SPHC frente a SPHD: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

SPHC y SPHD son dos grados de acero laminado en caliente designados por JIS, comúnmente especificados en chapa y fleje para operaciones estructurales y de conformado. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción frecuentemente deben elegir entre ellos al equilibrar costos, conformabilidad y requisitos de procesamiento posteriores. Las decisiones típicas incluyen priorizar el rendimiento en embutición profunda y la alta calidad superficial (piezas que requieren conformado intensivo) frente a aplicaciones estructurales generales donde el costo y la disponibilidad son factores clave.

La principal diferencia radica en que el acero SPHD se produce y especifica para ofrecer una mejor capacidad de embutición y conformado en comparación con el acero SPHC, que es un acero laminado en caliente comercial de uso general. Dado que ambos se utilizan para familias de piezas similares, la comparación directa es frecuente en las revisiones de diseño y las especificaciones de adquisición.

1. Normas y designaciones

• JIS (Normas Industriales Japonesas):
• SPHC — Planchas, láminas y flejes de acero laminado en caliente para conformado general (calidad comercial).
• SPHD — Planchas, chapas y flejes de acero laminado en caliente para embutición (conformabilidad mejorada).
• ASTM/ASME: No existe un equivalente directo uno a uno de ASTM; los análogos más cercanos son los aceros dulces laminados en caliente genéricos cubiertos por las familias ASTM A1011 / A1008 (calidad comercial vs calidad de embutición), pero las diferencias de especificación varían según la composición química y las tolerancias permitidas.
• EN: La familia EN 10025 cubre los aceros estructurales y otras normas EN cubren los grados de embutición/embutición profunda; la equivalencia requiere verificar la composición química y las propiedades mecánicas caso por caso.
• GB (China): Los aceros comerciales y de estirado laminados en caliente chinos (por ejemplo, la serie Q235 para grados generales) pueden cumplir funciones similares, pero no son equivalentes directos sin una comparación cruzada.

Clasificación: Tanto el SPHC como el SPHD son aceros al carbono (de bajo carbono), no aceros aleados, para herramientas, inoxidables ni HSLA. Algunas variantes de fábrica pueden incluir elementos de microaleación en cantidades mínimas para el control de propiedades, pero ambos son principalmente aceros laminados en caliente de bajo carbono.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	SPHC (típico)	SPHD (típico)
do	Bajo contenido de carbono; optimizado para conformado general y soldabilidad.	Menor contenido de carbono que el SPHC (objetivo: mejorar la formabilidad y reducir la tendencia al envejecimiento por deformación).
Minnesota	Mn en cantidades pequeñas a moderadas para el control de la resistencia y la desoxidación.	Estrategia similar para el Mn; controlada para equilibrar resistencia y ductilidad.
Si	Presente como desoxidante; niveles bajos.	Bajo contenido de silicio para evitar defectos superficiales durante el embutido profundo.
PAG	Se mantiene bajo (control de impurezas) para preservar la resistencia y la calidad de la superficie.	Controlado a niveles igualmente bajos; es posible un control más estricto para chapas de embutición profunda.
S	Se mantuvo al mínimo; el control del azufre es importante para la superficie y la conformabilidad.	A menudo se utiliza un contenido de azufre libre inferior al de SPHC para evitar defectos de costura/escamas durante el estirado.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti	Normalmente están ausentes o presentes solo como adiciones traza/microaleantes en algunos grados específicos de cada fábrica.	Generalmente ausentes; cuando están presentes, se minimizan para mantener una buena formabilidad.
B	No es típico; solo se registra si se utiliza para la endurecimiento en variantes especializadas.	No es típico.
norte	Nitrógeno residual; a veces se controla estrictamente en los grados de estirado para mejorar la conformabilidad.	A menudo, el control del nitrógeno residual/inferior es más estricto para mejorar el rendimiento del embutido profundo.

Notas: La tabla muestra la estrategia de composición cualitativa en lugar de límites específicos de porcentaje en peso. Ambos grados son intencionalmente de baja aleación y bajo contenido de carbono; SPHD hace mayor hincapié en minimizar los elementos e impurezas que degradan la calidad superficial y la conformabilidad (P, S, N libre y alto contenido de C).

