St13 vs St14 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros St13 y St14 son aceros estructurales de bajo carbono, estrechamente relacionados y comúnmente utilizados para chapa, fleje y piezas conformadas en frío. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas e inconvenientes del coste, la conformabilidad y la resistencia al elegir entre estos dos grados para componentes estampados, estructuras soldadas o paneles estructurales en general. Entre las decisiones típicas se incluyen la elección de un grado para embutición profunda frente a uno optimizado para la resistencia estructural básica, o la selección de un material que equilibre la facilidad de fabricación con la capacidad de alcanzar las propiedades mecánicas requeridas tras el procesamiento.

La principal diferencia técnica entre ambos grados radica en que uno ha sido diseñado para ofrecer una mejor conformabilidad en operaciones comunes de trabajo en frío, mientras que el otro representa la opción más tradicional de bajo carbono y uso general. Debido a la similitud en su composición química y procesos de fabricación, ambos grados se comparan frecuentemente durante la selección de materiales para operaciones de fabricación donde el rendimiento de conformado, la soldabilidad y el costo son factores cruciales.

1. Normas y designaciones

• Entre los estándares y sistemas de designación comunes en la industria se incluyen:
• ASTM / ASME (Estados Unidos)
• EN (Europeo)
• JIS (Normas industriales japonesas)
• GB (normas nacionales chinas)
• Especificaciones de molino nacionales y propias
• Clasificación:
• St13 — Acero al carbono (acero estructural/en flejes de bajo carbono)
• St14 — Acero al carbono (acero estructural/de fleje de bajo carbono, procesado para mejorar su conformabilidad)
• Nota: El prefijo «St» aparece en ciertas nomenclaturas regionales y de proveedores para aceros estructurales. La correspondencia exacta con los números de catálogo ASTM/EN/JIS/GB depende de la norma o el certificado de fábrica; los usuarios siempre deben solicitar a los proveedores la designación de la norma específica y el certificado químico/mecánico.

2. Composición química y estrategia de aleación

• En lugar de citar porcentajes exactos (que varían según la norma y la fábrica), la tabla siguiente resume la estrategia de aleación típica y la presencia relativa de elementos clave para cada grado.

Elemento	St13 (estrategia típica)	St14 (estrategia típica)
C (Carbono)	Bajo contenido de carbono (nivel estructural general)	Bajas emisiones de carbono, a menudo con un objetivo ligeramente inferior o estrictamente controlado para favorecer la ductilidad.
Mn (manganeso)	Presente como principal elemento de fuerza/procesamiento (moderado)	Controlado; puede ajustarse para favorecer la conformabilidad sin sacrificar la resistencia.
Si (silicio)	Adición de desoxidante en pequeñas cantidades (trazas-bajas)	Controlado, a menudo minimizado para mejorar la calidad de la superficie y la conformabilidad.
P (Fósforo)	Mantenido bajo (límite de impurezas residuales)	Igualmente baja; un control estricto puede mejorar la ductilidad.
S (Azufre)	Baja; ocasionalmente controlada para maquinabilidad	Se mantuvo bajo para evitar la fragilidad durante el proceso de formación.
Cr, Ni, Mo	Normalmente no se añade intencionadamente	Normalmente ausente o presente solo como impurezas traza
V, Nb, Ti	No es típico de la microaleación intencional.	Puede estar presente en cantidades controladas y muy pequeñas en algunas variantes para controlar el tamaño del grano.
B	No es típico	No es típico
N (Nitrógeno)	Rastro	Traza; controlada en algunas rutas de producción para gestionar el comportamiento de la precipitación

Explicación: Ambos grados son esencialmente aceros de bajo carbono. La estrategia de aleación para el grado enfocado en la conformabilidad se centra en un control más estricto del carbono y los intersticiales, ajustes en Mn y Si, y un control preciso de la limpieza para producir una microestructura y una condición superficial que faciliten el conformado en frío. La microaleación (Nb, Ti, V) no es una característica definitoria de ninguno de los dos grados, pero, cuando se utiliza, se introduce para controlar el tamaño de grano y la tenacidad, en lugar de para aumentar la templabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - St13: Microestructura predominantemente ferrita-perlita después del laminado en caliente convencional y enfriamiento por aire; granos de ferrita relativamente gruesos dependiendo de la práctica de laminado y enrollado. - St14: Base de ferrita-perlita similar, pero producida con un control más estricto del enfriamiento y, en algunas prácticas de molienda, un procesamiento termomecánico para refinar la estructura del grano y producir una matriz de ferrita más uniforme y fina que mejora la ductilidad.

