Q345R vs Q370R – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Q345R y Q370R, designados en China para recipientes a presión, se consideran habitualmente al especificar los materiales de las placas y las estructuras de calderas, recipientes a presión y estructuras soldadas similares. Los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de factores como la soldabilidad frente a una mayor resistencia a la fluencia, la tenacidad a baja temperatura frente al coste de fabricación y la disponibilidad en diferentes espesores de placa o en estado normalizado.

La principal diferencia entre ambos es que el Q370R representa una calidad mejorada para recipientes a presión, de mayor resistencia, que utiliza una aleación y un procesamiento refinados para aumentar su límite elástico y resistencia a la tracción, manteniendo al mismo tiempo la tenacidad y la soldabilidad. Dado que ambos se utilizan en aplicaciones similares, los diseñadores los comparan habitualmente para determinar si el mayor rendimiento estructural justifica las posibles repercusiones en el proceso de soldadura, el tratamiento térmico y el coste.

1. Normas y designaciones

• GB (China): Los aceros Q345R y Q370R se identifican en las normas nacionales chinas para aceros de recipientes a presión y documentos normativos relacionados. Los límites químicos y mecánicos específicos se definen en GB/T y los códigos correspondientes para recipientes a presión.
• ASME / ASTM: No existe una correspondencia directa uno a uno; los grados occidentales análogos para aplicaciones de presión incluyen ASTM A516 (para acero al carbono) y varias placas normalizadas, pero las comparaciones deben hacerse en función de la química específica y los resultados mecánicos en lugar de la equivalencia de nombres.
• EN (Europa) / JIS (Japón): Las normas europeas y japonesas especifican sus propios aceros para recipientes a presión (por ejemplo, la serie EN 10028 para productos planos), y la selección debe basarse en las propiedades y pruebas requeridas en lugar de en los nombres de grado nominales.

Clasificación: Tanto el Q345R como el Q370R son aceros al carbono de baja aleación destinados a recipientes a presión (no inoxidables). Se incluyen en la categoría general de placas HSLA/para recipientes a presión, y el Q370R suele tener un proceso de aleación/termomecánico más robusto para alcanzar límites de fluencia más elevados.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los dos grados comparten los mismos elementos principales (C, Mn, Si, P, S) pero difieren en las concentraciones permitidas y en las adiciones de microaleación que influyen en la templabilidad, el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano.

Tabla: Características composicionales típicas (rangos representativos; verifique los certificados del proveedor para obtener los valores exactos)

Elemento	Q345R — Rango/función típicos	Q370R — Rango/función típicos
do	Bajo contenido de carbono, controlado para el rendimiento de recipientes a presión soldados (por ejemplo, ~≤0,20%).	Control C ligeramente superior o similar para lograr un mayor rendimiento; aún lo suficientemente bajo para garantizar la soldabilidad.
Minnesota	Moderado (desoxidación, fuerza)	De moderado a ligeramente superior para mejorar la resistencia y la templabilidad.
Si	Desoxidante pequeño (≤~0,35%)	Similar al Q345R
PAG	Control estricto (límite de impurezas)	Control similar o ligeramente más estricto en algunas especificaciones
S	Bajo contenido de azufre para mayor resistencia	Bajo contenido de azufre; controlado de manera similar
Cr, Ni, Mo	Generalmente mínimo en Q345R; pequeñas adiciones ocasionales en variantes especiales.	Algunos fabricantes pueden incluir pequeñas cantidades (trazas o décimas de porcentaje) para aumentar la templabilidad y la resistencia.
V, Nb, Ti	Generalmente ausente o en niveles muy bajos en el Q345R básico	Es más probable que las variantes Q370R incluyan microaleaciones (V, Nb, Ti) para el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano.
B, N	No es una estrategia de aleación primaria; N controlado	Controlado por N; trazas de B se utilizan ocasionalmente en aceros microaleados para el control de la templabilidad.

