S220GD vs S250GD – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros estructurales galvanizados en caliente S220GD y S250GD son de uso común en el mercado y se emplean en perfiles conformados en frío, envolventes de edificios y componentes estructurales en general. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen elegir entre ellos al considerar el costo, la conformabilidad, la soldabilidad y la capacidad de carga mínima requerida.

La principal diferencia práctica entre ambos grados radica en su límite elástico mínimo garantizado: uno garantiza un límite elástico menor y el otro uno mayor. Dado que ambos se fabrican para líneas de galvanizado continuo y comparten una composición química y procesos de fabricación similares, la elección suele depender de si la mayor resistencia del material de mayor grado justifica las posibles desventajas en cuanto a conformabilidad, soldabilidad o coste para una aplicación determinada.

1. Normas y designaciones

• EN / Europeo: S220GD, S250GD — designaciones de productos comunes para aceros galvanizados por inmersión en caliente en EN 10346 (acero revestido continuamente por inmersión en caliente).
• ISO: Se suele hacer referencia a ella a través de las normas armonizadas EN/ISO para aceros revestidos.
• Otras normas regionales: Existen aceros estructurales conformados en frío equivalentes en las familias de productos JIS, GB y ASTM, pero la notación "SxxxGD" es de origen europeo y es ampliamente utilizada por los productores de acero globales que suministran bobinas y láminas galvanizadas.
• Familia de materiales: Tanto el S220GD como el S250GD son aceros de bajo carbono, microaleados/de alta resistencia y baja aleación (HSLA) diseñados para la conformabilidad y el recubrimiento; no son aceros inoxidables, para herramientas ni de alta aleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los aceros S220GD y S250GD están formulados como aceros de bajo carbono con cantidades controladas de manganeso, silicio y pequeñas adiciones de elementos de microaleación (Nb, Ti, V) cuando se requiere para lograr una mayor resistencia mediante procesamiento termomecánico. La composición exacta depende del proveedor y está sujeta a las normas del producto y al proceso de fabricación.

Tabla: Rangos de composición típicos (en % peso). Estos son rangos indicativos utilizados en la práctica; consulte siempre los certificados de fábrica del proveedor para los procedimientos de adquisición y soldadura.

Elemento	S220GD (rangos típicos, % en peso)	S250GD (rangos típicos, % en peso)
do	≤ 0,12 (a menudo ≤ 0,10)	≤ 0,12 (a menudo ≤ 0,10)
Minnesota	0,3 – 1,0	0,3 – 1,2
Si	≤ 0,50 (a menudo 0,02 – 0,15)	≤ 0,50 (a menudo 0,02 – 0,15)
PAG	≤ 0,025	≤ 0,025
S	≤ 0,010	≤ 0,010
Cr	≤ 0,30 (traza)	≤ 0,30 (traza)
Ni	≤ 0,30 (traza)	≤ 0,30 (traza)
Mes	≤ 0,10 (si se utiliza)	≤ 0,10 (si se utiliza)
V	≤ 0,05 (variantes microaleadas)	≤ 0,05 (variantes microaleadas)
Nótese bien	≤ 0,05 (si está microaleado)	≤ 0,05 (si está microaleado)
Ti	≤ 0,05 (si se utiliza)	≤ 0,05 (si se utiliza)
B	rastro	rastro
norte	≤ 0,012	≤ 0,012

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso son los principales contribuyentes a la resistencia. El carbono aumenta la resistencia a la tracción y al límite elástico, pero reduce la soldabilidad y la conformabilidad si se eleva. - El silicio y el manganeso también afectan la desoxidación y el fortalecimiento a través de una solución sólida. - La microaleación con Nb, Ti o V permite una mayor resistencia a la fluencia mediante el endurecimiento por precipitación y el refinamiento del tamaño de grano utilizando control termomecánico, lo que permite una mayor resistencia sin un exceso de carbono. - Los bajos contenidos de fósforo/azufre mejoran la tenacidad y la conformabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura en condiciones de producción estándar: Ambos grados se producen generalmente mediante laminación en caliente controlada, seguida de un proceso de enfriamiento (TMCP, procesamiento termomecánico controlado) o de laminación en frío convencional y recocido previo al galvanizado. Las microestructuras típicas son ferrita con cantidades controladas de bainita o perlita fina, según el proceso. - El S220GD, al tener una resistencia garantizada menor, a menudo se produce con una microestructura más ferrítica y menos precipitados de microaleación, lo que favorece la ductilidad y la conformabilidad. - El S250GD generalmente contiene una densidad de dislocación ligeramente mayor o precipitados de microaleación controlados y un tamaño de grano más fino, diseñados durante el TMCP para aumentar la resistencia a la fluencia sin grandes aumentos de carbono.

