Q345R vs Q390R – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Q345R y Q390R son aceros de baja aleación, designados para recipientes a presión, ampliamente utilizados en la fabricación china e internacional de calderas, recipientes a presión y contenedores criogénicos. Los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse a la decisión de elegir entre estos dos grados, equilibrando el costo, la facilidad de fabricación, la soldabilidad y el rendimiento mecánico requerido. Las compensaciones típicas incluyen elegir un material más económico y dúctil frente a una alternativa de mayor resistencia que reduce el espesor de la sección o el peso.

La principal diferencia técnica entre Q345R y Q390R radica en su nivel de resistencia de diseño: Q390R está especificado para un límite elástico mínimo superior y, por lo tanto, se utiliza donde se requiere una mayor capacidad de carga o un menor espesor. Dado que ambos son aceros para recipientes a presión no inoxidables con filosofías de aleación similares, se comparan frecuentemente al optimizar diseños en cuanto a resistencia, tenacidad y fabricación.

1. Normas y designaciones

• GB (China): Las normas chinas GB/T designan los aceros Q345R y Q390R para recipientes a presión. El sufijo «R» indica su idoneidad para placas soldadas de recipientes a presión.
• EN / ISO: Los equivalentes de rendimiento aproximados a menudo se comparan con EN S355 (para la serie Q345) y aceros estructurales de mayor resistencia, pero los reemplazos directos deben verificarse según las normas de recipientes a presión.
• ASME / ASTM: No existe una equivalencia directa entre grados ASME; los usuarios suelen utilizar las familias ASTM A516/A572 según sus propiedades mecánicas y tensiones admisibles.
• JIS: Las normas japonesas utilizan una nomenclatura diferente; la correspondencia requiere comprobaciones propiedad por propiedad.

Clasificación: tanto el Q345R como el Q390R son aceros de baja aleación al carbono-manganeso (tipo HSLA para recipientes a presión), no aceros para herramientas ni aceros inoxidables. Son variantes para recipientes a presión (R) con la tenacidad al impacto requerida a temperaturas específicas.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: presencia cualitativa general de elementos comunes

Elemento	Q345R (típico)*	Q390R (típico)*	Rol funcional
do	Bajo-medio	Bajo-medio (a menudo ligeramente inferior)	Control de resistencia; un valor C más alto aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad.
Minnesota	Medio	Medio-alto	Desoxidación y fortalecimiento por solución sólida; favorece la endurecimiento.
Si	Trazas a moderadas	Trazas a moderadas	Desoxidante; efecto mínimo sobre la resistencia.
PAG	Traza (bajo controlado)	Traza (bajo controlado)	Impurezas: se mantienen bajas para preservar la resistencia.
S	Traza (bajo controlado)	Traza (bajo controlado)	Impurezas controladas para garantizar la soldabilidad y la tenacidad.
Cr	Trazas bajas	Trazas bajas	Puede estar presente en pequeñas cantidades para mejorar la templabilidad/tenacidad.
Ni	Trazas bajas	Trazas bajas	Mejora la resistencia a bajas temperaturas cuando está presente.
Mes	Trazas bajas	Trazas bajas	Endurecimiento y resistencia a la fluencia si se añaden.
V	Trazas (microaleación posible)	Trazas (microaleación más probable)	Microaleación para el fortalecimiento por precipitación (refinamiento del grano).
Nb (Nb,V combinado)	Posible rastro	Posible rastro	Refinamiento del grano y mejora de la resistencia tras el procesamiento termomecánico.
Ti	Posible rastro	Posible rastro	Desoxidación y control del crecimiento del grano.
B	No es típico	No es típico	En algunos aceros HSLA se pueden utilizar niveles muy bajos para aumentar la templabilidad (poco frecuente).
norte	bajo controlado	bajo controlado	Puede formar nitruros; se controla su tenacidad.

*“Típico” indica estrategias de aleación comunes para estos aceros para recipientes a presión; consulte al fabricante/norma específica para conocer los límites de elementos certificados y los certificados de lote.

Resumen de la estrategia de aleación: - Ambos grados se basan principalmente en carbono y manganeso controlados con microaleación selectiva (Nb, V, Ti) y oligoelementos para lograr tenacidad y resistencia. - El acero Q390R se produce normalmente para lograr una mayor resistencia a la tracción; los productores pueden ajustar el control del carbono, aumentar la microaleación o aplicar un procesamiento termomecánico para alcanzar el nivel superior sin un contenido excesivo de carbono que perjudique la soldabilidad o la tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - El estado de entrega para ambos grados suele ser una placa normalizada o laminada controladamente con una microestructura de ferrita-perlita o bainítica-ferrítica de grano fino, dependiendo de las velocidades de enfriamiento y la microaleación. - El acero Q345R, diseñado para un nivel de resistencia menor, a menudo presenta ferrita y perlita más equiaxiales con regiones de ferrita más grandes, lo que contribuye a la ductilidad. - El Q390R busca una microestructura de grano más fino con contribuciones de matriz más fuertes (bainita más templada o ferrita refinada) logradas mediante programas de laminación más ajustados o precipitación de microaleaciones, lo que proporciona una mayor resistencia a la fluencia.

