Q355 vs Q390 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Q355 y Q390 son aceros estructurales de alta resistencia ampliamente utilizados en la construcción, maquinaria pesada y fabricación en general. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas del costo del material, la soldabilidad, la tenacidad y el límite elástico mínimo de diseño. Un ejemplo típico de decisión es elegir un grado de menor costo para estructuras soldadas o seleccionar un grado de mayor resistencia para reducir el tamaño o el peso de la sección bajo la misma carga.

La principal diferencia entre ambos aceros radica en su resistencia: el Q390 tiene un límite elástico mínimo superior al del Q355, lo que conlleva diferencias en el procesamiento, la estrategia de microaleación, el control de la tenacidad y las prácticas de fabricación. Estos aceros se comparan habitualmente porque pertenecen a niveles de resistencia adyacentes en las líneas de productos de acero estructural y a menudo compiten en la relación rendimiento/coste para estructuras soldadas y conformadas.

1. Normas y designaciones

• Normas principales en las que aparecen estas calificaciones o tienen equivalentes cercanos:
• GB/T (China): Q355, Q390 (aceros estructurales).
• EN (Europa): se encuentran resistencias comparables en las series S355 y S420, pero los requisitos químicos y mecánicos difieren.
• ASTM/ASME (EE. UU.): no existen equivalentes directos exactos; los grados comunes más cercanos incluyen ASTM A572 (grados 50/60) y A656 (normalizado), pero la equivalencia debe verificarse mediante datos químicos y mecánicos.

• JIS (Japón): existen aceros estructurales de alta resistencia similares, pero, de nuevo, la referencia cruzada directa requiere verificación.

• Clasificación:

• Tanto el Q355 como el Q390 son aceros estructurales al carbono de alta resistencia y baja aleación (familia HSLA). No son aceros inoxidables ni aceros para herramientas. Su fabricación se basa comúnmente en un contenido de carbono controlado, microaleaciones (Nb, V, Ti) y procesamiento termomecánico para lograr un equilibrio entre resistencia y tenacidad.

2. Composición química y estrategia de aleación

Nota: La composición química varía según el proveedor, la forma del producto y la subcalidad específica (p. ej., Q355A/B/C/D/E). La tabla siguiente muestra la presencia indicativa y los rangos típicos que se encuentran comúnmente en los aceros comerciales Q355 y Q390; verifique los valores reales en el certificado de ensayo de fábrica (MTC) y la norma aplicable antes del diseño o la soldadura.

Elemento	Q355 (típico, indicativo)	Q390 (típico, indicativo)	Función / Efecto
C (carbono)	De bajo a moderado (aproximadamente 0,05–0,22%)	De bajo a moderado (aproximadamente 0,06–0,22%)	Aumenta la resistencia y la dureza, reduce la soldabilidad y la tenacidad al aumentar el contenido.
Mn (manganeso)	0,6–1,6%	0,6–1,6% (a menudo ligeramente superior para mejorar la templabilidad)	Fortalecedor, desoxidante; aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción.
Si (silicio)	0,02–0,5%	0,02–0,5%	Desoxidante; efecto mínimo sobre la resistencia.
P (fósforo)	≤0,035% (controlado)	≤0,035%	Impureza; un alto contenido de P reduce la tenacidad; se mantiene bajo.
S (azufre)	≤0,035% (controlado)	≤0,035%	Impureza; reduce la ductilidad y la maquinabilidad si es alta.
Cr (cromo)	trazas-bajas (si están presentes)	trazas-bajas (si están presentes)	Mejora la templabilidad y la resistencia cuando está presente.
Ni (níquel)	trazas-bajas	trazas–bajo	Mayor resistencia y fortaleza a bajas temperaturas cuando se añade.
Mo (molibdeno)	≤0,1% (añadido ocasionalmente)	≤0,1% (añadido ocasionalmente)	Mejora la templabilidad y la resistencia a la fluencia.
V (vanadio)	microaleados (ppm–0,1%)	microaleados (ppm–0,1%)	Precipita carburos/nitruros para fortalecer; mejora el refinamiento del grano.
Nb (niobio)	microaleados (ppm–0,05%)	microaleados (ppm–0,05%)	Controla la recristalización en TMCP, aumenta el rendimiento mediante el fortalecimiento por precipitación.
Ti (titanio)	posible microaleación (ppm)	posible microaleación (ppm)	Controla el nitrógeno, refina el grano.
B (boro)	rastro (si se utiliza)	rastro (si se utiliza)	Adiciones muy pequeñas aumentan la endurebilidad.
N (nitrógeno)	controlado (ppm)	controlado (ppm)	Afecta la precipitación; se combina con Ti/Nb para formar nitruros que aportan resistencia.

