad difieren.
• ES: Familia S355 (aceros estructurales) — propósito similar, matriz de propiedades y clasificaciones de temperatura de impacto diferentes.
• JIS: JIS G3106 (aceros estructurales de alta resistencia) — enfoque de clasificación diferente.
• Clasificación del material: Serie Q345 = Acero al carbono HSLA (alta resistencia y baja aleación) adecuado para aplicaciones estructurales soldadas, no acero inoxidable ni acero para herramientas.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Rangos típicos de composición elemental para la serie Q345 (representativa de la familia GB/T 1591). Estos son rangos indicativos utilizados en la práctica industrial; verifique siempre el certificado de fábrica para obtener los valores exactos al especificar el material.

Elemento	Rango/límite típico (serie Q345, representativo)
C (carbono)	≤ 0,20 (bajo contenido de carbono para preservar la soldabilidad)
Mn (manganeso)	0,50 – 1,60 (resistencia y templabilidad)
Si (silicio)	0,10 – 0,50 (desoxidación; fuerza)
P (fósforo)	≤ 0,035 (límite de impurezas)
S (azufre)	≤ 0,035 (límite de impurezas)
Cr (cromo)	≤ ~0,30 (si está presente, templabilidad/corrosión moderada)
Ni (níquel)	≤ ~0,30 (a veces presente para mayor resistencia)
Mo (molibdeno)	≤ ~0,08 (si está microaleado, pequeño efecto sobre la templabilidad)
V (vanadio)	trazas hasta ≤ ~0,08 (microaleación para refinamiento de grano)
Nb (niobio)	trazas hasta ≤ ~0,05 (microaleación para el fortalecimiento por precipitación)
Ti (titanio)	trazas (desoxidación, control de grano)
B (boro)	trazas (muy bajas, si las hay)
N (nitrógeno)	controlado, bajo (afecta la dureza)

Explicación: Los aceros Q345 están diseñados como aceros HSLA de bajo carbono. El carbono y el manganeso proporcionan la resistencia básica. El silicio se utiliza para la desoxidación y para obtener ligeras mejoras en la resistencia. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) se utilizan en cantidades controladas para refinar la estructura del grano y proporcionar un fortalecimiento por precipitación, lo que ayuda a mantener la tenacidad sin aumentar excesivamente los equivalentes de carbono. - Las aleaciones se mantienen simples para preservar la soldabilidad; generalmente se evitan las aleaciones complejas o pesadas que aumentan la templabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica laminada: ferrita-perlita con posibles precipitados de microaleación dispersos (NbC, VC, TiN) responsables del refinamiento del grano y del fortalecimiento por precipitación.
• Microestructura de Q345B frente a Q345C: bajo el mismo programa de laminación y enfriamiento, la metalografía base es prácticamente idéntica. El requisito de tenacidad a menor temperatura para Q345C se logra mediante un control más estricto de la composición química (especialmente la presencia de impurezas muy bajas), programas de laminación y enfriamiento controlados, y en ocasiones, un mayor contenido de microaleaciones o un procesamiento termomecánico para refinar el tamaño de grano.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Normalización: refina el tamaño del grano y puede mejorar modestamente la tenacidad; útil cuando se necesitan propiedades mejoradas a través del espesor.
• Temple y revenido: no es habitual en el acero Q345; estos aceros se fabrican para cumplir con los requisitos de resistencia y tenacidad en estado normalizado/laminado controlado. El temple y revenido modificarían sustancialmente las propiedades y no se incluye en el suministro estándar de los aceros Q345.
• El procesamiento termomecánico (laminación controlada y enfriamiento acelerado) es comúnmente utilizado por las acerías para desarrollar la estructura ferrítico-perlítica de grano fino requerida para el rendimiento ante impactos a baja temperatura, especialmente para Q345C y variantes de menor temperatura.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Rangos típicos de propiedades mecánicas para la familia Q345. Los valores son representativos; confirme los certificados específicos del fabricante y los valores dependientes del espesor.