Respuesta al tratamiento térmico: - Normalización: Ambos grados responden a la normalización refinando el tamaño del grano y mejorando la uniformidad; la normalización se especifica a menudo para las placas de recipientes a presión para asegurar la tenacidad. - Temple y revenido: No es habitual como entrega estándar para estas placas de recipientes a presión "tal como se laminan", pero es posible para variantes personalizadas de mayor resistencia; el Q390R se puede diseñar para beneficiarse más de los procesos de temple y revenido si un fabricante requiere mayor resistencia con tenacidad conservada. - Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): Ampliamente utilizado para producir Q390R para lograr una mayor resistencia manteniendo una tenacidad y soldabilidad aceptables; los elementos de microaleación precipitan y refinan el tamaño del grano de austenita durante el laminado.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: atributos mecánicos comparativos (cualitativos con mínimo especificado indicado cuando sea inherente)

Propiedad	Q345R	Q390R	Comentario
Resistencia mínima a la fluencia especificada	~345 MPa (por designación)	~390 MPa (por designación)	Diferencia fundamental: Q390R tiene un rendimiento legal más alto.
Resistencia a la tracción	Moderado	Más alto	El acero Q390R generalmente alcanza una mayor resistencia a la tracción máxima.
Alargamiento (ductilidad)	Mayor ductilidad	Ductilidad ligeramente inferior	Los aceros de mayor resistencia suelen presentar una elongación uniforme reducida.
Tenacidad al impacto	Bueno (especificado a la temperatura de diseño)	Es bueno, pero puede requerir un control más estricto.	Ambos aceros están clasificados para resistencia al impacto, pero el Q390R requiere control de proceso para mantener la tenacidad a mayor resistencia.
Dureza	Moderado	Más alto	Una mayor resistencia se correlaciona con una mayor dureza.

Explicación: El acero Q390R ofrece una mayor relación resistencia-peso y permite secciones más delgadas para la misma carga. La contrapartida es que lograr una mayor resistencia puede reducir la ductilidad y hace que el control de la microestructura sea más crucial para preservar la tenacidad a bajas temperaturas. - Para muchas aplicaciones de recipientes a presión en las que se especifica la tenacidad a temperaturas determinadas, ambos grados están diseñados para cumplir con los requisitos de energía de impacto; los proveedores lo verifican mediante pruebas de impacto Charpy V a la temperatura especificada.

5. Soldabilidad

Factores que influyen en la soldabilidad: - El contenido de carbono y la templabilidad combinada determinan la susceptibilidad al agrietamiento en frío y la necesidad de precalentamiento/postcalentamiento. - La microaleación (Nb, V) puede aumentar la templabilidad localmente en la zona afectada por el calor (ZAC) de la soldadura.

Índices útiles (uso cualitativo; no sustituyen la calificación del procedimiento): - Equivalente de carbono, forma IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: - Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ implican una soldabilidad más fácil con consumibles estándar y un precalentamiento menor; a medida que aumenta el carbono y ciertos elementos de aleación, también aumenta la necesidad de precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas y tratamiento térmico posterior a la soldadura. El acero Q345R, con su menor resistencia de diseño y, a menudo, rangos de carbono admisibles ligeramente superiores, suele presentar una soldabilidad intrínseca superior a la del Q390R en igualdad de condiciones. Sin embargo, el Q390R moderno, fabricado con bajo contenido de carbono y TMCP, puede alcanzar valores de $CE_{IIW}/P_{cm}$ aceptables, comparables a los del Q345R. - La calificación del procedimiento de soldadura (WPS/PQR) y el control del hidrógeno son esenciales para ambos grados, especialmente para secciones gruesas y servicio a baja temperatura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el Q345R ni el Q390R son inoxidables ni resistentes a la corrosión por su composición. La protección contra la corrosión se logra mediante:
• Revestimientos: pinturas con base disolvente o agua, imprimaciones epoxi y capas de acabado de poliuretano.
• Protección metálica: galvanizado en caliente o metalizado (zinc/aluminio) para servicio atmosférico.
• Tolerancias por corrosión: especificar placas más gruesas para tener en cuenta las tasas de corrosión previsibles.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Utilice PREN únicamente para aleaciones de acero inoxidable; para Q345R/Q390R considere la protección catódica, los recubrimientos de barrera y la selección de materiales apropiados para entornos agresivos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se cortan fácilmente con llama, plasma y láser. La mayor resistencia del Q390R puede requerir velocidades de corte más lentas para controlar la calidad de los bordes en secciones gruesas.
• Doblado/conformado: El acero Q345R, con menor límite elástico, generalmente se dobla con mayor facilidad a radios reducidos y se conforma en frío sin recuperación elástica ni agrietamiento. El Q390R, al ser más resistente, presenta mayor recuperación elástica y un rango de doblado más limitado; se recomienda revisar el diseño del molde y ajustar las tolerancias del embutido.
• Maquinabilidad: Ambos materiales son mecanizables con las prácticas estándar para acero al carbono. La mayor resistencia y dureza del Q390R pueden reducir ligeramente la vida útil de la herramienta; seleccione los materiales y velocidades de corte adecuados.
• Acabado superficial: El esmerilado y el granallado se realizan de manera similar; el aporte de calor durante la soldadura o el mecanizado pesado puede alterar localmente las propiedades y debe tenerse en cuenta en las secuencias de fabricación.

