SA516 Gr60 vs Q345R – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El acero SA516 (familia ASTM A516/A542) grado 60 y el acero chino Q345R son dos aceros estructurales y para recipientes a presión de uso común, cuya elección suele ser comparada por ingenieros y profesionales de compras. El dilema de selección generalmente se centra en equilibrar la resistencia y el costo (mayor límite elástico para estructuras más ligeras) con la tenacidad a la fractura y el cumplimiento de las normas (comportamiento del material en entornos de presión, baja temperatura o cíclicos). Las decisiones suelen estar condicionadas por los niveles de límite elástico/tracción requeridos, el rendimiento de impacto Charpy exigido, las limitaciones de soldadura y la disponibilidad regional.

La principal diferencia técnica entre ambos aceros radica en su diseño y resistencia nominal: el Q345R se especifica como un acero estructural/para recipientes a presión de baja aleación y alto límite elástico (mayor límite elástico nominal), mientras que el SA516 Gr60 es un acero al carbono para recipientes a presión formulado para ofrecer un equilibrio entre resistencia y tenacidad a bajas temperaturas, adecuado para numerosas aplicaciones en calderas y sistemas de presión. Por lo tanto, se utilizan conjuntamente en aplicaciones que buscan un equilibrio entre resistencia por espesor y tenacidad/soldabilidad/ajuste a las especificaciones.

1. Normas y designaciones

• SA516 Grado 60: Cumple con la norma ASTM A516/A516M (mencionada comúnmente en la Sección II de ASME para placas de calderas y recipientes a presión). Es una placa de acero al carbono diseñada para servicio a temperaturas moderadas a altas en recipientes a presión. Se clasifica como acero al carbono para recipientes a presión (no inoxidable, no apto para herramientas).
• Q345R: Definido en la norma china GB/T 713 (placas de acero para recipientes a presión y calderas) como un acero estructural/para recipientes a presión de baja aleación. Q345 indica un límite elástico mínimo nominal de 345 MPa; el sufijo «R» indica que la placa está destinada a su uso en recipientes a presión. Clasificado como acero para recipientes a presión de baja aleación/HSLA.

Otras normas relacionadas (contextuales, para referencias cruzadas y equivalentes): - EN: La serie EN 10028 cubre los aceros para recipientes a presión (por ejemplo, P265GH, P355GH), que desempeñan funciones similares en la práctica europea. - JIS: JIS G3115 y normas relacionadas para aceros de recipientes a presión. - GB: La norma nacional directa es la GB/T 713 china para Q345R.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra rangos representativos de elementos para cada grado. Estos valores son indicativos, no límites normativos; consulte siempre la norma aplicable o el certificado de fábrica para la adquisición o el diseño.

Elemento (en % peso)	SA516 Gr60 (representativo)	Q345R (representativo)
do	~0,20–0,28 (de bajo a moderado)	≤ ~0,18–0,22 (bajo controlado)
Minnesota	~0,60–1,10	~0,80–1,60
Si	~0,10–0,35	~0,15–0,50
PAG	≤ 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
S	≤ 0,035 (máx.)	≤ 0,035 (máx.)
Cr	trazas–pequeñas (a menudo ≤0,30)	trazas–pequeñas (≤0,30)
Ni	traza (normalmente ≤0,30)	traza (normalmente ≤0,30)
Mes	típicamente ≤0,08	típicamente ≤0,08
V, Nb, Ti	Normalmente ninguna o microaleación en algunas coladas	Algunos lotes pueden contener microaleaciones (Nb, V, Ti).
B, N	niveles de ppm si se controlan	niveles de ppm si se controlan

Cómo afecta la aleación al rendimiento: El carbono (C) aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad si se sobrealea. Ambos grados mantienen un contenido moderado de C para lograr un equilibrio. - El manganeso (Mn) aumenta la templabilidad y la resistencia; el Q345R a menudo tiene un mayor contenido de Mn para alcanzar su objetivo de mayor límite elástico. - El silicio (Si) es un desoxidante y puede aumentar ligeramente la resistencia. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) se utilizan en las variantes Q345R para aumentar el rendimiento sin sacrificar la tenacidad a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento por precipitación. - El cromo, el níquel y el molibdeno, si están presentes en pequeñas cantidades, aumentan la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - SA516 Gr60: Se produce generalmente como una placa normalizada o laminada en caliente, lo que da como resultado una matriz de ferrita-perlita con un tamaño de grano controlado. La microestructura destaca por su buena tenacidad (ferrita refinada y perlita distribuida uniformemente). Normalmente no se suministra templado ni revenido. - Q345R: Fabricado mediante laminación controlada y, en muchos casos, microaleación y procesamiento termomecánico (TMCP) para producir microestructuras ferríticas o bainítico-ferríticas finas, según la velocidad de enfriamiento. Esto da como resultado una mayor resistencia a la fluencia, manteniendo una buena tenacidad.

