Q370R vs Q420R – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Q370R y Q420R son denominaciones utilizadas en la nomenclatura china de aceros para recipientes a presión que designan aceros estructurales no inoxidables de alta resistencia, destinados a equipos que contienen presión. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen enfrentarse al dilema de elegir entre estas dos calidades: optar por una calidad de menor resistencia, relativamente más fácil de fabricar y soldar, o seleccionar una calidad de mayor resistencia que permite secciones más delgadas y reduce el peso, pero que puede exigir controles más estrictos de tratamiento térmico y soldadura.

La principal disyuntiva entre estas calidades radica en el equilibrio entre la resistencia de diseño alcanzable y la soldabilidad y tenacidad prácticas durante la fabricación. Dado que ambas calidades se utilizan en aplicaciones similares (recipientes a presión, calderas y componentes estructurales pesados), comprender sus diferencias en cuanto a estrategia de aleación, respuesta microestructural al procesamiento térmico, comportamiento mecánico e implicaciones de fabricación es esencial para una selección óptima del material.

1. Normas y designaciones

• Sistema nacional principal: Normas nacionales chinas GB. El sufijo «R» en estas designaciones indica su aplicabilidad a equipos a presión.
• No existe una equivalencia directa uno a uno en los sistemas ASTM/ASME o EN; la selección según las normas internacionales debe realizarse haciendo coincidir las propiedades mecánicas y de tenacidad requeridas en lugar de mediante la sustitución directa del grado.
• Clasificación: tanto el Q370R como el Q420R son aceros al carbono-manganeso (de baja aleación) de alta resistencia, no inoxidables, que se suelen clasificar como aceros de tipo HSLA para uso en recipientes a presión, en lugar de como aceros para herramientas o inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume los elementos composicionales típicos de interés para la comparación. Los rangos químicos garantizados exactos varían según el fabricante y la ficha técnica/especificación estándar; la tabla utiliza intencionadamente indicadores cualitativos en lugar de valores numéricos para evitar interpretaciones erróneas.

Elemento	Q370R (énfasis típico)	Q420R (énfasis típico)
C (Carbono)	Moderado — controlado para equilibrar la resistencia y la soldabilidad	Ligeramente superior o controlado de forma diferente para aumentar la resistencia a la fluencia.
Mn (manganeso)	Moderado — elemento principal de fuerza y ​​desoxidación	De moderado a alto: contribuye a la resistencia y la templabilidad.
Si (silicio)	De baja a moderada: desoxidación, fortalecimiento limitado	Bajo-moderado
P (Fósforo)	Mantenido bajo: control de impurezas	Manteniéndose bajo
S (Azufre)	Minimizado para mayor tenacidad y soldabilidad	Minimizado
Cr (Cromo)	Generalmente muy bajo o ausente	Puede estar presente en cantidades mínimas en algunas variantes.
Ni (níquel)	Normalmente bajo o ausente	Normalmente bajo o ausente
Mo (Molibdeno)	A menudo ausente o mínimo	A veces presente en pequeñas cantidades para mejorar la endurebilidad
V, Nb, Ti (microaleación)	Puede incluir microaleaciones en pequeñas cantidades para el refinamiento del grano.	Es más probable que se incluya la microaleación para aumentar la resistencia a un espesor determinado.
B (Boro)	Normalmente ausente o casi inexistente.	El trazador B puede utilizarse en algunas variantes de mayor potencia.
N (Nitrógeno)	Controlado como impureza/reforzamiento secundario	Revisado

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - El carbono y el manganeso son los principales agentes de refuerzo; aumentarlos incrementa la resistencia a la fluencia y a la tracción, pero también aumenta la templabilidad y la propensión a formar martensita dura en las zonas afectadas por el calor (ZAC) de la soldadura. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) proporcionan fortalecimiento por precipitación y refinamiento del grano, lo que permite una mayor resistencia sin exceso de carbono y mejora la tenacidad cuando se procesan adecuadamente. - Pequeñas adiciones de Mo o Cr pueden aumentar la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas, pero afectan negativamente la soldabilidad si no se controlan cuidadosamente.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - Bajo procesamiento convencional, el Q370R tiende a una microestructura de ferrita-perlita o ferrita-más-bainita de grano fino, diseñada para un buen equilibrio entre ductilidad y tenacidad. El acero Q420R, diseñado para obtener mejores propiedades de límite elástico y tracción, suele emplear ferrita de grano más fino con mayor proporción de constituyentes bainíticos o martensíticos revenidos en las secciones más gruesas o cuando se aplican tratamientos termomecánicos. La microaleación y el laminado/normalizado controlado son técnicas para lograr resistencia sin un contenido excesivo de carbono.

Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento: - La normalización (enfriamiento al aire después del calentamiento) refina el tamaño del grano y puede homogeneizar la microestructura en ambos grados, mejorando la tenacidad. - El temple y revenido (Q&T) es menos común para las placas de recipientes a presión a granel, pero puede aplicarse a componentes que requieren mayor resistencia y tenacidad controlada; es más probable que el Q420R se produzca o termine con laminación termomecánica o normalización más enfriamiento controlado para alcanzar valores específicos. - El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) con enfriamiento acelerado puede producir microestructuras bainíticas/ferríticas finas que mejoran la resistencia y la tenacidad simultáneamente; especialmente útil para Q420R, donde los objetivos de resistencia son más altos.

4. Propiedades mecánicas

Debido a que las garantías numéricas varían según las especificaciones y el fabricante, la comparación que se presenta a continuación es cualitativa e indica las expectativas relativas dentro de los rangos de especificación previstos.

Propiedad	Q370R	Q420R
Resistencia a la tracción	Moderado	Más alto (diseñado para una clase de mayor fuerza)
Resistencia a la fluencia	Moderado	Mayor (factor diferenciador principal)
Alargamiento (ductilidad)	Bien	Bueno o ligeramente reducido con el mismo espesor debido a su mayor resistencia
Dureza al impacto	En general, es bueno (diseñado para uso a presión).	Puede ser equivalente, pero requiere un procesamiento y control más estrictos para garantizar una resistencia comparable.
Dureza	Moderado	Mayor (que refleja una mayor fuerza)

Interpretación: - El Q420R está diseñado para ofrecer un mayor rendimiento y resistencia a la tracción; para mantener una tenacidad adecuada, los productores recurren a la microaleación y al procesamiento termomecánico controlado en lugar de simples aumentos de carbono. Si el procesamiento y el control de calidad no son estrictos, los grados de mayor resistencia pueden mostrar una ductilidad reducida y una mayor sensibilidad a los mecanismos de fractura frágil, particularmente en secciones gruesas o en servicio a bajas temperaturas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del contenido de carbono, la aleación efectiva para la templabilidad y los niveles de impurezas residuales. Dos índices empíricos comunes utilizados para evaluar la soldabilidad son:

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

• Pcm (índice más conservador de susceptibilidad al agrietamiento de la soldadura): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El Q370R suele tener un equivalente de carbono efectivo menor que el Q420R, lo que facilita los requisitos de precalentamiento/post-soldadura y reduce el riesgo de endurecimiento de la ZAT y de agrietamiento en frío. - El acero Q420R, debido a su mayor resistencia objetivo y a las posibles adiciones de microaleaciones o a un contenido ligeramente mayor de Mn, suele tener un CE o Pcm más elevado y, por lo tanto, puede requerir procedimientos de soldadura más rigurosos: temperaturas entre pasadas controladas, precalentamiento, tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en algunos casos o consumibles con bajo contenido de hidrógeno. Para que el acero Q420R mantenga la tenacidad de la zona afectada por el calor (ZAC) y evite la fractura frágil, es necesario utilizar consumibles de soldadura correctamente especificados, un aporte térmico controlado y un control estricto del hidrógeno. La calificación del procedimiento de soldadura debe realizarse con espesores representativos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el Q370R como el Q420R son aceros al carbono/de baja aleación no inoxidables; no proporcionan resistencia intrínseca a la corrosión como los grados inoxidables.
• Estrategias de protección estándar: sistemas de pintura/recubrimiento, galvanizado (en caliente o electrolítico), inhibidores de corrosión o revestimiento/forro, según el entorno de servicio.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros no inoxidables; a modo de referencia, la fórmula PREN común utilizada para las aleaciones inoxidables es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• La selección para entornos corrosivos debe centrarse en sistemas de protección adecuados o en la selección de revestimientos de acero inoxidable/aleados cuando sea necesario.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: ambos grados se cortarán de manera similar con los modernos procesos de oxicorte, plasma o láser, pero la mayor resistencia del Q420R puede requerir un poco más de potencia y producir cortes/residuos más duros.
• Doblado y conformado: El Q370R generalmente tolera mejor el conformado y doblado en frío debido a su límite elástico ligeramente inferior; el Q420R requiere un control más estricto de los radios de curvatura y puede requerir mayores tolerancias de forma o conformado en caliente para secciones gruesas.
• Maquinabilidad: ambos son razonablemente mecanizables en forma de placa, pero los aceros microaleados de mayor resistencia (Q420R) pueden acelerar el desgaste de la herramienta; el grado de la herramienta y los parámetros de corte deben ajustarse en consecuencia.
• Acabado: los tratamientos superficiales (granallado, rectificado) no difieren notablemente, aunque la mayor dureza del Q420R puede afectar los tiempos de proceso.