8. Aplicaciones típicas

Q345R – Usos típicos	Q390R – Usos típicos
Calderas y recipientes a presión de baja a moderada presión donde la optimización del peso no es crítica; secciones estructurales y fabricaciones soldadas que requieren buena ductilidad y tenacidad.	Recipientes a presión, tanques de almacenamiento y estructuras donde se prioriza la reducción del espesor de las paredes o el ahorro de peso; recipientes y componentes de proceso de mayor resistencia sometidos a cargas estáticas más elevadas.
Tuberías y componentes con exigentes requisitos de resistencia a bajas temperaturas donde se desea un poco más de ductilidad	Las fabricaciones en las que la tensión admisible o los códigos de diseño lo permiten se benefician de un mayor límite elástico (por ejemplo, para reducir el espesor de la placa).
Tanques y equipos fabricados de uso general donde la facilidad y el costo de la soldadura son aspectos primordiales.	Aplicaciones donde la resistencia mecánica es fundamental, manteniendo la integridad de la soldadura, gracias a controles de proceso más estrictos.

Justificación de la selección: - Seleccione Q345R cuando la facilidad de fabricación, la conformabilidad y las mínimas restricciones de soldadura superen la necesidad de minimizar el peso. - Seleccione Q390R cuando la optimización estructural, el ahorro de peso o las presiones de diseño más elevadas requieran una mayor resistencia a la fluencia, siempre que los controles de calidad garanticen la tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero Q390R suele tener un precio superior al del Q345R debido a controles de procesamiento más estrictos, la posibilidad de microaleación y la certificación de mayor resistencia. El sobreprecio varía según el mercado y el lote.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen habitualmente, pero su disponibilidad depende del espesor y el ancho de la placa, así como de la temperatura de impacto requerida. El Q345R suele estar disponible en una gama más amplia de tamaños; la disponibilidad del Q390R puede ser más variable para placas más gruesas o lotes certificados para temperaturas muy bajas.
• Adquisiciones: Especifique las propiedades mecánicas requeridas, la temperatura de impacto y la compatibilidad de los consumibles relacionados con la soldadura. Solicite los certificados de ensayo de fábrica (MTC) y los números de colada para garantizar la trazabilidad.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Atributo	Q345R	Q390R
Soldabilidad	Bien	Bueno–Moderado (necesita control de procesos)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada con buena ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia; se puede lograr una mayor tenacidad con un control más preciso.
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendaciones: - Elija Q345R si: - La sencillez de fabricación, una mayor ductilidad y un menor coste de los materiales son prioritarios. - El diseño no requiere una mayor resistencia a la fluencia ni una reducción del espesor. La facilidad de soldadura y conformado es más importante que la minimización del peso.

• Elija Q390R si:
• Se requiere una mayor resistencia a la fluencia del diseño para reducir el espesor de la pared o el peso.
• La economía del proyecto favorece las secciones más delgadas a pesar de un mayor coste unitario del material.
• El fabricante puede suministrar material certificado que cumpla con los requisitos de tenacidad y un procesamiento controlado (TMCP, bajo en C, microaleación) para gestionar la soldabilidad y las propiedades de la ZAT.

Nota final: Verifique siempre los límites químicos y mecánicos exactos en el certificado de fábrica del proveedor y califique los procedimientos de soldadura para el espesor específico de la placa y la temperatura de servicio. Para trabajos en recipientes a presión, cumpla con el código o norma aplicable y documente los regímenes de pruebas de impacto y los requisitos de ensayos no destructivos al seleccionar entre Q345R y Q390R.