SD390 vs SD490 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros SD390 y SD490 son dos grados de acero estructural de alta resistencia ampliamente utilizados en la construcción, barras de refuerzo y algunos elementos estructurales conformados en frío. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción se enfrentan con frecuencia al dilema de elegir entre estos grados: equilibrar la mayor resistencia con la soldabilidad, la ductilidad, el coste de fabricación y la disponibilidad. Las decisiones típicas incluyen si especificar el mayor límite elástico para reducir las dimensiones y el peso de las secciones, o priorizar una mejor soldabilidad y conformabilidad para una fabricación compleja.

La principal diferencia entre ambos aceros radica en su límite elástico mínimo: el SD390 se especifica para una clase de fluencia de 390 MPa y el SD490 para una de 490 MPa, según la normativa japonesa. Dado que ambos aceros están destinados principalmente a aplicaciones estructurales de acero al carbono/HSLA, y no a aceros inoxidables o para herramientas, suelen compararse cuando los diseñadores deben seleccionar un nivel de resistencia sin recurrir a las categorías de aleaciones o aceros inoxidables.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes en las que aparecen o se hace referencia a las calificaciones de la serie SD:
• Las calidades JIS (Normas Industriales Japonesas) – SD se asocian comúnmente con las designaciones JIS para aceros de refuerzo y estructurales.
• Las normas GB/T (normas nacionales chinas) y otras normas regionales a veces utilizan una nomenclatura similar de clases de resistencia para barras de refuerzo y aceros estructurales.
• EN y ASTM no utilizan el prefijo SD directamente, pero tienen grados de clase de resistencia análogos (por ejemplo, S355, equivalentes de barras de refuerzo GRADE 50).
• Clasificación metalúrgica:
• SD390: Acero estructural/HSLA de bajo a medio carbono (carbono/HSLA).
• SD490: Acero estructural/HSLA de bajo a medio carbono (alta resistencia al carbono/HSLA).
• Ninguno de los dos grados es un acero inoxidable, para herramientas o de alta aleación; son típicamente aceros al carbono simples modificados mediante química controlada y, a menudo, microaleación y procesamiento termomecánico para lograr las propiedades deseadas.

2. Composición química y estrategia de aleación

Nota: Los límites y composiciones químicas exactas varían según la edición de la norma y el proveedor. La tabla a continuación resume las características químicas típicas que se encuentran en las fichas técnicas de los proveedores de aceros estructurales de la serie SD. Para aplicaciones críticas, siempre confirme la composición con los certificados de fábrica.

Elemento	Contenido típico en SD390	Contenido típico en SD490
C (carbono)	Bajo contenido de carbono, controlado para mejorar la soldabilidad (típico: ≤ ~0,25%).	Bajo contenido de carbono, a menudo controlado de forma similar (típico: ≤ ~0,22%).
Mn (manganeso)	Niveles medios de resistencia y templabilidad (rango típico)	De intensidad media a ligeramente superior para mayor resistencia.
Si (silicio)	Pequeñas cantidades (desoxidación; ~0,1–0,6%)	Niveles similares a los de SD390
P (fósforo)	Se mantiene bajo para mayor resistencia (trazas; por ejemplo, ≤ ~0,04–0,05%).	Manteniéndose bajo
S (azufre)	Se mantiene bajo para favorecer la ductilidad/maquinabilidad (trazas; por ejemplo, ≤ ~0,04–0,05%).	Manteniéndose bajo
Cr, Ni, Mo	Generalmente mínimo o en trazas; presente solo si es necesario para mezclas específicas.	En algunos molinos puede haber pequeñas adiciones para alcanzar una mayor resistencia sin un exceso de carbono.
V, Nb, Ti (microaleación)	Suele estar presente en cantidades mínimas o trazas para refinar el grano y mejorar la resistencia/tenacidad.	Se utiliza frecuentemente para aumentar la resistencia a la fluencia mediante el fortalecimiento por precipitación.
B, N	Niveles de trazas controlados para evitar fragilidad; N controlado para tenacidad.	Las mismas consideraciones son aplicables.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad si se eleva en exceso. - El manganeso contribuye a la resistencia y la tenacidad; también aumenta la templabilidad. - El silicio es un desoxidante y contribuye a la resistencia; un exceso de Si puede dañar ciertos recubrimientos. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) permiten obtener mayores límites elásticos mediante el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano, con solo pequeñas reducciones en la soldabilidad en comparación con el aumento del carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica: Tanto el SD390 como el SD490 se fabrican para producir ferrita-perlita o ferrita de grano fino con perlita dispersa y/o precipitados de microaleación. El laminado termomecánico (laminado controlado) y el enfriamiento acelerado producen estructuras ferríticas/perlíticas de grano fino o de tipo bainítico, dependiendo de la velocidad de enfriamiento y la composición química.
• SD390: Con objetivos de resistencia más bajos, la microestructura suele ser ferrita-perlita con un tamaño de grano controlado para una buena ductilidad y tenacidad en condiciones ambientales.
• SD490: Para lograr valores de rendimiento más altos, los fabricantes a menudo recurren a una combinación de un contenido ligeramente mayor de Mn y microaleación, además de un procesamiento termomecánico para producir una microestructura más fina y un fortalecimiento por precipitación; algunos productos comerciales pueden tener bainita transicional o perlita más fina.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Normalización/refinamiento: Ambos grados responden a la normalización o al laminado controlado con un refinamiento del grano y una mayor tenacidad.
• Temple y revenido: No se suele aplicar a los aceros deformados tal como se suministran y que se utilizan en barras de refuerzo o perfiles estructurales estándar; el temple y revenido pueden aumentar la resistencia y adaptar la tenacidad, pero modifican el coste y la disponibilidad.
• Procesamiento termomecánico: Vía común para lograr la resistencia de clase SD490 sin aumentar significativamente el carbono, preservando una mejor soldabilidad que los enfoques que aumentan el carbono.