Respuestas al tratamiento térmico: - Normalización: Ambos aceros responden a la normalización (calentamiento y posterior enfriamiento al aire) con un refinamiento del grano y una mayor tenacidad, pero la ruta TMCP del Q345R a menudo obvia la normalización por separado. Temple y revenido: No es habitual en ninguno de los grados en su forma de suministro estándar; el temple y revenido puede aumentar considerablemente la resistencia, pero modifica la tenacidad y requiere consideraciones de tratamiento térmico posterior a la soldadura. El SA516 se suele utilizar en estado laminado o normalizado para recipientes a presión. - Laminación termomecánica (TMCP): Común para el acero Q345R (y otros aceros HSLA) para lograr un alto límite elástico con buena tenacidad; esto da una microestructura refinada y un mayor límite elástico para un espesor determinado.

4. Propiedades mecánicas

Comportamiento mecánico representativo (rangos indicativos; verificar con los certificados de prueba del proveedor):

Propiedad	SA516 Gr60 (típico)	Q345R (típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	Moderado; rango típico ~410–520 MPa	De moderado a alto; rango típico ~470–630 MPa
Límite elástico (MPa)	Moderado; generalmente inferior a Q345R (depende del grosor).	Mayor; objetivo nominal ~345 MPa (según la designación del grado)
Alargamiento (A%)	Buena ductilidad; a menudo ≥20% (dependiendo del espesor)	Buena ductilidad; a menudo ≥17–22% (dependiendo del espesor)
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	Diseñado para una buena energía de impacto a temperaturas específicas (rendimiento de recipientes a presión).	Buena tenacidad, a menudo garantizada a temperaturas CVN específicas, pero depende del procesamiento.
Dureza (HBW)	Moderado (apto para conformado/soldadura)	De moderado a ligeramente superior (dependiendo del tratamiento térmico y la microaleación).

Explicación: - El acero Q345R apunta a un nivel de límite elástico más alto (por su convención de nombres y propósito de diseño), lo que normalmente permite secciones más ligeras para la misma carga, pero un límite elástico más alto puede significar menos margen para diseños sensibles a la ductilidad si no se verifica. - El SA516 Gr60 está formulado y a menudo certificado para servicio en recipientes a presión a temperaturas de impacto específicas, lo que brinda confianza en la tenacidad a la fractura para placas de espesor delgado a moderado utilizadas en calderas y recipientes de baja temperatura. Los valores reales varían según el espesor de la placa, el programa de laminación y el tratamiento térmico. Utilice siempre los certificados de fábrica y los ensayos de materiales para el diseño final.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del contenido de carbono, la templabilidad (Mn, Cr, Mo) y la microaleación. Dos índices empíricos útiles son el equivalente de carbono IIW y la fórmula Pcm:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ implican una soldabilidad más sencilla con menores requisitos de precalentamiento. Tanto el SA516 Gr60 como el Q345R están diseñados para soldarse mediante procesos comunes (SMAW, GMAW, SAW), pero sus parámetros difieren. - SA516 Gr60: Su contenido moderado de carbono y aleación controlada lo hacen fácilmente soldable para la fabricación de recipientes convencionales; se requiere atención al precalentamiento y al tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para secciones más gruesas o para servicio a baja temperatura para evitar el agrietamiento por hidrógeno y preservar la tenacidad. - Q345R: Su contenido ligeramente superior de manganeso y la posible microaleación aumentan ligeramente su templabilidad; en secciones más gruesas, puede ser necesario un precalentamiento y temperaturas controladas entre pasadas. El Q345R suele ser soldable, pero debe seguir las recomendaciones de soldadura y los procedimientos de cualificación GB/T. - En ambos casos, utilice procedimientos de soldadura calificados (WPS/PQR) y realice pruebas no destructivas posteriores a la soldadura y pruebas de impacto según el código de diseño.