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. Un menor contenido de carbono en el SPHD mejora la conformabilidad. - El manganeso aumenta la resistencia y la templabilidad y ayuda a la desoxidación; un exceso de Mn puede reducir ligeramente la conformabilidad. - El silicio se utiliza para la desoxidación; un alto contenido de Si puede reducir la calidad de la superficie y la capacidad de recubrimiento. - La microaleación (V, Nb, Ti), cuando está presente en pequeñas cantidades, puede refinar el tamaño del grano y aumentar la resistencia sin grandes pérdidas de ductilidad, pero dichos elementos generalmente se evitan para grados de embutición profunda.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - SPHC: Microestructura ferrita-perlita producida mediante laminación en caliente y enfriamiento controlado. El tamaño de grano y la fracción de perlita dependen de la velocidad de enfriamiento; generalmente se logra un equilibrio para obtener una resistencia y ductilidad moderadas. - SPHD: También ferrita-perlita, pero con un control de proceso ajustado para producir un tamaño de grano de ferrita más fino y una fracción de perlita más baja (o un espaciado lamelar más fino) para mejorar la formabilidad y la elongación uniforme.

Tratamiento térmico y procesamiento: Ambos grados se suministran normalmente laminados en caliente. No están diseñados para el tratamiento de temple y revenido típico de los aceros estructurales de alta resistencia. - El proceso de normalización puede refinar el tamaño del grano y aumentar modestamente la resistencia y la tenacidad en ambos grados, pero rara vez se aplica al acero SPHD porque puede alterar la formabilidad. - El procesamiento termomecánico controlado (TMCP) no es típico para los productos básicos SPHC/SPHD, aunque algunas fábricas pueden aplicar laminación controlada y enfriamiento acelerado para lograr rangos de propiedades más estrechos. - El trabajo en frío (por ejemplo, decapado, laminado de piel) afecta el acabado superficial y las propiedades mecánicas; el SPHD a menudo recibe un procesamiento superficial más riguroso para aplicaciones de embutición.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	SPHC	SPHD	Notas
Resistencia a la tracción	Gama media (laminado en caliente comercial)	Similar o ligeramente inferior para favorecer la conformabilidad	Los valores reales dependen del espesor y del proceso de fabricación.
Resistencia a la fluencia	Moderado	Similar o ligeramente inferior	El SPHD puede tener un límite elástico menor o una relación límite elástico/tracción más uniforme para facilitar el estirado.
Alargamiento	Adecuado para la formación general	Mayor elongación y mejor elongación uniforme	SPHD optimizado para una mayor elongación total y uniforme durante el embutido profundo.
Resistencia al impacto	Típico de los aceros laminados en caliente de bajo carbono; no optimizado específicamente.	Similar, pero no un enfoque de diseño principal.	Normalmente no se especifica para láminas delgadas; depende del espesor y la microestructura.
Dureza	Modesto (de suave a moderado)	Comparable o ligeramente inferior	Una menor dureza suele correlacionarse con un mejor rendimiento en el embutido profundo.

Explicación: El SPHD se formula y procesa para lograr una ductilidad superior y un comportamiento de conformado uniforme; el SPHC destaca por su amplia aplicabilidad y competitividad en costos. Los valores de las pruebas mecánicas dependen del espesor y del molino; cuando se requieren valores exactos, consulte la certificación del molino o las tablas JIS para el lote específico.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros laminados en caliente de bajo carbono suele ser buena, pero depende del contenido de carbono, la aleación y los niveles de impurezas. A continuación se muestran dos índices de soldabilidad de uso común.

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Índice internacional/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: - Tanto el SPHC como el SPHD son de bajo carbono y, por lo tanto, generalmente fáciles de soldar con procesos comunes (MIG/MAG, SMAW, TIG). - El menor contenido de carbono y el control más estricto de las impurezas del SPHD a menudo lo hacen un poco más tolerante durante la soldadura (menor susceptibilidad al agrietamiento en frío y menor tendencia a formar microestructuras duras en la ZAT). - La microaleación en algunas variantes (Nb, V, Ti) puede aumentar marginalmente $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ y puede requerir precalentamiento o temperaturas entre pasadas controladas para secciones más gruesas. - Para fabricaciones críticas, siga los certificados de fábrica del fabricante y las pautas de tratamiento térmico previo y posterior a la soldadura, y realice un control de hidrógeno, especialmente en secciones más gruesas y soldaduras multicapa.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el SPHC ni el SPHD son inoxidables; su resistencia a la corrosión es la del acero al carbono común y debe gestionarse durante su vida útil.
• Medidas de protección típicas:
• Galvanizado en caliente para protección contra la corrosión atmosférica.
• Electrogalvanizado, recubrimiento de bobinas o pintura para mejorar la estética y la resistencia a la corrosión.
• Aplicar recubrimientos de conversión (fosfatado) antes de pintar o moldear para mejorar la adherencia.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) se aplica a los grados de acero inoxidable y no es relevante para SPHC o SPHD, pero a modo de referencia: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no es aplicable a estos aceros que no son inoxidables.