Respuesta al tratamiento térmico: - La normalización y el temple y revenido no son pasos de producción habituales para estos aceros revestidos; se producen para alcanzar la resistencia deseada mediante laminación y TMCP en lugar de mediante tratamiento térmico en masa. Si se recalienta localmente (p. ej., mediante soldadura), la microestructura en la zona afectada por el calor dependerá de la temperatura máxima y la velocidad de enfriamiento. El diseño con bajo contenido de carbono limita la templabilidad y reduce el riesgo de formación de martensita frágil en comparación con los aceros estructurales con mayor contenido de carbono, pero los elementos de microaleación pueden aumentar ligeramente la templabilidad.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Comparaciones típicas de propiedades mecánicas. Los valores son representativos; los valores reales suministrados deben verificarse en los certificados de fábrica y dependen del espesor y el procesamiento.

Propiedad	S220GD	S250GD
Límite elástico mínimo (Rp0.2)	220 MPa (garantizado)	250 MPa (garantizado)
Resistencia a la tracción típica (Rm)	Moderado; depende del espesor/proceso; generalmente en el rango bajo-medio para láminas estructurales.	Ligeramente superior a S220GD; varía según el procesamiento.
Alargamiento (A%)	Generalmente presenta mayor ductilidad que el S250GD para el mismo espesor.	Alargamiento ligeramente reducido en comparación con S220GD a espesores equivalentes
resistencia al impacto	Generalmente adecuado para piezas estructurales conformadas en frío; no especificado universalmente.	La tenacidad es comparable, pero específica, y depende del TMCP y la química.
Dureza	De bajo a moderado, adecuado para formar	Ligeramente superior en promedio debido al aumento de la fuerza

Interpretación: - El S250GD es más resistente en términos de límite elástico mínimo; esto es deliberado para permitir un diseño de calibre más delgado o una mayor capacidad de carga. - El S220GD suele ser más fácil de moldear y puede proporcionar una elasticidad y recuperación de la flexión ligeramente mejores. Las diferencias en tenacidad son sutiles y dependen del proceso; ninguno de los dos grados es inherentemente frágil; el rendimiento ante impactos debe confirmarse cuando se requiere un rendimiento a bajas temperaturas.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del equivalente de carbono y del contenido de microaleaciones. Para la evaluación cualitativa de la soldabilidad, dos índices comúnmente utilizados son el equivalente de carbono del IIW y el PCM del Instituto Internacional de 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 S220GD como el S250GD son aceros de bajo carbono con un CE$_{IIW}$ y un Pcm relativamente bajos en comparación con los aceros templados y revenidos de mayor resistencia. Esto los hace generalmente adecuados para los procesos comunes de soldadura por arco (MMA, MIG/MAG, TIG) con prácticas de precalentamiento estándar. - El acero S250GD, si se refuerza mediante microaleación o TMCP en lugar de aumentar el carbono, normalmente conservará una buena soldabilidad; sin embargo, un mayor contenido de Mn o de microaleación puede aumentar la CE y aumentar localmente la templabilidad, lo que puede requerir un precalentamiento controlado o un tratamiento térmico posterior a la soldadura en secciones más gruesas o en condiciones frías. Para estructuras soldadas críticas, consulte los valores CE/Pcm del proveedor y siga los procedimientos recomendados de consumibles de soldadura, precalentamiento y postcalentamiento. Utilice un diseño de junta soldada y consumibles de bajo hidrógeno para minimizar el riesgo.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el S220GD como el S250GD son aceros recubiertos: el sufijo «GD» indica un recubrimiento galvanizado en caliente (zinc) suministrado como un producto continuo. La capa galvanizada proporciona protección catódica al acero dulce.
• Estrategias estándar de protección contra la corrosión: elegir la masa de recubrimiento adecuada (g/m²), considerar sistemas de pretratamiento y pintura para ambientes expuestos a la atmósfera o agresivos, y especificar la protección de bordes o el sellado de juntas donde sea necesario.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras) se aplica a las aleaciones inoxidables y no a los aceros de bajo carbono recubiertos de zinc; para referencia:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Este índice no es aplicable a S220GD/S250GD ya que no son aceros inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y doblado en frío: El acero S220GD, con su menor límite elástico garantizado, suele ofrecer una conformabilidad ligeramente superior y mayores radios de curvatura admisibles para un espesor determinado. Los límites de conformado deben determinarse mediante ensayos a escala real o las fichas técnicas del proveedor.
• Punzonado y prensado: ambas calidades están diseñadas para operaciones de conformado comunes en la construcción y la instalación de techos. La vida útil de las herramientas es similar; sin embargo, la mayor resistencia de la S250GD incrementa las cargas de conformado y puede acelerar el desgaste de las herramientas.
• Maquinabilidad: ninguna de las dos calidades está optimizada para el mecanizado de alta velocidad; ambas se mecanizan de forma similar a los aceros estructurales de baja aleación. La maquinabilidad puede mejorarse con herramientas y parámetros de corte adecuados.
• Acabado: el recubrimiento galvanizado afecta la adherencia de la pintura y el adhesivo. La preparación de la superficie (por ejemplo, conversión de cromato o imprimaciones adecuadas) es estándar para los sistemas de pintura.