Propiedad	Q345 típico (general)	Q345B	Q345C
Límite elástico (ReL)	~345 MPa (base de designación)	≥ 345 MPa	≥ 345 MPa
Resistencia a la tracción (Rm)	~470 – 630 MPa (depende del espesor y del procesamiento)	Rango típico superior	Rango típico superior
Alargamiento (A)	≥ ~20% (varía con el grosor)	Comparable	Comparable
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	Energía especificada con clase de temperatura	27 J a −20 °C (requisito típico)	27 J a −40 °C (requisito típico)
Dureza (HB)	Típico 120 – 190 HB (dependiendo del proceso)	Comparable	Comparable

Interpretación: - Resistencia: ambos grados están especificados con el mismo límite elástico nominal (345 MPa) y rangos de tracción similares; ninguno de los dos grados es inherentemente más resistente en condiciones de entrega. - Tenacidad: El acero Q345C garantiza una mayor tenacidad al impacto a bajas temperaturas que el Q345B. Esto hace que el Q345C sea preferible cuando el riesgo de fractura frágil a temperaturas de servicio bajo cero es una preocupación. - Ductilidad: la elongación y la ductilidad son similares entre ambos, suponiendo el mismo espesor y procesamiento.

5. Soldabilidad

• Los aceros Q345 están diseñados para una buena soldabilidad: su bajo contenido de carbono y la aleación controlada minimizan la susceptibilidad al agrietamiento en frío. Sin embargo, para una evaluación más precisa, la soldabilidad debe analizarse en función del equivalente de carbono y el Pcm.
• Fórmulas comunes de equivalente de carbono y parámetros utilizadas para estimar el comportamiento de la soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación cualitativa:
• Tanto el Q345B como el Q345C suelen tener valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en relación con los aceros de mayor carbono, lo que indica requisitos de precalentamiento relativamente bajos y una buena soldabilidad general.
• El control más estricto de impurezas y los posibles ajustes de microaleación del Q345C para lograr tenacidad a bajas temperaturas pueden aumentar o disminuir ligeramente el equivalente de carbono calculado dependiendo de la química de fábrica; por lo tanto, la calificación del procedimiento de soldadura debe basarse en los valores y el espesor reales del certificado del material.
• Para secciones gruesas, se deben seguir los códigos de soldadura y el CE/Pcm calculado, así como las recomendaciones de tratamiento térmico de precalentamiento/post-soldadura adecuadas y bajas temperaturas entre pasadas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Los aceros Q345B y Q345C son aceros estructurales no inoxidables; su resistencia inherente a la corrosión es similar y moderada. Generalmente se requiere protección superficial para aplicaciones expuestas.
• Estrategias de protección típicas:
• Galvanizado en caliente para resistencia a la corrosión atmosférica.
• Pintura en taller o en obra con imprimaciones y capas de acabado adecuadas (sistemas epoxi, poliuretano).
• Los recubrimientos de acero resistente a la intemperie son un enfoque de diseño diferente y no son intrínsecos al Q345.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) se aplica a las aleaciones inoxidables, no a los aceros Q345. Para referencia: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no es significativo para los aceros al carbono/HSLA porque carecen intrínsecamente de suficiente Cr/Mo/N para resistir la corrosión localizada.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: se utilizan comúnmente el corte por plasma, oxicorte y láser; los parámetros de corte dependen del espesor y la microestructura, pero son similares para ambos grados.
• Doblado/conformado: Los grados Q345 son fácilmente conformables cuando se utilizan radios de curvatura adecuados en relación con el espesor; los dobleces cerrados en secciones más gruesas requieren atención a la recuperación elástica y a la posible fractura para servicio a temperaturas ultrabajas (Q345C), donde la tenacidad a la fractura se vuelve crítica.
• Maquinabilidad: la maquinabilidad es típica del acero al carbono; los elementos de microaleación pueden reducir ligeramente la maquinabilidad en comparación con los aceros al carbono simples, pero no de forma drástica. Las herramientas y las velocidades de corte deben seleccionarse en función de la dureza real.
• Acabado superficial y postprocesamiento: ambos grados responden bien a las operaciones estándar de preparación y acabado de superficies (rectificado, granallado, recubrimiento).

