S235 frente a S275: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El S235 y el S275 son dos aceros estructurales al carbono europeos de uso común, especificados por las normas EN. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas del coste, la soldabilidad, la conformabilidad y la resistencia. En situaciones típicas, se debe optar por un grado más económico para estructuras con cargas ligeras frente a un grado de resistencia ligeramente superior cuando las dimensiones de la sección, la reducción de peso o el límite elástico mínimo reglamentario son factores críticos.

La principal diferencia técnica entre S235 y S275 radica en su límite elástico mínimo especificado: S275 tiene un límite elástico garantizado superior a S235. Esta diferencia influye en la selección para aplicaciones de carga, pero ambos grados son similares en composición química y procesamiento, por lo que otros factores (soldabilidad, tenacidad, disponibilidad y protección superficial) suelen determinar la elección final.

1. Normas y designaciones

• EN: Serie EN 10025 (la más común para variantes S235 y S275 como S235JR, S235J0, S235J2, S275JR, etc.).
• ASTM/ASME: No existen equivalentes ASTM directos uno a uno; los grados ASTM comparables se especifican normalmente en función de las propiedades requeridas en lugar de una sustitución directa.
• JIS: Las normas japonesas clasifican los aceros estructurales de forma diferente; la selección requiere una correspondencia basada en las propiedades.
• GB (China): Las normas GB incluyen aceros estructurales de uso similar pero sin designaciones directas; coinciden según los requisitos mecánicos y químicos.

Clasificación por familia general de aceros: Tanto el S235 como el S275 son aceros estructurales al carbono/de baja aleación (no inoxidables, ni aceros para herramientas, ni de alta aleación). Algunas variantes de fábrica pueden incluir microaleación (Nb, V, Ti) o procesamiento termomecánico, lo que aún los clasifica como aceros estructurales (a menudo agrupados con los HSLA cuando se microalean deliberadamente).

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	S235 (presencia típica)	S275 (presencia típica)
C (Carbono)	Bajo contenido de carbono; soldabilidad controlada	Bajas emisiones de carbono; puede tener un límite superior ligeramente al de la sección 235.
Mn (manganeso)	Moderado (factor de influencia principal en la resistencia y la templabilidad)	Moderado; límites similares o ligeramente superiores para alcanzar el rendimiento objetivo
Si (silicio)	Pequeñas cantidades (desoxidación)	Pequeñas cantidades
P (Fósforo)	Mantenido bajo (impureza)	Manteniéndose bajo
S (Azufre)	Mantenido bajo (impureza)	Manteniéndose bajo
Cr, Ni, Mo	No se alea intencionalmente en las calidades estándar (posibles trazas).	Mismo
V, Nb, Ti (microaleación)	Puede estar presente en variantes específicas procesadas termomecánicamente (en cantidades traza a pequeñas por ciento).	Puede estar presente en variantes específicas.
B (Boro)	Normalmente no se añade en las calificaciones estándar.	Normalmente no se añade
N (Nitrógeno)	Controlado; afecta al envejecimiento y la resistencia	Revisado

Notas: Las normas EN especifican límites máximos que dependen del espesor y la variante (p. ej., JR, J0). La estrategia general de aleación se basa en una composición química baja en carbono con manganeso para alcanzar los objetivos de límite elástico y resistencia a la tracción, manteniendo una buena soldabilidad y conformabilidad. La microaleación y el laminado termomecánico permiten aumentar la resistencia sin incrementar significativamente el contenido de carbono.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad si se eleva. - El manganeso contribuye a la resistencia y templabilidad y contrarresta la fragilización por azufre. - El silicio es principalmente un desoxidante; un mayor contenido de silicio puede aumentar ligeramente la resistencia. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) refinan el tamaño del grano y permiten mayores resistencias a la fluencia mediante el fortalecimiento por precipitación y el laminado controlado sin grandes aumentos de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura típica: Las aleaciones S235 y S275 laminadas en caliente y normalizadas presentan una microestructura predominantemente ferrítica-perlítica. El tamaño de grano y la fracción de perlita varían con la velocidad de enfriamiento y el procesamiento termomecánico. - Las variantes laminadas termomecánicamente o microaleadas muestran tamaños de grano de ferrita más finos y carburos/precipitados dispersos (NbC, VC, TiC), lo que proporciona una mayor resistencia a la fluencia con niveles de carbono químico similares.

