S355JR vs S355J2 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros S355JR y S355J2 son dos grados ampliamente utilizados de la familia de aceros estructurales EN 10025. Ambos son aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia, destinados a construcciones soldadas, estructuras pesadas y aplicaciones de ingeniería en general. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen considerar el costo, la soldabilidad, el comportamiento a bajas temperaturas y los procesos posteriores.

La principal diferencia práctica entre S355JR y S355J2 radica en su resistencia al impacto garantizada a distintas temperaturas: JR se prueba a temperatura ambiente, mientras que J2 se especifica y prueba para un rendimiento superior a temperaturas bajo cero. Dado que muchas decisiones de diseño y fabricación dependen de la resistencia al impacto en servicio, este requisito de resistencia condiciona la selección del material, la complejidad de las pruebas y, en ocasiones, el coste y la disponibilidad.

1. Normas y designaciones

• EN: EN 10025-2 (S355JR, S355J2 se especifican aquí como aceros estructurales).
• ASTM/ASME: No existe una designación ASTM directa uno a uno, pero los equivalentes S355 a menudo se comparan con las variantes ASTM A572 Grado 50 o A36 según las propiedades de procesamiento y mecánicas.
• JIS / GB: Las normas locales de Japón y China tienen aceros estructurales funcionalmente similares, pero la designación y las pruebas difieren; la sustitución directa requiere la verificación de las propiedades.
• Clasificación: Tanto el S355JR como el S355J2 son aceros estructurales al carbono de baja aleación y alta resistencia, no inoxidables (a menudo denominados HSLA debido a la microaleación en algunas variantes). No son aceros para herramientas ni aceros inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

La serie EN 10025 especifica el contenido máximo de elementos, no una composición única. La tabla siguiente muestra los máximos típicos y los elementos comúnmente controlados para S355JR y S355J2 según la práctica EN. La composición exacta depende de las prácticas de la planta de fabricación y de cualquier microaleación adicional solicitada.

Elemento	Control típico (S355JR)	Control típico (S355J2)
C (máx.)	≤ 0,22 % en peso	≤ 0,22 % en peso
Mn (máx.)	≤ 1,60 % en peso	≤ 1,60 % en peso
Sí (máx.)	≤ 0,55 % en peso	≤ 0,55 % en peso
P (máx.)	≤ 0,035 % en peso	≤ 0,035 % en peso
S (máx.)	≤ 0,035 % en peso	≤ 0,035 % en peso
Cr	Normalmente ≤ 0,30 % en peso (si está presente)	Normalmente ≤ 0,30 % en peso
Ni	Normalmente ≤ 0,30 % en peso (si está presente)	Normalmente ≤ 0,30 % en peso
Mes	Normalmente ≤ 0,10 % en peso (si está presente)	Normalmente ≤ 0,10 % en peso
V, Nb, Ti	Se suele añadir en pequeñas cantidades (≤ ~0,05 % en peso cada una) para TMCP/microaleación.	Igual, posiblemente con un control más estricto para J2 cuando se requiere resistencia.
B	Posibles adiciones en trazas (ppm)	Posibles adiciones de trazas
norte	Normalmente ≤ 0,012 % en peso	Normalmente ≤ 0,012 % en peso
Al (desoxidación)	0,015–0,060 % en peso (para el control)	0,015–0,060 % en peso

Notas: - La norma EN 10025 define los requisitos mecánicos y las temperaturas de ensayo de impacto para las diferentes subcalidades; los límites químicos son amplios y dependen del fabricante y de las clases de calidad adicionales. - Muchos productos S355 se producen mediante procesamiento termomecánico controlado (TMCP) y pueden incluir intencionalmente microaleación (V, Nb, Ti) para refinar el tamaño del grano y aumentar la resistencia sin un exceso de carbono.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso controlan principalmente la resistencia y la templabilidad; un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. - El silicio es un desoxidante y puede aumentar ligeramente la resistencia. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) refinan el tamaño del grano y dan lugar a microestructuras de ferrita-perlita o bainíticas más fuertes a niveles de carbono más bajos. - Se mantienen bajos contenidos de azufre y fósforo para preservar la tenacidad y la soldabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: Tanto el acero S355JR como el S355J2, en estado laminado o sometido a tratamiento térmico químico (TMCP), presentan una matriz de ferrita y perlita con posibles islas bainíticas, dependiendo de la velocidad de enfriamiento. El refinamiento del grano mediante TMCP y la microaleación mejoran la resistencia a la fluencia y la tenacidad sin un aumento significativo del contenido de carbono. - La variante J2 se suele producir con controles ligeramente más estrictos en cuanto a limpieza, nitrógeno y contenido de microaleación, además de un laminado controlado para cumplir con el requisito de resistencia al impacto a menor temperatura.