Notas: Los límites químicos exactos los especifica el proveedor y la norma aplicable. La tabla tiene como objetivo destacar las estrategias de aleación: el Q345R utiliza una composición química conservadora para equilibrar la resistencia y la soldabilidad; el Q370R suele recurrir a una aleación ligeramente superior o a una microaleación, además de un control preciso del proceso, para lograr mayores límites elásticos sin comprometer la tenacidad.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad si es excesivo. - El manganeso aumenta la resistencia y la templabilidad y ayuda a la desoxidación. - La microaleación con Nb, V y Ti permite obtener resistencia mediante precipitados finos y refinamiento de grano, mejorando la resistencia sin aumentar proporcionalmente el carbono. - Pequeñas adiciones de Cr, Mo y Ni aumentan la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas, pero se utilizan con moderación en los aceros para recipientes a presión para controlar los costos y mantener la soldabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - Q345R: Producido para obtener una microestructura de ferrita-perlita de grano fino o ferrita acicular después de un laminado y normalizado controlados; la microestructura se elige para proporcionar un equilibrio entre tenacidad y ductilidad a temperaturas de servicio comunes. - Q370R: Logra un mayor rendimiento gracias a una combinación de un fortalecimiento por dislocación/soluto ligeramente superior y precipitados de microaleación. La microestructura suele presentar ferrita más fina con perlita controlada y una fracción bainítica aumentada en algunos procesos termomecánicos.

Respuesta al tratamiento térmico y al procesamiento: Normalización: Ambos grados responden a la normalización con un refinamiento del grano y propiedades mecánicas predecibles. Las temperaturas de normalización deben controlarse para evitar el sobreteñido de los precipitados de microaleación en Q370R. - Temple y revenido: No es estándar para estas placas de recipientes a presión (generalmente se producen como normalizadas o laminadas controladamente), pero si se aplica, la aleación de Q370R afectará la templabilidad y la respuesta al revenido más fuertemente que la de Q345R. - Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): Particularmente importante para el Q370R para lograr una mayor resistencia con la tenacidad requerida; el TMCP ayuda a producir microestructuras de grano fino y propiedades uniformes a través de un laminado intenso más un enfriamiento acelerado.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Comparación típica de propiedades mecánicas (rangos representativos; confirmar con el certificado)

Propiedad	Q345R — Típico	Q370R — Típico
Límite elástico (MPa)	Nominal ~345	Nominal ~370
Resistencia a la tracción (MPa)	Rango típico ~470–630	Rango típico ~500–700
Alargamiento (%)	Normalmente ≥20 (dependiendo del grosor)	Normalmente ≥17–20 (ligeramente inferior con el mismo grosor)
Tenacidad al impacto	Energía de impacto especificada a temperatura (diseñada para una tenacidad aceptable a bajas temperaturas)	Diseñado para igualar al Q345R a temperaturas de prueba similares, pero que a veces requiere un control más estricto.
Dureza (HB o HRC)	Moderado (compatible con placa dúctil)	Ligeramente superior debido a mecanismos de refuerzo adicionales.

Interpretación: El acero Q370R es más resistente (mayor límite elástico nominal y mayor resistencia a la tracción) debido a su aleación y procesamiento. Esta mayor resistencia puede conllevar una ligera reducción en la elongación uniforme y una posible mayor sensibilidad a los ciclos térmicos de soldadura si contiene elementos con mayor templabilidad. - La tenacidad es un criterio de diseño para ambos grados; los fabricantes de Q370R normalmente controlan la composición y el proceso para preservar los requisitos de energía de impacto exigidos por los códigos de recipientes a presión.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del equivalente de carbono y la templabilidad. Dos índices útiles:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretación cualitativa: - Un valor más alto de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ indica una mayor templabilidad y un mayor riesgo de formación de martensita en la zona afectada por el calor (ZAC), lo que aumenta los requisitos de tratamiento térmico previo/posterior a la soldadura (PWHT). - El Q345R normalmente tiene un equivalente de carbono más bajo y, por lo tanto, es más fácil de soldar con procedimientos de soldadura convencionales y requiere menos precalentamiento. - El Q370R, debido a pequeños aumentos en el contenido de aleación y la microaleación, puede tener un equivalente de carbono más alto; esto requiere una especificación más cuidadosa del procedimiento de soldadura (precalentamiento, temperatura entre pasadas, selección de material de aporte y, a veces, tratamiento térmico posterior a la soldadura) para evitar la fragilización de la ZAT o el agrietamiento en frío. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) refinan el tamaño del grano y pueden mejorar la tenacidad, pero también aumentan la resistencia a altas temperaturas y pueden elevar ligeramente las medidas de equivalencia de carbono; se recomienda la calificación del procedimiento de soldadura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el Q345R como el Q370R son aceros de baja aleación que no son inoxidables. No son resistentes a la corrosión química y, por lo general, requieren protección superficial para su uso en atmósferas o ambientes corrosivos.
• Protecciones comunes: galvanizado en caliente (cuando sea apropiado según el espesor y el servicio), recubrimientos orgánicos (pinturas, epoxi, poliuretano), metalización (zinc/aluminio rociado) o revestimiento con aleaciones resistentes a la corrosión cuando sea necesario.
• La fórmula PREN no es aplicable (aceros no inoxidables). Para materiales inoxidables, el índice PREN es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Al especificar Q345R o Q370R para entornos con riesgo de corrosión, la selección debe considerar el sistema de recubrimiento y el régimen de inspección adecuados; la galvanización puede cambiar los procedimientos de soldadura y post-fabricación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se cortan de manera similar utilizando oxicorte, plasma o láser; la mayor resistencia del Q370R puede producir un desgaste ligeramente mayor de la herramienta al mecanizar accesorios adyacentes.
• Conformado/doblado: El Q345R, al ser más dúctil, generalmente es más fácil de conformar con los mismos radios de curvatura; el Q370R requiere radios de curvatura mínimos ligeramente mayores o un doblado controlado para evitar grietas, especialmente en placas más gruesas.
• Maquinabilidad: La mayor resistencia y la microaleación en Q370R pueden reducir la maquinabilidad y pueden requerir ajustes en las velocidades de avance y la selección de herramientas en comparación con Q345R.
• Tratamiento térmico y alivio de tensiones: El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) puede ser obligatorio con mayor frecuencia por normativa o procedimiento de soldadura para grados de mayor resistencia; coordinar las secuencias de fabricación en consecuencia.

