SAE1010 vs SAE1020 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros SAE1010 y SAE1020 son dos aceros de bajo carbono de uso común en aplicaciones de fabricación, mecanizado y estructuras. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen elegir entre ellos al buscar un equilibrio entre resistencia, ductilidad, conformabilidad, coste y procesos posteriores como la soldadura o el endurecimiento superficial. Las decisiones típicas incluyen priorizar una mayor facilidad de conformado y soldabilidad (menor contenido de carbono) frente a una mayor resistencia y resistencia al desgaste (mayor contenido de carbono), o si la pieza recibirá un tratamiento de endurecimiento superficial o permanecerá en su estado laminado/recocido.

La diferencia fundamental entre estos grados es el contenido de carbono: el SAE1010 contiene sustancialmente menos carbono que el SAE1020. Ese único cambio en la composición modifica el equilibrio de la microestructura, las propiedades mecánicas y las respuestas al procesamiento; de ahí su frecuente comparación directa en las decisiones de diseño y fabricación.

1. Normas y designaciones

• SAE/AISI: SAE1010, SAE1020 (comúnmente referenciados como AISI 1010 / 1020 en literatura antigua).
• ASTM/ASME: Estos aceros están cubiertos por especificaciones generales de productos de acero al carbono (por ejemplo, ASTM A1008 para laminado en frío, ASTM A1011 para bobina laminada en caliente y varias especificaciones estructurales/de producto según la forma del producto).
• EN: Comparable a los aceros de bajo carbono de la serie EN 1.03xx (por ejemplo, 1.0337 se aproxima a 1010; 1.0332/1.0422 pueden ser comparables para las variantes 1020; los equivalentes exactos dependen de las especificaciones y tolerancias del producto).
• JIS/GB: Existen equivalentes locales para los grados de acero dulce de bajo carbono; deben coincidir con los requisitos químicos y mecánicos en lugar del nombre del grado.
• Clasificación: Ambos son aceros al carbono (no aleados, no inoxidables). No son aceros HSLA, para herramientas ni inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	SAE1010 (rango típico, % en peso)	SAE1020 (rango típico, % en peso)
C (Carbono)	0,08 – 0,13	0,18 – 0,23
Mn (manganeso)	0,30 – 0,60	0,30 – 0,60
Si (silicio)	≤ 0,30	≤ 0,30
P (Fósforo)	≤ 0,04	≤ 0,04
S (Azufre)	≤ 0,05	≤ 0,05
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Normalmente ≤ 0,03 (trazas o ausente)	Normalmente ≤ 0,03 (trazas o ausente)

Notas: Estas son bandas de composición representativas para aceros SAE 1010 y SAE 1020 comunes, producidos para estampado, conformado y mecanizado en general. Las composiciones químicas específicas de cada producto —por ejemplo, para variantes laminadas en frío, estiradas en frío o cementadas— pueden tener límites más estrictos o modificados. La estrategia de aleación para ambos grados es intencionadamente mínima: el carbono ajusta la resistencia y la templabilidad; el manganeso se mantiene para favorecer la resistencia y la desoxidación; el silicio, el fósforo y el azufre se controlan para la procesabilidad.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: factor determinante de la resistencia y la dureza (más carbono → mayor resistencia/dureza, menor ductilidad, mayor templabilidad). - Manganeso: aumenta la resistencia, mejora la templabilidad y la desoxidación; el exceso de Mn aumenta el CE y afecta la soldabilidad. - Silicio: aumenta moderadamente la resistencia y actúa como desoxidante. - La presencia de trazas de microaleación (si las hubiera) puede influir en el tamaño del grano y la tenacidad, pero no es característica del acero estándar 1010/1020.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - SAE1010: En estado recocido o normalizado, esta aleación se compone principalmente de ferrita con una pequeña fracción de perlita. Su bajo contenido en carbono produce una matriz ferrítica predominantemente blanda y dúctil, con un refuerzo perlítico limitado. - SAE1020: Contiene una fracción de perlita mayor que el 1010 bajo historias térmicas similares (recocido/normalizado), lo que produce una microestructura más fuerte pero menos dúctil: ferrita + más perlita.