Resumen de la estrategia de aleación: - El acero Q355 se produce normalmente con un contenido moderado de carbono y manganeso, y se basa en un laminado y/o normalizado controlado para lograr un equilibrio entre límite elástico, ductilidad y tenacidad. - El Q390 a menudo utiliza una química base similar, pero puede incorporar una mayor microaleación o un Mn/templabilidad ligeramente ajustado para alcanzar un límite de rendimiento mínimo más alto manteniendo la tenacidad; esto se logra comúnmente mediante el procesamiento termomecánico controlado (TMCP) y la precipitación de microaleaciones en lugar de grandes aumentos de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• Q355: matriz de ferrita-perlita para productos laminados en caliente o normalizados convencionales; ferrita más fina y dispersión de precipitados de microaleación cuando se utiliza TMCP.

• Q390: ferrita de grano más fino con una proporción controlada de bainita en algunos productos TMCP; un fortalecimiento por precipitación más controlado a partir de Nb/V/Ti es común para aumentar el rendimiento sin sacrificar la tenacidad.

• Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento:

• La normalización refina el tamaño del grano, mejora la tenacidad y homogeneiza la estructura; se utiliza cuando se requieren mejores propiedades de impacto.
• El temple y revenido no es habitual en las formas de productos estructurales estándar Q355/Q390, pero puede utilizarse para placas o componentes a medida para lograr una mayor resistencia y una tenacidad adaptada.

• El TMCP (procesamiento termomecánico controlado) es común a ambos grados para lograr una alta resistencia y una buena tenacidad a bajas temperaturas a través de laminación controlada, enfriamiento acelerado y precipitación de microaleaciones; particularmente eficaz para el Q390 para cumplir con objetivos de rendimiento más altos sin aumentar significativamente el carbono.

• Nota práctica: Ambos grados están diseñados para condiciones laminadas o normalizadas; los tratamientos térmicos de endurecimiento completo generalmente son innecesarios y podrían comprometer la soldabilidad y la ductilidad sin un control preciso del proceso.

4. Propiedades mecánicas

La siguiente tabla presenta rangos representativos de propiedades mecánicas que se encuentran comúnmente en productos comerciales de placas y bobinas. Los valores dependen del espesor, la subcalidad (A/B/C/D/E) y el procesamiento; verifique siempre con los certificados de prueba del proveedor.

Propiedad	Q355 (típico, indicativo)	Q390 (típico, indicativo)
Límite elástico mínimo (MPa)	~355 MPa	~390 MPa
Resistencia a la tracción (MPa)	~470–630 MPa (varía según el temple y el espesor)	~490–650+ MPa (varía según el temple y el espesor)
Alargamiento (A%)	Mayor rango de ductilidad; por ejemplo, típicamente superior al 20 % para placas más delgadas.	Ligeramente reducido en comparación con Q355; por ejemplo, a menudo entre un 10 % y un 20 %, dependiendo del producto.
dureza al impacto Charpy	Bueno (si se especifica y se produce con TMCP/normalización adecuados)	Se requiere mayor atención al procesamiento para cumplir con la misma especificación de impacto; es posible, pero debe verificarse.
Dureza (HB/HRB)	Moderado	Generalmente un poco más alto para igualar la resistencia.

Interpretación: - El acero Q390 es el grado más resistente (mayor límite elástico y, a menudo, mayor resistencia a la tracción) según las especificaciones. Para lograrlo, se requiere un control microestructural que puede reducir ligeramente la ductilidad y, si no se controla, puede afectar la tenacidad al impacto, especialmente en secciones más gruesas o a temperaturas de servicio más bajas. - El Q355 es generalmente más dúctil y tolerante en la fabricación, con una obtención más fácil de la tenacidad especificada para secciones más gruesas.

5. Soldabilidad

Factores clave: contenido de carbono, equivalente de carbono, espesor y presencia de elementos de microaleación.