Al especificar el acabado superficial y la protección, considere los daños inducidos por el conformado en los recubrimientos: para el embutido profundo (SPHD), seleccione recubrimientos y pretratamientos diseñados para el conformado de alta tensión para evitar el agrietamiento o la delaminación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Se utilizan plasma, láser o cizallado mecánico. Ambos grados se cortan con facilidad; la mejor calidad superficial del SPHD puede reducir el acabado secundario.
• Doblado y conformado: SPHD supera a SPHC en embutición profunda y conformado de alta deformación debido a su menor contenido de carbono, un control de impurezas más estricto y un acabado superficial mecanizado; normalmente tolera radios de curvatura más pequeños y geometrías más complejas sin agrietarse.
• Maquinabilidad: Ambos grados son mecanizables como aceros dulces; la maquinabilidad depende principalmente del carbono, las adiciones de azufre (variantes de fácil mecanizado) y la dureza. Los aceros SPHC y SPHD no están optimizados para operaciones de fácil mecanizado.
• Acabado: La calidad de la superficie es más uniforme en SPHD; SPHC puede presentar más incrustaciones e irregularidades superficiales que requieren decapado/granallado para obtener acabados críticos.

8. Aplicaciones típicas

Usos de SPHC	SPHD utiliza
Paneles estructurales generales, soportes, piezas estampadas básicas, componentes del chasis no críticos	Paneles interiores de automóviles, utensilios de cocina embutidos, tapas de latas de bebidas y alimentos (cuando corresponda), piezas de carrocería de automóviles sometidas a un proceso intensivo de embutición
Estructuras soldadas de uso general, marcos estructurales ligeros	Componentes que requieren una alta capacidad de conformado, una elevada elongación uniforme y una mejor integridad superficial después del conformado.
Recintos de bajo coste, contenedores industriales	Piezas estampadas de alta calidad donde la consistencia superficial y dimensional es fundamental.

Justificación de la selección: - Utilice SPHC cuando el costo, la amplia disponibilidad y un rendimiento de conformado aceptable sean suficientes. - Utilice SPHD cuando los diseños requieran alta capacidad de embutición, control preciso de la superficie u operaciones de conformado más severas.

9. Costo y disponibilidad

• La chapa laminada en caliente SPHC suele ser la opción más económica y disponible en diferentes rangos de espesor y centros de servicio.
• El SPHD tiene un precio ligeramente superior debido a un control químico y de superficie más preciso, y puede tener una oferta más limitada en ciertas regiones o espesores.
• Formatos del producto: bobinas, láminas y piezas troqueladas; ambos se producen comúnmente en bobinas. Para la fabricación justo a tiempo, confirme las existencias y los plazos de entrega locales de SPHD, ya que plazos de entrega más largos pueden contrarrestar las ventajas del material.

10. Resumen y recomendación

Atributo	SPHC	SPHD
Soldabilidad	Bien	Ligeramente mejor (menor contenido de carbono/impurezas)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Adecuado para uso general	Comparable, optimizado para una mayor ductilidad
Costo	Menor (producto básico)	Prima superior (grado de dibujo)

Recomendaciones: - Elija SPHC si necesita un acero laminado en caliente económico y fácilmente disponible para componentes estructurales generales, soldados o ligeramente formados donde no se requiere una formabilidad extrema. - Elija SPHD si su aplicación requiere un rendimiento superior en el embutido profundo, una mayor elongación uniforme y una calidad superficial más precisa después del conformado (por ejemplo, paneles interiores de automóviles, piezas estampadas complejas), y está dispuesto a aceptar un pequeño sobreprecio del material y plazos de entrega potencialmente más largos.

Nota final: Confirme siempre los certificados químicos y mecánicos exactos de la fábrica para el lote que piensa utilizar. Dado que tanto el SPHC como el SPHD se definen según el proceso y las prácticas de la fábrica, y no según la composición química de la aleación, las propiedades pueden variar según el proveedor y el espesor. La selección del material debe combinar la revisión de especificaciones, ensayos de conformado y la colaboración con el proveedor para garantizar un comportamiento óptimo en la producción.