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

Introducción

SPHD y SPHE son dos grados de acero estructural laminado en caliente de uso común en ingeniería general, subcomponentes de automoción y componentes conformados en frío. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los equipos de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de coste, conformabilidad, soldabilidad y resistencia. Algunos contextos típicos de decisión incluyen la especificación de chapa o fleje para plegado y estampado en frío, la selección de placa para estructuras soldadas o la elección de material para piezas que requieren un tratamiento superficial posterior.

La principal diferencia práctica entre los aceros SPHD y SPHE radica en su comportamiento durante el conformado en frío: un grado se controla para ofrecer una resistencia superior al agrietamiento y un mejor desempeño en el doblado en frío y en los bordes, mientras que el otro se produce con objetivos de proceso ligeramente diferentes (límite elástico/resistencia y características superficiales) que pueden favorecer la capacidad de carga estructural o un menor costo. Dado que ambos son aceros de bajo carbono utilizados en formatos de suministro similares, se comparan habitualmente cuando la calidad de conformado frente al rendimiento mecánico es crucial.

1. Normas y designaciones

• JIS (Japón): SPHD y SPHE aparecen en las normas JIS para aceros laminados en caliente (aplicaciones estructurales/de forma generales).
• EN/Europeo: No existe un nombre europeo directo uno a uno; los aceros comparables se clasifican dentro de las categorías de productos EN 10025/EN 10111 para aceros estructurales no aleados o bajo EN 10111 para aceros laminados en frío, dependiendo del procesamiento.
• ASTM/ASME: Las designaciones de equivalencia directa no son estándar en ASTM; ASTM A1011/A1018 cubren clases similares de tiras/láminas de acero comerciales para productos laminados en caliente y en frío.
• GB (China): Las normas GB enumeran los aceros laminados en caliente comerciales con diferentes etiquetas; la equivalencia directa requiere una comparación química y mecánica.

Clasificación: Tanto el SPHD como el SPHE son aceros al carbono (de baja aleación, no inoxidables) que se utilizan principalmente como aceros estructurales/al carbono, en lugar de aceros aleados, para herramientas, inoxidables o HSLA. Están destinados al conformado y la fabricación en general, no a aplicaciones críticas a altas temperaturas o resistentes a la corrosión.

2. Composición química y estrategia de aleación

Nota: Los límites exactos dependen de la norma de emisión y de la forma del producto. La práctica comercial habitual del acero de bajo carbono laminado en caliente prioriza un contenido muy bajo de carbono, un contenido moderado de manganeso para mayor resistencia y un control estricto de la relación P/S para una buena conformabilidad.

Elemento	Rango o función típica (SPHD / SPHE)
C (carbono)	Muy bajo contenido de carbono para preservar la formabilidad; generalmente se controla a un máximo bajo (ambos grados son bajos en C).
Mn (manganeso)	Mn moderado para mayor resistencia y desoxidación; el SPHE puede tener un contenido de Mn ligeramente superior o más estrictamente controlado para obtener propiedades consistentes.
Si (silicio)	Pequeña adición como desoxidante; niveles traza típicos.
P (fósforo)	Controlados a valores máximos bajos para evitar fragilidad y mala conformabilidad.
S (azufre)	Se mantiene bajo; a veces incluso se limita más para mejorar la curvatura y la calidad de la superficie.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Generalmente ausente o en niveles ínfimos en ambos grados; si está presente, la microaleación es mínima.
N (nitrógeno)	Niveles bajos; no es un elemento de aleación de diseño para estos grados.

Cómo afecta la aleación al comportamiento: El carbono aumenta la resistencia y la templabilidad, pero reduce la ductilidad y el comportamiento en frío. Ambos grados mantienen un bajo contenido de carbono para favorecer el doblado y el embutido. - El manganeso aumenta la resistencia a la tracción y contribuye a la templabilidad; un mayor contenido de Mn mejora la resistencia, pero puede reducir la conformabilidad si es excesivo. - Las adiciones de microaleación muy pequeñas (Ti, Nb, V) pueden refinar el tamaño del grano y aumentar la resistencia con una mínima pérdida de ductilidad si se aplican termomecánicamente, pero los SPHD/SPHE son generalmente productos de carbono simple, por lo que la microaleación significativa no es típica.

Consulte la hoja de normas correspondiente para conocer los límites de composición oficiales; los fabricantes pueden publicar las composiciones químicas nominales exactas por lote de bobina o placa.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura típica: Tanto el acero SPHD como el SPHE, tras el laminado en caliente convencional y el enfriamiento al aire, presentan microestructuras de ferrita-perlita típicas de los aceros de bajo carbono: una matriz ferrítica con colonias de perlita aisladas. El tamaño de grano y la bandeación dependen del programa de laminado y la velocidad de enfriamiento.