Respuesta al tratamiento térmico: Estas calidades están diseñadas principalmente para su uso en estado laminado o normalizado. No se suelen suministrar para temple y revenido a menos que se soliciten específicamente como una calidad diferente. - La normalización (calentamiento por encima de la temperatura crítica y enfriamiento al aire) refina el tamaño del grano y homogeneiza la microestructura, mejorando la tenacidad. - El temple y el revenido aumentarán la resistencia y la tenacidad, pero es poco común para las especificaciones estándar S235/S275 y puede alterar la conformidad con los requisitos EN 10025. - El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) se utiliza comúnmente para lograr una mayor resistencia (por ejemplo, propiedades S275) con bajo contenido de carbono mediante el refinamiento del grano y la distribución de precipitados de microaleación.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	S235 (típico según designación EN)	S275 (típico según la designación EN)
Límite elástico mínimo (ReH)	235 MPa (base de designación)	275 MPa (base de designación)
Resistencia a la tracción (Rm)	El rango típico se superpone a las bandas de acero estructural (por ejemplo, varios cientos de MPa).	Normalmente, el límite superior es mayor que el de S235.
Alargamiento (A)	Ductilidad generalmente buena; elongación normalmente adecuada para el conformado (varía con el espesor).	Alargamiento ligeramente inferior a un espesor comparable debido a un límite elástico más alto, pero aún así buena ductilidad.
Resistencia al impacto	Las variantes (JR, J0, J2) definen las energías de impacto mínimas a temperaturas prescritas; generalmente funcionan bien a temperatura ambiente.	Existen variantes de tenacidad similares; la selección depende de la temperatura de impacto requerida.
Dureza	Dureza baja a moderada, típica de los aceros estructurales; fácil de mecanizar.	Mayor dureza promedio debido a un mayor rendimiento.

Explicación: El acero S275 es de mayor resistencia por diseño, ya que su límite elástico mínimo garantizado es superior. Este aumento en el límite elástico suele conllevar un ligero incremento en la resistencia a la tracción y una pequeña reducción en la elongación/embutición, pero la tenacidad puede igualarse seleccionando la variante JR/J0/J2 adecuada o mediante un proceso de normalización. - Debido a que ambos grados son de bajo carbono, conservan una buena ductilidad y resistencia al impacto cuando se suministran en las condiciones de entrega adecuadas.

5. Soldabilidad

Factores clave: - El bajo contenido de carbono y aleación tanto en S235 como en S275 generalmente les confiere una buena soldabilidad cuando se siguen los procedimientos estándar. - Un mayor equivalente de carbono o la presencia de elementos de microaleación aumenta la templabilidad y el potencial de agrietamiento en frío; por lo tanto, se pueden especificar temperaturas de precalentamiento y entre pasadas para secciones más gruesas o para aceros con mayor CE o Pcm.

Índices útiles de soldabilidad: - Equivalente de carbono (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (disminución 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: En ambos grados, los valores de CE y Pcm suelen ser bajos en comparación con los aceros aleados de alta resistencia, lo que indica una soldadura sencilla con consumibles y procedimientos estándar. Sin embargo, a medida que aumenta el espesor o cuando hay microaleación, los valores de CE/Pcm aumentan y deben aplicarse controles de soldadura adecuados (precalentamiento, temperatura entre pasadas, tratamiento térmico posterior a la soldadura cuando sea necesario). - Especifique el metal de aporte correcto para que coincida con las propiedades mecánicas y para evitar un ajuste insuficiente en las uniones críticas. Para estructuras cíclicas o sensibles a la fatiga, tenga en cuenta las tensiones residuales y la posible dureza en la zona afectada por el calor (ZAC).

6. Corrosión y protección de superficies

• Los aceros S235 y S275 son aceros al carbono no inoxidables; no ofrecen resistencia intrínseca a la corrosión atmosférica o agresiva. Las estrategias de protección incluyen:
• Galvanizado en caliente para resistencia a la corrosión atmosférica y a la exposición prolongada a la intemperie.
• Sistemas de pintura e imprimaciones (por ejemplo, epoxi, poliuretano, imprimaciones ricas en zinc).

• Revestimientos locales (aerosol, brocha) o metalización para reparación y retoque.