Respuesta al tratamiento térmico: Normalización: Ambos tipos de acero responden bien a la normalización (austenización seguida de enfriamiento al aire). Este proceso refina el tamaño de grano y homogeneiza la microestructura, mejorando la tenacidad. El acero S355 normalizado suele alcanzar una mayor tenacidad Charpy que el material laminado en caliente. - Temple y revenido: Si bien es técnicamente posible, el temple y revenido no es un proceso estándar para los grados EN S355; transforma sustancialmente la microestructura (martensita revenida para menor dureza, mayor tenacidad), pero se utiliza solo cuando se requieren propiedades específicas que van más allá del grado EN. Procesamiento termomecánico (TMCP): Muchos productos de acero S355 se fabrican mediante TMCP para lograr una alta resistencia con bajo contenido de carbono y buena tenacidad. El TMCP produce una microestructura de grano fino que mejora el equilibrio entre resistencia y tenacidad de forma más eficaz que el simple aumento del contenido de carbono. - Alivio de tensiones y tratamiento térmico posterior a la soldadura: Para estructuras soldadas, es común un tratamiento térmico posterior a la soldadura mínimo para S355, pero las secciones pesadas o las aplicaciones críticas pueden requerir un tratamiento térmico posterior a la soldadura controlado según el diseño de la junta y el riesgo de hidrógeno.

4. Propiedades mecánicas

La norma EN 10025 especifica los límites de las propiedades mecánicas para la familia de aceros S355. La siguiente tabla resume los valores típicos y estandarizados; los resultados reales dependen del espesor y del proceso de producción.

Propiedad	S355JR (típico/especificado)	S355J2 (típico/especificado)
Límite elástico (Rp0.2, min)	355 MPa (para muchos rangos de espesor)	355 MPa (mismo requisito nominal)
Resistencia a la tracción (Rm)	470–630 MPa (rango típico según especificaciones)	470–630 MPa (similar)
Alargamiento (A, min)	~20% (varía según el grosor)	~20% (varía según el grosor)
resistencia al impacto	27 J a +20 °C (Charpy V)	27 J a −20 °C (Charpy V)
Dureza típica (HBW)	140–190 HBW (dependiendo del fabricante)	140–190 HBW (similar)

Interpretación: - La resistencia estática (límite elástico y resistencia a la tracción) es prácticamente equivalente entre los grados JR y J2 cuando se comparan en las mismas condiciones de entrega; ambos garantizan un límite elástico mínimo de 355 MPa. La propiedad mecánica distintiva es la tenacidad al impacto: el acero S355J2 tiene garantizada su ductilidad hasta −20 °C, mientras que el S355JR solo la tiene garantizada a +20 °C. Esto no implica que el J2 sea más resistente estáticamente, pero sí que es más resistente a la fractura frágil a bajas temperaturas. - Los rangos de elongación y dureza se superponen; la ruta de procesamiento (TMCP, normalización) tiene una mayor influencia en la tenacidad y la ductilidad que el sufijo JR/J2 por sí solo.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un factor determinante en la selección de aceros estructurales. Tanto el S355JR como el S355J2 están diseñados para soldarse, pero existen consideraciones específicas.

Factores clave: El contenido de carbono y la aleación combinada determinan la templabilidad y el riesgo de fisuración en frío. Ambos grados presentan un contenido de carbono relativamente bajo (≤ ~0,22 % en peso), lo que favorece una buena soldabilidad. - La microaleación y los elementos residuales (Cr, Mo, V, Nb) aumentan la templabilidad y pueden requerir un precalentamiento o un tratamiento térmico posterior a la soldadura en secciones gruesas.