Respuestas al tratamiento térmico y al procesamiento: - Recocido/Normalizado: Ambos procesos responden de manera similar: el recocido suaviza y mejora la ductilidad; el normalizado refina ligeramente la estructura del grano, pero la templabilidad sigue siendo baja. Temple y revenido: Ambos presentan baja templabilidad y no se pueden templar completamente de forma efectiva en secciones de tamaño estándar. El mayor contenido de carbono en el acero 1020 permite obtener una dureza ligeramente superior tras el temple y revenido en comparación con el acero 1010, pero ninguno de los dos grados es ideal cuando se requiere un endurecimiento completo. - Carburización/Endurecimiento superficial: Los aceros de bajo carbono como el 1010 y el 1020 pueden endurecerse superficialmente (carburizarse) para proporcionar una superficie de desgaste dura con un núcleo dúctil; el 1020 recibe carburización con mayor frecuencia porque su mayor contenido de carbono base permite una mejor resistencia del núcleo después del procesamiento. - Procesamiento termomecánico y trabajo en frío: El trabajo en frío aumenta la densidad de dislocación y la resistencia a la tracción/fluencia en ambos casos; el acero 1010 generalmente acepta mayor deformación antes de agrietarse.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Rangos típicos de propiedades mecánicas para condiciones recocidas/normalizadas (bandas representativas; las propiedades varían según la forma del producto y el procesamiento térmico/mecánico).

Propiedad	SAE1010 (típico, recocido/normalizado)	SAE1020 (típico, recocido/normalizado)
Resistencia a la tracción (MPa)	~300 – 450	~400 – 550
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	~180 – 350	~250 – 400
Alargamiento (% en 50 mm o 2 pulgadas)	~30 – 40	~20 – 30
Resistencia al impacto (Charpy V, cualitativa)	Generalmente mayor a bajas temperaturas (más dúctil)	Inferior a 1010 en condiciones similares (un mayor contenido de perlita reduce la tenacidad).
Dureza (HB)	~70 – 120	~100 – 160

Interpretación: El acero SAE1020 suele ser más resistente y alcanza mayor dureza debido a su mayor contenido de perlita, resultado de su mayor nivel de carbono. El SAE1010 es más dúctil y presenta mejor conformabilidad y resistencia al impacto en diversas condiciones de mecanizado. El equilibrio exacto entre ambas depende en gran medida del procesamiento (trabajo en frío, tratamiento térmico, endurecimiento superficial).

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del contenido de carbono y de la templabilidad efectiva. El uso de fórmulas de carbono equivalente proporciona una indicación cualitativa de la soldabilidad.

Expresiones comunes de equivalencia de carbono: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro compuesto de soldadura internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El bajo contenido absoluto de carbono en 1010 da un $CE_{IIW}$ y un $P_{cm}$ menores que en 1020, lo que indica una mejor soldabilidad intrínseca y un menor riesgo de martensita frágil en las zonas afectadas por el calor de la soldadura (ZAC). - El SAE1020, con mayor contenido de carbono, aumenta la templabilidad de forma moderada y, por lo tanto, incrementa el riesgo de endurecimiento de la ZAT y de agrietamiento en frío bajo restricción o procedimientos de precalentamiento/postcalentamiento inadecuados. Ambos grados se clasifican como fácilmente soldables con procesos de soldadura comunes (MIG, TIG, SMAW) siempre que se observen las precauciones estándar. Para el grado 1020, se puede utilizar precalentamiento o un aporte de calor controlado en secciones gruesas o cuando exista una alta restricción. - La selección del metal de aporte y el tratamiento térmico posterior a la soldadura deben basarse en la geometría de la pieza, las restricciones y los requisitos de servicio, en lugar de basarse únicamente en la denominación del grado.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el SAE1010 ni el SAE1020 son inoxidables; ambos son propensos a la corrosión atmosférica general y requieren protección superficial en ambientes corrosivos.
• Estrategias de protección comunes: galvanizado en caliente, electrodeposición, recubrimientos de conversión, recubrimientos orgánicos (pinturas, recubrimientos en polvo) y sellado en ambiente controlado. La selección depende del entorno de servicio y del coste del ciclo de vida.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable a los aceros al carbono simples; la fórmula del PREN es la siguiente: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ es relevante para las aleaciones inoxidables y no debe utilizarse para evaluar los aceros al carbono 10xx.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: El SAE1010, con menor contenido de carbono y una matriz ferrítica más blanda, es más fácil de doblar, estampar y conformar en frío, con menor recuperación elástica y menor riesgo de agrietamiento. El SAE1020 es menos conformable y puede requerir radios de curvatura mayores o recocido intermedio para conformados severos.
• Maquinabilidad: Un mayor contenido de carbono generalmente mejora la vida útil de la herramienta hasta cierto punto, ya que los materiales más duros se cortan de manera diferente; sin embargo, la resistencia y dureza ligeramente superiores del 1020 pueden aumentar las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta en comparación con el 1010. Para el mecanizado de alto volumen, las herramientas y los avances deben optimizarse según la condición específica del producto (recocido frente a estirado en frío).
• Acabado superficial: Ambos tipos admiten operaciones de acabado estándar (rectificado, pulido, cromado). El endurecimiento superficial (carburización) es una opción atractiva cuando se requiere una superficie dura y un núcleo dúctil; el acero 1020 suele presentar un núcleo ligeramente más resistente tras el proceso que el acero 1010.