4. Propiedades mecánicas

La principal característica mecánica es el límite elástico mínimo. Otras propiedades mecánicas dependen en gran medida del procesamiento, la forma del producto y la temperatura de ensayo. La tabla siguiente muestra los valores mínimos típicos o estandarizados, cuando corresponda, y los rangos habituales.

Propiedad	SD390 (típico/mínimo)	SD490 (típico/mínimo)
Límite elástico mínimo (MPa)	~390 MPa (clase de diseño)	~490 MPa (clase de diseño)
Resistencia a la tracción (MPa)	El rango típico depende del procesamiento (a menudo entre 520 y 680 MPa).	El rango típico depende del procesamiento (a menudo entre 560 y 760 MPa).
Alargamiento (Lo = calibre especificado)	Moderado (generalmente ≥10–18% dependiendo de la sección y el estándar)	Normalmente inferior a SD390 en formas de productos similares (generalmente ≥8–16%).
Resistencia al impacto	Funciona bien a temperatura ambiente cuando el grano está refinado; varía con el grosor de la sección.	Puede ser beneficioso si se procesa termomecánicamente y se microalea; puede requerir un control más estricto a bajas temperaturas.
Dureza	Moderado (depende de la tensión)	Superior a SD390 para formas comparables

¿Cuál es más fuerte, más resistente o más dúctil? - Resistencia: SD490 > SD390 por diseño (mayor límite elástico y generalmente mayor resistencia a la tracción). - Ductilidad/tenacidad: SD390 generalmente ofrece mayor ductilidad y puede mostrar mejor tenacidad a bajas temperaturas en formas de producto equivalentes, a menos que SD490 se procese específicamente para mejorar la tenacidad (por ejemplo, mediante un tratamiento térmico de contacto con el material y un uso cuidadoso de microaleaciones). - Compensación: Lograr la resistencia de clase SD490 sin comprometer la tenacidad generalmente requiere microaleación y procesamiento controlado en lugar de simplemente agregar carbono.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un factor de selección crítico. Entre las consideraciones clave se incluyen el equivalente de carbono y la presencia de elementos que aumentan la templabilidad.

Fórmulas predictivas útiles (interpretación cualitativa; no sustituyen la cualificación del procedimiento de soldadura): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM para la evaluación 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: - Valores más altos de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ indican un mayor riesgo de zonas afectadas por el calor de la soldadura duras y quebradizas y una mayor necesidad de precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas o tratamiento térmico posterior a la soldadura. El acero SD490, debido a su mayor resistencia y, a menudo, a su mayor contenido de aleación o microaleación, tiende a tener una mayor templabilidad que el SD390 para niveles de carbono similares. Por lo tanto, los productos SD490 pueden requerir procedimientos de soldadura más cuidadosos (precalentamiento, control de la entrada de calor, consumibles cualificados), especialmente en secciones más gruesas. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) aumentan el fortalecimiento por precipitación, pero también pueden aumentar la templabilidad; un control cuidadoso del aporte de calor mitiga la dureza de la ZAT.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el SD390 como el SD490 son aceros al carbono/HSLA no inoxidables y no ofrecen una resistencia a la corrosión inherente mayor que la del acero al carbono común.
• Métodos de protección comunes:
• Galvanizado en caliente para una protección atmosférica a largo plazo.
• Imprimaciones y recubrimientos epoxi o ricos en zinc para entornos agresivos.
• Sistemas de pintura y protección catódica cuando corresponda.
• El índice PREN no se aplica a estos aceros no inoxidables. A modo de referencia, el índice PREN para aleaciones inoxidables es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero esto no se aplica a los aceros al carbono de la serie SD.
• Orientación para la selección: Si la resistencia a la corrosión es un factor primordial, considere especificar recubrimientos protectores o cambiar a una aleación resistente a la corrosión en lugar de confiar en SD390/SD490.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad/flexión:
• En general, el SD390 ofrece una mejor capacidad de doblado y conformado para una forma de producto determinada debido a su menor límite elástico y mayor ductilidad.
• La SD490 requiere un control más preciso de los radios de curvatura, fuerzas de recuperación elástica potencialmente mayores y una planificación del proceso más cuidadosa durante el conformado en frío.
• Maquinabilidad:
• Ambos materiales son fácilmente mecanizables con las herramientas adecuadas; el SD490 puede ser algo más abrasivo o más difícil de mecanizar a niveles de resistencia más altos.
• Corte y soldadura:
• Es posible que la SD490 requiera fuerzas más elevadas para el cizallamiento y parámetros de corte/soldadura más robustos.
• Acabado superficial:
• Ambos admiten operaciones de acabado comunes; las variantes microaleadas de alta resistencia pueden mostrar respuestas de rectificado/pulido ligeramente diferentes.