8. Aplicaciones típicas

S220GD (usos típicos)	S250GD (usos típicos)
Cubiertas y revestimientos donde se requiere alta conformabilidad	Perfiles y secciones estructurales donde un mayor límite elástico permite reducir el calibre
Revestimientos internos y conductos con un extenso proceso de conformado.	Correas portantes conformadas en frío, estructura ligera
Piezas estampadas/perforadas no críticas	Aplicaciones que requieren un margen de seguridad adicional para la capacidad de carga
Aplicaciones económicas que priorizan el coste y la facilidad de fabricación	Situaciones en las que la reducción de peso mediante calibres más delgados es deseable

Justificación de la selección: - Utilice S220GD cuando la eficiencia de conformado, la capacidad de doblado y el menor costo sean prioridades y las cargas de diseño requeridas se encuentren dentro de la clase de límite elástico inferior. - Utilice S250GD cuando un límite de rendimiento mínimo más alto permita un material más delgado o cuando los requisitos estructurales exijan un límite de rendimiento garantizado más alto.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero S250GD suele ser ligeramente más caro que el S220GD debido a sus mejores propiedades mecánicas garantizadas y a la posibilidad de que se requiera un proceso de microaleación o TMCP para lograrlas. El sobreprecio varía según las condiciones del mercado.
• Disponibilidad: Ambos grados son producidos habitualmente por los principales proveedores de bobinas y están ampliamente disponibles en formatos comunes de bobina, lámina y corte longitudinal. Los plazos de entrega suelen ser cortos para masas y anchos de recubrimiento estándar, pero más largos para recubrimientos especiales o tolerancias mecánicas muy ajustadas.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación rápida (cualitativa)

Atributo	S220GD	S250GD
soldabilidad	Bueno — más fácil debido a los menores requisitos de resistencia	Bueno — riesgo CE ligeramente mayor si es microaleado
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad para el conformado	Mayor límite elástico; tenacidad similar si se procesan adecuadamente.
Costo	Más bajo	Prima más alta (moderada)

Recomendación: - Elija S220GD si: su aplicación enfatiza el conformado, el doblado y el punzonado, y requiere la chapa galvanizada más económica que cumpla con requisitos estructurales moderados; cuando la máxima ductilidad para perfiles complejos es esencial. - Elija S250GD si: necesita una mayor resistencia a la fluencia garantizada para reducir el espesor de la sección, lograr un mayor factor de seguridad o cumplir con requisitos de carga estructural específicos, al tiempo que conserva las ventajas de una superficie galvanizada.

Nota final: Para la adquisición y fabricación, verifique siempre los certificados de fábrica en cuanto a composición química, propiedades mecánicas, masa del recubrimiento y los procedimientos de conformado y soldadura recomendados por el proveedor. Cuando la seguridad estructural o la resistencia a bajas temperaturas sean críticas, especifique y pruebe las propiedades requeridas en lugar de basarse únicamente en la denominación del grado.