Índices útiles de acero soldado: - Equivalente de carbono (forma IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Susceptibilidad a la martensita del 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 cualitativa: Para composiciones nominales idénticas, los aceros S355JR y S355J2 tendrán valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ prácticamente idénticos. Sin embargo, las acerías que producen acero J2 suelen aplicar un control de proceso más estricto (acero más limpio, adiciones controladas de microaleaciones) para lograr la tenacidad a bajas temperaturas requerida, lo que puede mejorar indirectamente la soldabilidad al reducir el atrapamiento de hidrógeno inducido por impurezas. - Para secciones gruesas, una mayor templabilidad o un CE más elevado pueden requerir precalentamiento o temperaturas controladas entre pasadas; la calificación del procedimiento de soldadura debe hacer referencia al certificado de material específico. - El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) rara vez es obligatorio para estructuras soldadas S355 comunes, pero puede ser necesario para conjuntos soldados con alta restricción, secciones gruesas o cuando las especificaciones lo exijan.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el S355JR como el S355J2 son aceros al carbono no inoxidables; su resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos o agresivos es modesta.
• Estrategias de protección estándar: galvanizado en caliente, electrodeposición de zinc (para componentes pequeños), recubrimientos orgánicos (imprimaciones, epoxis), metalización (recubrimientos de zinc/Al rociados con llama o arco) o una combinación (imprimación rica en zinc + capa de acabado).
• El índice PREN no es aplicable porque PREN se utiliza para aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• La elección del recubrimiento depende del entorno (clasificación C1–C5), la vida útil prevista, la estética y la estrategia de mantenimiento. El galvanizado es común en el acero estructural expuesto a la intemperie; el sustrato S355 no modifica sustancialmente la estrategia de control de la corrosión entre JR y J2.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: El corte por plasma, oxicorte, láser y chorro de agua se comporta de forma similar para ambos grados. La dureza y el espesor pueden afectar a los ajustes de corte.
• Maquinabilidad: El bajo contenido de carbono y aleación proporciona una maquinabilidad razonable; las variantes TMCP microaleadas o de mayor resistencia pueden ser ligeramente más difíciles de mecanizar, pero las diferencias entre JR y J2 son mínimas.
• Conformado y doblado: La conformabilidad está determinada por la resistencia a la fluencia y la ductilidad; dado que ambas presentan valores nominales de fluencia y elongación similares, el comportamiento de conformado suele ser comparable. El conformado en frío a muy bajas temperaturas se beneficia de la mayor tenacidad a bajas temperaturas del J2.
• Prácticas de soldadura y fabricación: Utilice procedimientos de soldadura cualificados y considere estrategias de precalentamiento/revenido del cordón para secciones gruesas o donde se requiera control de hidrógeno. La norma S355J2 puede requerir pruebas de impacto/certificación adicionales para el cumplimiento del proyecto.

8. Aplicaciones típicas

S355JR — Usos típicos	S355J2 — Usos típicos
Estructuras metálicas generales: vigas, columnas y pórticos para edificios en condiciones ambientales.	Elementos estructurales en climas fríos: superestructuras marinas, estructuras refrigeradas, puentes en regiones frías
Fabricación general donde se acepta una tenacidad a temperatura ambiente.	Estructuras soldadas de gran tamaño que requieren una tenacidad comprobada a bajas temperaturas.
Bastidores de maquinaria, componentes de ingeniería general	Estructuras y equipos de retención de presión que operan en servicios a bajas temperaturas (cuando se especifica).
Planchas estándar, perfiles laminados en caliente y secciones para obras civiles	Elementos estructurales expuestos a temperaturas bajo cero o con mayor riesgo de fractura frágil

Justificación de la selección: - Elija S355JR para aplicaciones estructurales típicas a temperatura ambiente donde se desea un menor costo de adquisición/prueba. - Elija S355J2 cuando el diseño requiera una resistencia al impacto verificada a temperaturas más bajas, o cuando las especificaciones del proyecto exijan una clasificación de tenacidad de −20 °C.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: Ambos grados se producen habitualmente y, por lo tanto, suelen tener un precio base similar. El S355J2 puede tener un pequeño sobreprecio debido a las pruebas adicionales y al control de proceso más estricto necesarios para certificar su resistencia al impacto a bajas temperaturas.
• Disponibilidad: Ambos materiales están ampliamente disponibles en placas, bobinas laminadas en caliente, vigas y perfiles. Los plazos de entrega dependen del tamaño, el espesor y de si se requiere una variante normalizada/TMCP o una microaleación especial.
• Los requisitos especiales de entrega prolongada (por ejemplo, entrega normalizada para placas gruesas o control químico adicional para la soldabilidad) pueden aumentar el costo y el tiempo de entrega para cualquiera de los grados.

10. Resumen y recomendación

Criterio	S355JR	S355J2
soldabilidad	Muy buena (baja C); se aplican los procedimientos de soldadura estándar.	Muy bueno (C bajo); similar pero con controles de molienda más precisos posibles
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Alta resistencia; resistencia garantizada a temperatura ambiente	Alta resistencia; tenacidad mejorada a bajas temperaturas garantizada
Costo	Estándar, carga de pruebas ligeramente menor	Ligeramente superior (pruebas de impacto y control adicionales)

Conclusión y orientación: - Elija S355JR si su estructura opera a temperaturas ambiente típicas o superiores, si el proyecto no requiere pruebas de impacto a bajas temperaturas verificadas y si minimizar los costos de adquisición y prueba es una prioridad. - Elija S355J2 si la estructura funcionará en ambientes fríos, si las especificaciones exigen resistencia al impacto a temperaturas bajo cero (normalmente −20 °C), o si el diseño tiene un alto riesgo de fractura frágil en las uniones de soldadura/restricción donde se requiere una tenacidad certificada a bajas temperaturas.

Nota práctica final: Dado que ambos grados comparten la misma resistencia estática nominal, la selección suele depender de la temperatura requerida para la prueba de impacto y las implicaciones asociadas en cuanto al suministro y las pruebas. Solicite siempre los certificados de fábrica y los registros de la prueba Charpy correspondientes al lote de material, y verifique los procedimientos de soldadura según la forma y el espesor del producto que utilizará.