• Las métricas para acero inoxidable, como el PREN, no son aplicables a los aceros estructurales que no son inoxidables. A modo de información adicional, la fórmula del PREN (utilizada para aleaciones de acero inoxidable) es:
  $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice es irrelevante para S235/S275 porque sus contenidos de cromo, molibdeno y nitrógeno son muy bajos y no están destinados a proporcionar resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado: Ambos grados son dúctiles y conformables; el S235 suele ser más fácil de conformar debido a su menor límite elástico. Cuando se requieren radios de curvatura reducidos, el S235 puede ser preferible, a menos que el diseño requiera la mayor resistencia del S275.
• Doblado: La recuperación elástica es ligeramente mayor para S275 debido a su mayor límite elástico; ajuste las herramientas/el doblado inverso según sea necesario.
• Corte y taladrado: Ambos procesos se mecanizan fácilmente mediante plasma, oxicorte, láser o procesos mecánicos. El desgaste de la herramienta aumenta ligeramente con la resistencia; ajuste los avances y las herramientas al pasar de S235 a S275.
• Maquinabilidad: Buena en ambos casos cuando se encuentran en condiciones normalizadas/laminadas; si se utilizan variantes de mayor dureza o productos con alto contenido de microaleaciones, la maquinabilidad puede disminuir.
• Acabado: Los requisitos típicos de preparación e imprimación de la superficie son similares; las prácticas de eliminación de salpicaduras de soldadura y esmerilado son idénticas.

8. Aplicaciones típicas

S235 (usos típicos)	S275 (usos típicos)
Componentes estructurales ligeros a medios: perfiles constructivos generales, marcos, soportes, barandillas, elementos estructurales básicos	Elementos estructurales más pesados ​​donde se requiere un límite elástico mínimo mayor: bastidores de chasis, componentes de grúas, vigas y columnas de mayor tamaño.
Perfiles conformados en frío, estructuras soldadas donde la alta ductilidad y la buena soldabilidad son prioritarias.	Situaciones que requieren secciones transversales más pequeñas para la misma carga o donde el ahorro de peso resulta beneficioso
Piezas mecánicas no críticas, maquinaria agrícola, cercas	Piezas mecánicas de servicio moderado, componentes estructurales de carga en infraestructuras donde una resistencia ligeramente superior mejora el rendimiento

Justificación de la selección: - Elija S235 cuando se prioricen la conformación, el costo y la facilidad de soldadura y cuando el requisito de límite elástico del diseño se cumpla con 235 MPa. - Elija S275 cuando los códigos de diseño, los casos de carga o la optimización de peso/sección exijan un límite elástico garantizado más alto (275 MPa) manteniendo una buena soldabilidad y tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero S275 suele ser ligeramente más caro que el S235 debido a su mayor rendimiento y, en ocasiones, a un control de fabricación/proceso más estricto. La diferencia de precio suele ser modesta en los mercados de productos laminados.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en placas, bobinas, barras y perfiles estructurales en la mayoría de los mercados. El S235 es extremadamente común para uso estructural general; el S275 también es común, particularmente en regiones o aplicaciones que especifican un límite elástico superior.
• Formas de producto: Planchas y láminas en una gama de espesores; productos largos (ángulos, canales) y perfiles; la disponibilidad por espesor y condición de entrega (JR, J0, J2; normalizado; TMCP) varía según la fábrica y la región.

10. Resumen y recomendación

Atributo	S235	S275
Soldabilidad	Excelente (muy bueno)	Muy buena, pero ligeramente más sensible cuando es más gruesa o microaleada.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor límite elástico mínimo; excelente ductilidad	Mayor rendimiento mínimo; opciones de resistencia similares disponibles con las condiciones de entrega adecuadas.
Costo	Generalmente más bajo	Normalmente un poco más alto

Recomendaciones: - Elija S235 si: - El requisito de rendimiento mínimo del diseño no supera los 235 MPa. - La facilidad de conformado, el menor coste y la máxima ductilidad son prioritarios. - Se requiere la disponibilidad estándar más amplia para piezas estructurales ligeras y medianas.

• Elija S275 si:
• El proyecto requiere un rendimiento garantizado más alto de 275 MPa para reducir el tamaño o el peso de las secciones.
• Se necesitan propiedades de tracción/límite elástico ligeramente superiores sin recurrir a aceros de mayor aleación.
• Se prefiere un margen de resistencia para los elementos estructurales, manteniendo al mismo tiempo una buena soldabilidad y tenacidad con un procesamiento adecuado.

Nota final: Al elegir entre S235 y S275, verifique siempre las condiciones de entrega requeridas (JR/J0/J2, normalizado, TMCP), los límites dependientes del espesor y cualquier restricción específica del proyecto (procedimientos de soldadura, temperatura de impacto, protección contra la corrosión). Elija el grado de acero según los requisitos funcionales (carga, fatiga, entorno) en lugar de basarse únicamente en el precio para evitar retrabajos y garantizar un rendimiento a largo plazo.