Respuestas al tratamiento térmico y al procesamiento: - Recocido/Recristalización: Ambos grados responden al recocido con un ablandamiento y una mayor ductilidad. El St14 se beneficia más visiblemente de los ciclos de recocido controlados que reducen las tensiones residuales y mejoran la capacidad de embutición. - Normalización: Aumenta la resistencia de forma moderada al refinar el tamaño del grano; se aplica con menos frecuencia a láminas, pero puede utilizarse para productos de mayor resistencia. - Revenido después del temple: No es típico para estos grados de chapa de bajo carbono; el temple y revenido es una opción para aceros de alta resistencia, pero innecesario para aplicaciones generales de St13/St14. - Laminación termomecánica: Cuando se implementa, puede producir un tamaño de grano más fino y una mejor conformabilidad para las variantes St14 sin una gran pérdida de resistencia.

Las decisiones de procesamiento (temperatura de bobinado, reducción por pasada, velocidad de enfriamiento) influyen tanto como la composición química nominal en la determinación de la microestructura final y el comportamiento de conformado.

4. Propiedades mecánicas

• En lugar de números fijos (que varían según el espesor, el temple y la norma), la comparación que se presenta a continuación es cualitativa y refleja el comportamiento típico en productos laminados en caliente o laminados en frío y recocidos.

Propiedad	St13 (típico)	St14 (típico)
Resistencia a la tracción	Moderado (nivel estándar bajo en carbono)	Comparable o ligeramente inferior en estado recocido para favorecer la ductilidad
límite elástico	Moderado	Ligeramente más bajo en muchos templetes de laminación para aumentar la conformabilidad
Alargamiento (uniforme/total)	Bien	Mejorada (mayor elongación y conformabilidad local)
Tenacidad al impacto	Adecuado a temperatura ambiente	Comparable; posible mejora de la tenacidad gracias a una microestructura más fina.
Dureza	De bajo a moderado	De baja a moderada dureza — similar, pero la condición de suministro tiende a ser más blanda para el conformado.

Interpretación: El acero St14 se ajusta generalmente para proporcionar mayor ductilidad y mejor comportamiento ante estiramientos y flexiones en operaciones de conformado, lo cual se logra a menudo mediante un control más estricto de la composición y un procesamiento optimizado en laminación. Esto puede resultar en una ligera reducción de los valores de límite elástico y resistencia a la tracción en estado de suministro, pero permite una mayor absorción de deformaciones durante el estampado o el embutido profundo. Si se requiere mayor resistencia después del conformado, se debe considerar la conversión mediante un procesamiento adecuado o la selección de variantes de mayor resistencia.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad de los aceros de bajo carbono se centran en el contenido de carbono, la templabilidad y la aleación residual. Evaluación cualitativa típica: - Tanto el St13 como el St14 se sueldan fácilmente mediante métodos comunes de fusión y resistencia debido a su bajo contenido de carbono y a su mínima aleación de endurecimiento. - Cuando existe microaleación o se utiliza un mayor contenido de Mn, la zona afectada por el calor (ZAC) puede presentar una mayor templabilidad; pueden ser necesarios controles del procedimiento de soldadura. - El uso de precalentamiento/postcalentamiento y el control del aporte térmico deben basarse en el espesor del componente y el diseño de la unión, no simplemente en la denominación del grado.