Efectos del procesamiento: - Normalizado: Produce ferrita/perlita más fina y homogénea y puede aumentar ligeramente la resistencia y la tenacidad; no se aplica comúnmente a la chapa laminada en caliente comercial a menos que existan requisitos específicos. - Temple y revenido: No aplicable como método estándar para estos grados; no están diseñados para endurecerse mediante temple/revenido. Control termomecánico (laminación controlada): Si se aplica (más común en aleaciones de alta resistencia y baja aleación), refina el tamaño del grano y puede aumentar la resistencia manteniendo la ductilidad. En el caso de las aleaciones de alta resistencia y baja aleación, un control más estricto del proceso de laminación y enfriamiento puede generar una microestructura ligeramente más uniforme y un mejor rendimiento en el conformado en frío en comparación con las prácticas de laminación en caliente más básicas.

Implicaciones para la formación: Una ferrita más fina y uniforme, con menor fracción de perlita, generalmente mejora el comportamiento en el doblado en frío y reduce el riesgo de agrietamiento de los bordes. Los fabricantes de intercambiadores de calor de placas sólidas (SPHE) suelen centrarse en el control del proceso para obtener una microestructura tan favorable para aplicaciones de conformado.

4. Propiedades mecánicas

Los valores garantizados exactos se especifican en las normas y las especificaciones del comprador. A continuación se resumen las tendencias comparativas típicas.

Propiedad	SPHD (típico)	SPHE (típico)	Comentario
Resistencia a la tracción (Rm)	Moderado (apto para láminas estructurales)	Moderado a ligeramente superior o similarmente controlado	El SPHE se procesa a menudo para obtener valores de tracción consistentes con tolerancias más estrechas.
Límite elástico (Rp0.2)	Moderado	Moderado; puede ser ligeramente inferior para favorecer la conformabilidad en algunas líneas de productos.	Los fabricantes pueden controlar el rendimiento de cualquiera de los dos grados dependiendo del uso de conformado previsto.
Elongación (%)	Bien	Normalmente igual o mejor (mayor elongación posible)	El SPHE se especifica frecuentemente cuando se requiere una mayor elongación/conformabilidad en frío.
resistencia al impacto	Típico de los aceros ferríticos-perlíticos de bajo carbono	Comparable; puede mejorarse con un rodamiento controlado.	No es un factor diferenciador principal a temperatura ambiente a menos que se especifique lo contrario.
Dureza	Bajo–moderado	Bajo–moderado	Ambos son blandos en comparación con los aceros HSLA o los aceros aleados.

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil? Ninguno de los dos grados está diseñado para ser un acero de alta resistencia; las diferencias son sutiles. El SPHE se produce a menudo con procesos que priorizan la ductilidad y la elongación uniforme para el conformado en frío, por lo que suele ofrecer un mejor rendimiento en operaciones exigentes de doblado y conformado. El SPHD puede especificarse cuando se priorizan el rendimiento estructural estándar y el coste.

5. Soldabilidad

Ambos grados son fácilmente soldables mediante procesos de fusión convencionales; su bajo contenido de carbono y su aleación limitada hacen que los requisitos de precalentamiento/postcalentamiento sean mínimos en espesores típicos.