8. Aplicaciones típicas

SD390 – Usos típicos	SD490 – Usos típicos
Barras y mallas de refuerzo para hormigón donde la resistencia estándar es suficiente	Barras de refuerzo y componentes estructurales donde una mayor resistencia a la fluencia reduce el tamaño de la sección
Elementos estructurales en edificios con cargas estándar donde se prioriza la ductilidad y la facilidad de soldadura.	Puentes, secciones estructurales de alta resistencia y proyectos donde la reducción de peso es fundamental.
Perfiles conformados en frío y aplicaciones estructurales generales donde el conformado y el doblado son frecuentes.	Aplicaciones que requieren una mayor capacidad de carga por sección transversal, o donde los códigos de diseño exigen grados de resistencia más elevados.
Fabricación que prioriza la soldabilidad y los bajos requisitos de precalentamiento	Fabricación donde el procesamiento termomecánico avanzado proporciona mayor resistencia y una tenacidad aceptable.

Justificación de la selección: - Elija SD390 cuando se priorice la complejidad de fabricación, la alta ductilidad y la facilidad de soldadura, y cuando la clase de 390 MPa cumpla con los requisitos estructurales. - Elija SD490 cuando el diseño requiera una mayor resistencia a la fluencia para reducir el espesor de la sección o cuando las especificaciones del proyecto requieran una clase superior, siempre que los equipos de adquisición y fabricación puedan gestionar las implicaciones de soldadura/conformado.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El SD490 suele tener un coste unitario superior al del SD390 debido a un procesamiento adicional (TMCP, microaleación, controles más estrictos) y, en ocasiones, a volúmenes de producción menores. Sin embargo, el coste del material por elemento puede compensarse con un menor peso o secciones más pequeñas.
• Disponibilidad: El acero SD390 suele estar más disponible en diversos formatos (barras de refuerzo, barras, ciertos perfiles estructurales). La disponibilidad del acero SD490 depende de la demanda del mercado regional y de la capacidad de producción de las fábricas; suele estar disponible para barras de refuerzo y ciertos perfiles estructurales, pero puede tener plazos de entrega o requisitos mínimos de pedido.
• Formato del producto: Ambos grados se venden comúnmente como barras de refuerzo, barras comerciales y, a veces, como perfiles laminados en caliente; consulte los inventarios y las certificaciones de las fábricas locales.

10. Resumen y recomendación

Atributo	SD390	SD490
Soldabilidad	Mejor (menor CE)	Aceptable, pero requiere mayor control.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad para uso general	Mayor resistencia; la tenacidad depende del procesamiento.
Costo	Inferior (base material)	Mayor (procesamiento y controles más estrictos)

Recomendación: - Elija SD390 si: - Las cargas de diseño pueden cumplirse con un material de límite elástico de ~390 MPa. - La facilidad de soldadura y conformado, así como una mayor ductilidad, son prioritarias. - Prefieres una mayor disponibilidad y un menor coste de los materiales. - Elija SD490 si: La optimización estructural exige una mayor resistencia a la fluencia para reducir el tamaño de las secciones o el peso. - El proyecto tolera controles de fabricación más estrictos (soldadura, doblado) o el proveedor proporciona un producto TMCP/microaleado con resistencia comprobada. - Ustedes cuentan con procedimientos de soldadura calificados y fabricantes experimentados para gestionar las preocupaciones relacionadas con las zonas afectadas por el calor.

Nota final: Las clases SD390 y SD490 son útiles dentro de la familia de aceros estructurales al carbono/HSLA. La elección correcta depende de una evaluación integral de los requisitos estructurales, la capacidad de fabricación, los procedimientos de soldadura, las necesidades de recubrimiento y el costo total del proyecto. Para proyectos críticos, siempre obtenga los certificados de fábrica, las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) y, si es necesario, consulte con los productores de acero para seleccionar la composición química y el proceso exactos que proporcionen el equilibrio requerido entre resistencia y tenacidad.