Índices útiles de soldabilidad (solo para interpretación): - Mostrar ejemplo de equivalente de carbono: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Otro índice: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretación: Valores más bajos de estos índices predicen un menor riesgo de dureza en la ZAT y fisuración en frío. Dado que ambos grados son de bajo carbono y baja aleación, los valores de carbono equivalente calculados generalmente serán bajos, lo que indica una buena soldabilidad. Si una variante del proceso St14 utiliza microaleación para refinar los granos, el procedimiento de soldadura debe considerar el posible endurecimiento localizado.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el St13 ni el St14 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos y húmedos es similar y moderada.
• Estrategias comunes de protección:
• Galvanizado en caliente o electrogalvanizado para exteriores o ambientes ligeramente corrosivos.
• Recubrimientos orgánicos: imprimaciones, pinturas y recubrimientos en polvo para protección decorativa y de barrera.
• Recubrimientos de conversión (fosfato) para la adherencia de la pintura y la protección temporal antes del conformado o la soldadura.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable a estos grados no inoxidables, pero, a modo de referencia, el PREN para aceros inoxidables viene dado por: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota: El estado y la limpieza de la superficie son fundamentales para la conformabilidad; algunos procesos de recubrimiento pueden reducir la conformabilidad o provocar el agrietamiento de los recubrimientos durante el proceso de conformado; elija recubrimientos compatibles con las operaciones de conformado previstas.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Ambos grados se mecanizan fácilmente; el St14 puede ser ligeramente más fácil de mecanizar en ciertas condiciones de trabajo en frío debido a su menor resistencia en estado recocido. Los aditivos de azufre que mejoran la maquinabilidad no suelen formar parte de estos grados.
• Conformado y doblado:
• El acero St14 está diseñado para una mejor conformabilidad (embudos más profundos, radios de curvatura más ajustados y mejor rendimiento de las bridas de estiramiento) gracias a un control más preciso de los intersticiales y la microestructura.
• El acero St13 funciona bien para el conformado general, pero puede requerir radios de curvatura mayores o profundidades de embutición menores para una fiabilidad equivalente.
• Acabado superficial y manipulación de bobinas: Las variantes de St14 destinadas al conformado a menudo tienen temple de fábrica y condiciones superficiales que reducen el rayado y aumentan la lubricidad uniforme durante el estampado.

8. Aplicaciones típicas

St13 — Usos típicos	St14 — Usos típicos
Paneles estructurales generales (conformabilidad no crítica)	Piezas embutidas: utensilios de cocina, paneles interiores de automóviles
Fabricaciones soldadas sencillas y elementos estructurales ligeros	Componentes estampados complejos que requieren alta resistencia (paneles de puertas, depósitos de combustible)
Perfiles conformados en frío donde la ductilidad estándar es suficiente.	Componentes que se someterán a flexión, dobladillo o estiramiento severos
Aplicaciones económicas de chapa metálica	Piezas conformadas de alto volumen donde se necesitan tasas de rechazo reducidas

Criterios de selección: elegir la calidad cuya capacidad de conformado, postprocesamiento requerido y costo se ajusten al diseño del producto. Si el diseño exige una deformación plástica severa durante la fabricación, la calidad orientada a la conformabilidad suele reducir el desgaste de las herramientas y el rechazo de piezas.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Ambos grados son de bajo coste en comparación con los aceros aleados o de alta resistencia. El grado con conformabilidad optimizada puede tener un precio ligeramente superior debido a un procesamiento y control de calidad más estrictos.
• Disponibilidad: Ampliamente disponible en láminas, bobinas y longitudes cortadas a medida en acerías y distribuidores regionales. Los templetes y acabados superficiales específicos (p. ej., embutición profunda, embutición profunda con acabado de acabado) pueden tener plazos de entrega; el departamento de compras debe especificar el temple, el estado superficial y los requisitos de certificación.

10. Resumen y recomendación

Métrico	St13	St14
Soldabilidad	Muy bien	Muy bien
equilibrio entre resistencia y tenacidad	balance estándar bajo en carbono	Equilibrio similar; optimizado para la ductilidad
Costo	Inferior / línea base	Ligera prima en algunos temperamentos
Formabilidad	Bien	Mejorado (diseñado para mayores tensiones de formación)

Elige St13 si: - Su aplicación se refiere a estructuras generales de chapa o fabricaciones soldadas donde el rendimiento estándar de bajo carbono es suficiente. La minimización de costes es una prioridad y las operaciones de formación son de severidad moderada. - Para piezas con una complejidad de conformado moderada, se necesita un acero de uso general y ampliamente disponible.

Elige St14 si: - El proceso de fabricación incluye embutición profunda, dobleces cerrados, dobladillos u otras operaciones de conformado en frío de alta tensión. - La reducción de los índices de rechazo y la mejora del comportamiento de la superficie durante el proceso de conformado son fundamentales para la eficiencia de la producción. - Prefieres temple controlado por fábrica y acabados superficiales optimizados para el conformado, incluso con un pequeño sobrecoste.

Nota final: Solicite siempre el certificado de ensayo de fábrica y confirme con los proveedores los rangos químicos y mecánicos exactos, el estado de la superficie y el temple. Para componentes críticos soldados o con gran grado de conformado, realice ensayos de proceso con la bobina y el temple especificados, actualice las especificaciones del procedimiento de soldadura según sea necesario y considere realizar ensayos de conformado para validar el rendimiento del troquel y las propiedades finales de la pieza.