8. Aplicaciones típicas

Q370R — Usos típicos	Q420R — Usos típicos
Recipientes a presión y calderas en general, donde se prioriza la buena resistencia y la fabricación sencilla.	Recipientes a presión y componentes estructurales donde una mayor resistencia de diseño permite secciones más delgadas o diseños que ahorran peso.
Tanques y recipientes con presiones internas moderadas y donde la productividad de la soldadura es crítica.	Recipientes a alta presión, estructuras de gran resistencia y componentes sometidos a mayores exigencias de tensión
Aplicaciones en las que se desea una fabricación con costes ajustados y procedimientos de soldadura más sencillos	Aplicaciones en las que es importante minimizar la masa o maximizar la tensión admisible y se pueden aplicar controles de fabricación.

Justificación de la selección: - Elija Q370R cuando la velocidad de fabricación, los procedimientos de soldadura más sencillos y la resistencia comprobada en placas más gruesas sean las principales prioridades. - Elija Q420R cuando las restricciones de diseño exijan mayores tensiones admisibles o una reducción de peso, y el proyecto pueda adaptarse a procedimientos de soldadura y control de calidad más estrictos.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero Q420R suele ser más caro por kilogramo que el Q370R debido a su procesamiento de mayor resistencia, la posible adición de microaleaciones y controles de calidad más estrictos. Sin embargo, el ahorro de peso que se consigue al utilizar perfiles más delgados de Q420R puede compensar el coste del material en el coste total del componente.
• Disponibilidad: Ambos grados se fabrican habitualmente en placas para equipos a presión en los mercados donde se suministran los grados chinos; la disponibilidad local dependerá de la producción de la planta y de las cadenas de suministro regionales. Los plazos de entrega pueden verse afectados por el espesor, el temple y los requisitos de ensayo.

10. Resumen y recomendación

Característica	Q370R	Q420R
Soldabilidad	Mejor/Más fácil de soldar con procedimientos estándar	Requiere un control de soldadura más estricto y, en ocasiones, precalentamiento/PWHT.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buen equilibrio que favorece la tenacidad y la ductilidad	Mayor resistencia; se puede lograr tenacidad, pero requiere un procesamiento controlado.
Costo (base material)	Menor por kg	Mayor rendimiento por kg, con un potencial ahorro total de costes gracias a secciones más delgadas.

Recomendaciones finales: - Elija Q370R si prioriza la productividad en la fabricación, procedimientos de soldadura más sencillos y una gran resistencia para trabajos convencionales en recipientes a presión donde se aceptan espesores y márgenes estándar. - Elija Q420R si su diseño requiere una tensión admisible mayor o necesita minimizar el peso/espesor y puede aplicar controles de adquisición/procesamiento más estrictos, especificar procedimientos de soldadura calificados y garantizar la capacidad de proceso del proveedor en cuanto a tenacidad y comportamiento de la ZAT.

Nota final: La selección del grado debe basarse siempre en los requisitos específicos del código, las tablas de propiedades dependientes del espesor y las cualificaciones del procedimiento de soldadura del proyecto. En caso de duda, solicite certificados de materiales de fábrica, especifique los límites de energía de impacto y dureza requeridos, y realice pruebas de cualificación y del procedimiento de soldadura representativas del espesor del componente y la configuración de la junta.