8. Aplicaciones típicas

SAE1010 – Usos típicos	SAE1020 – Usos típicos
Piezas conformadas en frío, componentes embutidos, piezas estampadas pequeñas, productos de alambre, remaches y piezas estructurales de baja resistencia donde se requiere alta ductilidad y conformabilidad.	Ejes, pasadores, ejes, engranajes (de baja carga), elementos de fijación, espárragos, piezas mecanizadas de uso general, piezas en bruto cementadas para cementación.
Componentes decorativos o pintados con carga mecánica limitada	Piezas que requieren mayor resistencia o mejor resistencia al desgaste en estado de mecanizado o después del endurecimiento superficial.
Conjuntos fabricados con soldadura extensa donde se desea la máxima soldabilidad	Componentes que serán sometidos a un proceso de endurecimiento superficial (carburización) para obtener resistencia al desgaste con un núcleo más resistente.

Justificación de la selección: Elija el acero 1010 cuando la conformación, la trabajabilidad en frío o la máxima soldabilidad en secciones delgadas sean primordiales. Minimiza el riesgo de agrietamiento y simplifica la fabricación. - Elija 1020 cuando la resistencia del material base y la resistencia al desgaste (o la eficacia del endurecimiento superficial) sean más importantes y se acepte un esfuerzo de mecanizado adicional moderado o un control del tratamiento térmico.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: Ambos grados son aceros de bajo carbono de producción estándar y se fabrican en grandes volúmenes. Las diferencias de precio son mínimas y se deben principalmente a las fluctuaciones del mercado, más que al costo intrínseco del grado. El SAE1020 puede tener un ligero sobreprecio en algunos productos debido a su contenido ligeramente mayor de carbono y al procesamiento para obtener productos de mayor resistencia, pero esto generalmente no es significativo.
• Disponibilidad: Ambos productos están ampliamente disponibles en formatos laminados en caliente, laminados en frío, estirados en frío, en placas, barras y bobinas. El suministro regional depende de las líneas de producción y los estándares de las fábricas; el departamento de compras debe especificar los requisitos exactos de composición química y propiedades mecánicas para evitar discrepancias.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa/relativa):

Característica	SAE1010	SAE1020
Soldabilidad	Excelente (CE más bajo)	Muy bueno (CE superior a 1010; en algunos casos se recomienda precalentar)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor resistencia, mayor ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia, menor ductilidad (más perlita)
Costo	Muy similar; en términos generales, precios de materias primas	Muy similar; ligeramente superior en algunas formas de suministro

Recomendaciones: - Elija SAE1010 si: La pieza requiere un proceso extenso de conformado en frío, embutición profunda o altos niveles de ductilidad. - La simplicidad en la soldadura y la minimización del riesgo de endurecimiento de la ZAT son una prioridad. - No se requiere dureza superficial, o la pieza se unirá/acabará en lugar de estar sujeta a desgaste.

• Elija SAE1020 si:
• Se necesita una mayor resistencia del material base y una mayor resistencia al desgaste en la condición mecanizada.
• La pieza está diseñada para endurecimiento superficial (carburización) o para un desgaste superficial moderado con un núcleo dúctil.
• Para este diseño se aceptan una rigidez ligeramente mayor y una elongación reducida.

Nota final: La elección entre SAE1010 y SAE1020 debe basarse en las propiedades mecánicas especificadas en la forma del producto requerida y el proceso de fabricación previsto (conformado, soldadura, tratamiento térmico). Cuando los márgenes de rendimiento sean ajustados, solicite certificados de fábrica con los resultados exactos de las pruebas químicas y mecánicas, y considere la posibilidad de realizar una fabricación de prueba para validar el comportamiento en el conformado, la soldadura y el acabado del grado elegido.