Índices empíricos útiles (interpretar y usar cualitativamente; calcular con la química real para la calificación del procedimiento de soldadura): - Equivalente de carbono del Instituto Internacional de Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM para la evaluación de la soldabilidad: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Tanto el Q355 como el Q390 están diseñados para una buena soldabilidad en comparación con los aceros para herramientas de mayor carbono; sin embargo, el objetivo de mayor resistencia del Q390 a menudo implica una templabilidad ligeramente mayor (debido al Mn o a la microaleación), lo que puede aumentar $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en comparación con el Q355. - Implicaciones prácticas: - Es posible que sea necesario aumentar las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas para secciones gruesas de Q390 para evitar el agrietamiento en frío. - La selección del consumible y del procedimiento de soldadura (resistencia coincidente, tenacidad adecuada del metal de aporte) debe determinarse mediante la calificación del procedimiento utilizando valores MTC reales. - El tratamiento térmico posterior a la soldadura rara vez es necesario para secciones delgadas, pero puede serlo para soldaduras gruesas o donde existan condiciones de servicio críticas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el Q355 ni el Q390 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es típica de los aceros al carbono.
• Métodos de protección comunes:
• Galvanizado en caliente para una protección atmosférica a largo plazo.
• Sistemas de pintura, imprimaciones y recubrimientos adaptados al entorno (marino, industrial, rural).
• Revestimiento o metalización para entornos severos.
• Si se requieren propiedades de acero inoxidable o resistencia a la corrosión, seleccione una aleación de acero inoxidable adecuada; el PREN no se aplica a Q355/Q390. A modo de referencia, el PREN para aleaciones de acero inoxidable es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Aclaración: El PREN es irrelevante para los aceros HSLA al carbono simple; en su lugar, utilice estrategias de recubrimiento o aleaciones resistentes a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se cortan fácilmente con oxicorte, plasma y láser; la calidad del borde y el escamado dependen del espesor y del método de corte.
• Conformado/doblado: El acero Q355 suele tener mejor conformabilidad (mayor radio de curvatura mínimo) debido a su menor límite elástico nominal. El acero Q390 se puede conformar, pero requiere radios de curvatura mayores o procesos de conformado incremental para evitar fisuras; la recuperación elástica aumenta con la resistencia.
• Maquinabilidad: La mayor resistencia (y la microaleación asociada) del Q390 puede reducir ligeramente la maquinabilidad en comparación con el Q355; seleccione las herramientas y velocidades en consecuencia.
• Acabado superficial: Ambos procesos requieren tratamientos superficiales comunes (granallado, imprimación, pintura); la soldadura y la fabricación pueden alterar localmente las propiedades y requieren atención al control de la distorsión.

8. Aplicaciones típicas

Q355 — Usos comunes	Q390 — Usos comunes
Vigas estructurales, columnas y puentes con requisitos de resistencia estándar	Estructuras donde se necesita una reducción de peso mediante secciones más delgadas con mayor límite elástico
Fabricación general de acero, estructuras, soportes, tanques (sin presión)	Bastidores para maquinaria pesada donde se requiere una mayor relación resistencia-peso
Estructuras soldadas donde se prioriza la alta tenacidad y la buena soldabilidad.	Rieles para grúas, componentes de chasis de alta carga y diseños que optimizan el módulo de sección
Tuberías y perfiles para construcción general (cuando se especifique)	Aplicaciones que requieren un aumento del rendimiento con una tenacidad controlada mediante TMCP

Justificación de la selección: - Utilice Q355 cuando la ductilidad, la soldabilidad y el costo sean preocupaciones dominantes y las cargas de diseño se cumplan con un límite elástico de 355 MPa. - Utilice Q390 cuando un límite elástico mínimo más alto permita reducir el tamaño de la sección o el peso y cuando el proceso de fabricación y los procedimientos de soldadura estén controlados para garantizar la tenacidad y evitar el agrietamiento.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El Q390 suele ser algo más caro por tonelada que el Q355 debido a un control de procesamiento más estricto y a la posibilidad de una microaleación adicional. El sobreprecio varía según el mercado, el proveedor y el tipo de producto.
• Disponibilidad: El acero Q355 suele estar en stock y disponible en una gama más amplia de formatos y espesores. La disponibilidad del Q390 depende de la producción regional de las acerías y de la demanda del cliente; pueden darse plazos de entrega prolongados para espesores poco comunes o calidades de chapa con tolerancias estrictas.

10. Resumen y recomendación

Atributo	Q355	Q390
Soldabilidad	Muy bueno (más indulgente)	Bueno, pero requiere más atención (mayor potencial de endurecimiento).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad para numerosas aplicaciones	Mayor resistencia, requiere control de proceso para igualar la tenacidad.
Costo	Menor (generalmente)	Mayor (generalmente)

Recomendación: - Elija Q355 si necesita un acero estructural rentable con soldabilidad confiable, mayor ductilidad y amplia disponibilidad; ideal cuando los límites de diseño permiten un mínimo de 355 MPa y la facilidad de fabricación es importante. - Elija Q390 si necesita un límite de rendimiento mínimo más alto para reducir el tamaño de la sección o el peso y está preparado para controlar el procesamiento, los procedimientos de soldadura y posiblemente las condiciones de precalentamiento/entre pasadas para mantener la tenacidad requerida; ideal para estructuras de alta carga donde la resistencia del material ofrece claras ventajas de diseño o peso.

Nota práctica final: Confirme siempre la composición química exacta y las propiedades mecánicas del certificado de ensayo de fábrica y asegúrese de que los procedimientos de soldadura estén cualificados para el lote de material, el espesor y las condiciones de servicio previstas.