8. Aplicaciones típicas

Q345B — Usos típicos	Q345C — Usos típicos
Perfiles estructurales generales: vigas, canales, placas para edificios y grúas en entornos con condiciones ambientales moderadas.	Componentes estructurales en climas fríos o para servicios refrigerados (por ejemplo, estructuras marinas árticas, soportes de almacenamiento refrigerado).
Puentes, ingeniería civil general donde una resistencia a -20 °C es adecuada.	Recipientes a presión y estructuras que requieren una resistencia comprobada a bajas temperaturas (por ejemplo, −40 °C).
Bases de maquinaria y bastidores soldados donde la soldabilidad y el coste son importantes	Las tuberías de soporte para productos petroquímicos son infraestructuras para regiones frías donde el riesgo de fractura frágil a bajas temperaturas es mayor.
Fabricación sensible a los costos donde el rendimiento estándar del Q345 es suficiente.	Aplicaciones en las que se priorizan los márgenes de seguridad contra la fractura frágil a baja temperatura.

Justificación de la selección: Si la temperatura de servicio, las normas de seguridad o las evaluaciones de riesgo prevén una exposición inferior a aproximadamente −20 °C, el acero Q345C (o grados de menor temperatura) resulta atractivo. Si las temperaturas ambiente/de servicio se mantienen por encima de ese umbral, el acero Q345B suele ser suficiente y más económico.

9. Costo y disponibilidad

• Costo relativo: El Q345C suele ser ligeramente más caro que el Q345B debido a un control de procesos más estricto, pruebas y posibles ajustes en la química del proceso para garantizar un rendimiento de impacto a temperaturas más bajas.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en regiones con cadenas de suministro establecidas para aceros estándar chinos. El espesor de la placa/bobina, las dimensiones especiales y la certificación (por ejemplo, la trazabilidad del proceso de fabricación para servicio a baja temperatura) afectan los plazos de entrega y el costo.
• Formatos del producto: placas, bobinas laminadas en caliente, perfiles estructurales; la disponibilidad varía según la fábrica y el inventario regional.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida

Atributo	Q345B	Q345C
soldabilidad	Muy buena (bajo contenido de carbono, aleación controlada)	Muy bueno (similar), verificar CE/Pcm del certificado
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrio estándar Q345	Garantía de resistencia mejorada a bajas temperaturas
Costo	Inferior (típico)	Mayor (típico, debido a las pruebas/procesamiento)

Recomendación: - Elija Q345B si: su aplicación opera en entornos donde la resistencia al impacto a alrededor de −20 °C (o más) es adecuada, usted prioriza la rentabilidad y el rendimiento estructural estándar y la soldabilidad son suficientes. - Elija Q345C si: la estructura o el componente estará expuesto a temperaturas ambiente o de servicio significativamente inferiores a cero (lo que requiere una tenacidad verificada a aproximadamente −40 °C), o los códigos del proyecto y las evaluaciones de riesgos exigen la clasificación de impacto a temperaturas más bajas.

Nota final: Si bien la decisión entre Q345B y Q345C depende principalmente del rendimiento ante impactos a baja temperatura, una especificación responsable requiere revisar el certificado de fábrica para conocer la composición química real, el equivalente de carbono (o el $P_{cm}$ calculado), las propiedades mecánicas dependientes del espesor y cualquier mejora adicional (procesamiento termomecánico, laminación controlada) que influya en la tenacidad y la soldabilidad.