Índices útiles de soldabilidad: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 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: Los bajos valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican buena soldabilidad y bajo riesgo de fisuración en frío asistida por hidrógeno. Tanto el acero SPHD como el SPHE suelen presentar valores bajos para estos índices debido a su bajo contenido de carbono y aleación. Las diferencias en soldabilidad entre SPHD y SPHE son mínimas; sin embargo, las variaciones en azufre y residuos, la limpieza del acero y el estado de la superficie pueden influir en la calidad de la soldadura y requieren atención a los consumibles y parámetros de soldadura. - Si la aparición de grietas en los bordes durante el conformado en frío es una preocupación, elegir el grado con una conformabilidad en frío superior (comúnmente SPHE) puede reducir la necesidad de ajustes de conformado previos o posteriores a la soldadura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el SPHD como el SPHE son aceros al carbono no inoxidables y requieren protección superficial en ambientes corrosivos.
• Métodos de protección típicos: galvanizado en caliente, electrogalvanizado, recubrimientos de láminas de zinc, recubrimientos de zinc/escamas, pintura con pretratamiento adecuado o recubrimientos resistentes a la corrosión, según la exposición.
• El índice PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable porque se trata de aceros que no son inoxidables. A modo de comparación, el PREN se utiliza únicamente para aleaciones inoxidables. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Nota de selección: - Para servicio en exteriores o en ambientes corrosivos, especifique el tratamiento superficial y el sistema de recubrimiento; la selección del acero base entre SPHD y SPHE no proporciona diferencias intrínsecas en la resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y mecanizado: Ambos grados se mecanizan de forma similar a los aceros al carbono de baja dureza. Una menor dureza mejora la vida útil de la herramienta y la maquinabilidad. Los parámetros de lubricación y corte deben ajustarse a la complejidad y tolerancias de la pieza.
• Conformado en frío: Aquí es donde se aprecian las diferencias prácticas. El SPHE suele ofrecerse con un control más estricto de la química y el procesamiento para optimizar la capacidad de curvado, reducir la variación de la recuperación elástica y minimizar el agrietamiento de los bordes en radios pequeños. El SPHD ofrece un buen rendimiento para el curvado general, pero puede presentar una resistencia ligeramente menor a la fractura de los bordes al conformar radios pequeños.
• Embutición profunda/estampado: El SPHE se especifica más comúnmente para operaciones de embutición profunda y reducción severa del calibre debido a una mayor consistencia garantizada en la elongación y la formabilidad.
• Acabado superficial: Los grados SPHE destinados al conformado generalmente tienen controles de condición superficial más estrictos para evitar daños en las herramientas y el rechazo de las piezas.

Consejos prácticos: Para piezas estampadas o componentes con curvas cerradas, solicite datos de conformado al fabricante y considere realizar pruebas. Especifique los radios de expulsión, la preparación de bordes y la lubricación para obtener resultados óptimos.

8. Aplicaciones típicas

SPHD — Usos típicos	SPHE — Usos típicos
Fabricación general de chapa estructural y ligera donde la conformabilidad estándar y el coste son prioritarios.	Piezas de automoción conformadas en frío, componentes embutidos y aplicaciones que requieren un mejor rendimiento de los bordes doblados en frío.
Paneles de carrocería de bajo coste para operaciones de conformado no críticas	Piezas prensadas con radios reducidos o altos requisitos de estiramiento (por ejemplo, carcasas, soportes)
Estructuras soldadas donde la resistencia estándar es adecuada	Componentes que requieren una elongación y calidad superficial uniformes para el conformado de alto volumen

Justificación de la selección: - Elija SPHE cuando el rendimiento de conformado, la elongación constante y el riesgo reducido de agrietamiento de los bordes sean factores primordiales. - Elija SPHD cuando el costo y el rendimiento estructural general sean primordiales y la severidad de la formación sea moderada.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Ambos grados están disponibles comercialmente y son competitivos en precio. El SPHE puede tener un precio ligeramente superior en algunos mercados cuando las acerías aplican controles de proceso adicionales o tratamientos de calidad superficial destinados a mejorar el rendimiento de conformado.
• Disponibilidad según el formato del producto: Ambos se suministran habitualmente en forma de bobinas, láminas y flejes laminados en caliente. La disponibilidad depende de la cartera de productos de las fábricas y de la demanda regional; las cadenas de suministro del sector automotriz suelen generar mayores volúmenes de productos formulados con SPHE.
• Consejo de compras: Para programas de alto volumen, negocie los programas de laminación y solicite informes de pruebas de laminación certificados (MMTR) para asegurar la composición y las tolerancias mecánicas.

10. Resumen y recomendación

Atributo	SPHD	SPHE
Soldabilidad	Excelente (bajo contenido de carbono, baja aleación)	Excelente (bajo contenido de carbono, baja aleación)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Adecuado para uso estructural	Resistencia similar con una ductilidad/conformabilidad generalmente mejor.
Costo	Ligeramente más bajo en algunos mercados	Ligero recargo por calidad de procesamiento/conformado controlada

Recomendaciones: - Elija SPHE si: necesita un rendimiento superior en el conformado en frío, una mayor elongación garantizada, un control más preciso de las propiedades relacionadas con el conformado o un doblado frecuente de radios ajustados y un embutido profundo. - Elija SPHD si: su aplicación es la fabricación estructural general con conformado moderado, donde el costo y el rendimiento mecánico estándar son los criterios principales.

Nota final: Las diferencias entre SPHD y SPHE son sutiles y a menudo se deben a las tolerancias de fabricación y las especificaciones del fabricante, más que a diferencias químicas radicales. Solicite siempre la designación estándar exacta, los certificados del fabricante y los datos de conformado/soldadura del lote específico de bobina o lámina para confirmar su idoneidad para el proceso previsto.