6. Corrosión y protección de superficies

• Se trata de aceros no inoxidables; su resistencia intrínseca a la corrosión es limitada.
• Las protecciones estándar incluyen recubrimientos (epoxi, poliuretano), imprimaciones, sistemas de pintura y galvanizado en caliente (cuando corresponda). La selección depende del entorno de servicio (atmosférico, salpicaduras marinas, exposición a productos químicos).
• Los índices de acero inoxidable como PREN no son aplicables a SA516 Gr60 ni a Q345R porque son aceros al carbono/de baja aleación sin contenido de cromo. Para materiales inoxidables, el índice sería:

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

pero esto no es relevante para estas calificaciones.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se mecanizan y cortan mediante métodos térmicos (plasma, oxicorte) y mecánicos (serrado) estándar. La adherencia de la escoria y las propiedades de la ZAT requieren el tratamiento habitual posterior al corte.
• Doblado/Conformado: El acero SA516 Gr60 suele tener buena conformabilidad debido a su estructura de ferrita-perlita y se utiliza ampliamente en el conformado en frío para la fabricación de láminas. El acero Q345R, al ser un material de mayor límite elástico, puede ser menos tolerante a dobleces cerrados; la recuperación elástica y los radios de curvatura necesarios deben ajustarse a su mayor límite elástico y comportamiento de endurecimiento por deformación.
• Maquinabilidad: Ambos aceros presentan una maquinabilidad similar a la de los aceros al carbono típicos; el Q345R puede ser ligeramente más abrasivo según la aleación. Utilice las herramientas y avances adecuados; si se especifica, debe considerarse el precalentamiento para trabajos de fabricación pesados.
• Acabado superficial: La soldadura, el esmerilado y la limpieza posterior a la soldadura siguen las prácticas estándar de fabricación de recipientes; la eliminación de incrustaciones antes del recubrimiento es esencial.

8. Aplicaciones típicas

SA516 Gr60	Q345R
Carcasas y tapas de recipientes a presión para calderas, recipientes a presión media y tanques donde se requiere resistencia a bajas temperaturas.	Placas para recipientes a presión donde se requiere mayor rendimiento y menor peso; grandes recipientes a presión estructurales soldados en la práctica regional.
Tanques de almacenamiento y transporte que requieren cumplimiento de las especificaciones ASME/ASTM	Calderas y recipientes según la práctica GB/T; componentes estructurales donde un mayor rendimiento reduce las dimensiones de la sección
Servicio a baja temperatura y cíclico que requiere un rendimiento CVN demostrado	Aplicaciones estructurales y de presión generales donde se utilizan los beneficios de TMCP y HSLA

Justificación de la selección: - Elija SA516 Gr60 cuando el diseño haga hincapié en el rendimiento validado del recipiente a presión, los niveles de impacto Charpy especificados y la amplia aceptación en las jurisdicciones ASME/ASTM. - Elija Q345R cuando el proyecto se especifique según las normas chinas o cuando los diseñadores deseen un mayor rendimiento por espesor y una disponibilidad favorable en regiones donde predominan las normas GB/T.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero Q345R suele ser competitivo en precio o incluso más económico en regiones donde se fabrican productos GB/T en grandes volúmenes; un mayor rendimiento puede reducir el peso y el coste total del material. El acero SA516 Gr60 puede tener un precio superior en regiones donde se requieren placas y documentación con certificación ASME.
• Disponibilidad: El acero SA516 Gr60 está ampliamente disponible en todo el mundo donde se exige el cumplimiento del código ASME; el acero Q345R está ampliamente disponible en China y en cadenas de suministro orientadas a las normas GB/T. La disponibilidad de formatos (bobinas, placas, corte a medida) y espesores varía según la fábrica y la región.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	SA516 Gr60	Q345R
Soldabilidad	Bueno (diseñado para la fabricación de embarcaciones)	Buen potencial de endurecimiento, aunque ligeramente superior; consulte WPS.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Optimizado para la resistencia y ductilidad del recipiente	Mayor rendimiento; buena tenacidad cuando se utiliza TMCP/microaleación.
Costo / Disponibilidad	Común en los mercados de ASME; costo moderado	Suele ser de menor coste en los mercados GB/T; alta disponibilidad regional.

Recomendaciones: - Elija SA516 Gr60 si necesita una placa para recipientes a presión ASME/ASTM con un rendimiento de impacto Charpy documentado, un comportamiento probado en servicio a baja temperatura y una amplia aceptación de códigos para calderas y recipientes. - Elija Q345R si su proyecto sigue las normas GB/T o si necesita un límite elástico nominal más alto (345 MPa) para reducir el espesor/costo de la sección y puede calificar los procedimientos de soldadura y la tenacidad para el entorno de servicio previsto.

Nota final: Ambos materiales son aceros maduros y bien conocidos. La selección final del material debe basarse en el código de diseño aplicable, las propiedades mecánicas y de impacto requeridas a la temperatura de operación, las limitaciones de soldadura y fabricación, y las consideraciones de la cadena de suministro. Siempre verifique los datos químicos y mecánicos del certificado de fábrica y, cuando sea necesario, solicite pruebas específicas (tracción, CVN, validación del tratamiento térmico posterior a la soldadura) para garantizar su idoneidad para el servicio.