8. Aplicaciones típicas

Q345R — Usos típicos	Q370R — Usos típicos
Calderas de baja a moderada presión, depósitos de almacenamiento donde se priorizan la ductilidad y la soldabilidad.	Recipientes a presión y cascarones donde se requiere una mayor tensión de diseño o un menor espesor de placa
Componentes estructurales generales en la fabricación de tanques soldados y recipientes a baja temperatura	Aplicaciones que requieren mayores tensiones admisibles, menor peso o secciones más gruesas manteniendo la tenacidad.
Placas grandes y fáciles de soldar donde el costo es la principal limitación.	Situaciones en las que la normativa permite el uso de placas de mayor resistencia para reducir el peso o el espesor del material; reformas que requieren mayor capacidad sin modificar la geometría.

Justificación de la selección: - Elija Q345R cuando la simplicidad de fabricación, la soldabilidad comprobada y el control de costos sean prioridades. - Elija Q370R cuando se requieran ahorros de peso a nivel estructural, mayor tensión admisible o mayores márgenes de diseño y cuando el proyecto pueda adaptarse a controles de soldadura/fabricación más estrictos.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El Q370R es generalmente más caro por tonelada que el Q345R debido a un control de procesamiento más estricto, posibles adiciones de microaleación y pruebas o certificaciones adicionales para cumplir con objetivos mecánicos más exigentes.
• Disponibilidad: El acero Q345R es históricamente más común y se encuentra ampliamente disponible en muchos mercados y espesores. La disponibilidad del Q370R está aumentando, sobre todo donde las normativas reconocen aceros de mayor resistencia para recipientes a presión; sin embargo, conviene confirmar las características del producto (espesor de la placa, certificaciones) con las acerías y los distribuidores al inicio del proceso de compra.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida

Atributo	Q345R	Q370R
Soldabilidad	Muy bueno (CE inferior)	Bien, pero necesita WPS cualificado y posible PWHT
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado para un servicio típico	Mayor resistencia para una tenacidad igual o similar con un control más preciso.
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendaciones: - Elija Q345R si la soldabilidad, la amplia disponibilidad, el menor costo del material y la facilidad de fabricación son las principales prioridades; por ejemplo, calderas estándar, tanques y muchas piezas soldadas a presión donde las tensiones admisibles estándar son suficientes. - Elija Q370R si necesita mayor límite elástico/resistencia a la tracción para reducir el espesor de la placa, cumplir con una mayor tensión de diseño u optimizar el peso manteniendo la resistencia al impacto, siempre que pueda implementar procedimientos de soldadura calificados, fabricación controlada y acepte un costo de material y procesamiento ligeramente mayor.

Nota final: Antes de la selección final, verifique siempre el informe de pruebas de fábrica del fabricante y los requisitos del código aplicable (norma para recipientes a presión, límites de espesor, temperaturas de impacto requeridas). La cualificación del procedimiento de soldadura y la trazabilidad del material son esenciales para ambos grados, y adquieren mayor importancia a medida que aumentan la resistencia y la templabilidad.