StW22 frente a StW24: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros al carbono estructurales StW22 y StW24 son muy similares y se suelen utilizar para componentes conformados en frío y soldados en aplicaciones mecánicas y estructurales. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo sopesan las ventajas y desventajas de coste, resistencia, conformabilidad y soldabilidad. Las decisiones se toman típicamente en contextos como la selección de un grado para piezas embutidas, conjuntos soldados o elementos estructurales sometidos a cargas elevadas, donde los límites de conformado y los costes de postprocesamiento son importantes.

La principal diferencia entre StW22 y StW24 radica en su equilibrio mecánico: StW24 se formula y procesa para lograr una resistencia y templabilidad ligeramente superiores, mientras que StW22 está diseñado para proporcionar mayor ductilidad y capacidad de conformado por estiramiento. Dado que ambos grados ocupan posiciones adyacentes en la misma familia, la selección suele depender de si el proyecto prioriza una mayor elongación/conformabilidad o incrementos moderados en la resistencia con una manufacturabilidad similar.

1. Normas y designaciones

• Las normas típicas que incluyen designaciones del estilo «StW» son normas nacionales y regionales derivadas de antiguas convenciones de nomenclatura alemanas/DIN y sus equivalentes en EN/ISO y otros sistemas nacionales. Las especificaciones modernas pueden relacionar estas denominaciones antiguas con designaciones EN o ISO específicas; verifique siempre la edición exacta de la norma al adquirir material.
• Clasificación:
• StW22 — acero estructural de bajo carbono sin alear para conformado en frío (acero al carbono).
• StW24 — acero estructural de baja aleación o microaleado con una resistencia/templado ligeramente superior al StW22 (generalmente todavía se considera acero al carbono/de baja aleación).
• Nota: Para la adquisición de materiales, confirme la norma aplicable (p. ej., la ficha técnica del proveedor, el número de norma EN) en lugar de basarse únicamente en las denominaciones de grados anteriores. Algunas normas nacionales o fábricas pueden utilizar etiquetas similares con pequeñas diferencias en la composición o las propiedades.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume la estrategia de aleación habitual para los dos grados en términos cualitativos (presencia y función de los elementos, no valores exactos). Para una selección crítica del proyecto, solicite el certificado de fábrica para obtener valores precisos en porcentaje en peso.

Elemento	Propósito / Influencia	StW22 (típico)	StW24 (típico)
C (Carbono)	Compromiso entre resistencia, templabilidad y soldabilidad	Baja — optimizada para la conformabilidad	De bajo a ligeramente superior: aumenta modestamente la fuerza
Mn (manganeso)	Resistencia, desoxidación, templabilidad	Moderado	De moderado a ligeramente superior
Si (silicio)	Desoxidación; afecta la fuerza	Bajo (desoxidación)	Bajo (desoxidación)
P (Fósforo)	Impurezas: fragilización si son elevadas	bajo controlado	bajo controlado
S (Azufre)	Maquinabilidad (inclusiones de sulfuro) — reduce la tenacidad	Bajo	Bajo
Cr (Cromo)	Templabilidad, resistencia a la corrosión (menor a bajos niveles)	Rastro o nada	Traza a pequeñas adiciones para la endurecimiento
Ni (níquel)	Resistencia a bajas temperaturas (si la hubiera)	Generalmente no está presente	Puede estar presente en pequeñas cantidades en algunas variantes.
Mo (Molibdeno)	Endurecimiento	Generalmente ausente	Puede estar presente en niveles muy bajos en determinadas aleaciones microaleadas.
V, Nb, Ti (microaleación)	Refinamiento del grano, resistencia mediante precipitación	Normalmente mínimo	Puede incluir elementos de microaleación para aumentar la resistencia manteniendo la ductilidad.
B (Boro)	Endurecimiento (nivel de ppm)	No es típico	Posibles adiciones traza en algunos grados controlados
N (Nitrógeno)	Resistencia mediante nitruros; se necesita control.	bajo controlado	bajo controlado

Explicación: - Ambos grados son aceros de bajo carbono; su comportamiento mecánico se ajusta principalmente controlando los niveles de carbono y manganeso y mediante pequeñas cantidades de elementos de microaleación en el StW24 para aumentar la resistencia sin una pérdida excesiva de ductilidad. - La microaleación (V, Nb, Ti) es una estrategia común para aumentar la resistencia a la fluencia mediante el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano, en lugar de aumentar el carbono, lo que perjudicaría la soldabilidad y la conformabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas dependen de la ruta de procesamiento (laminado en caliente, laminado en frío, normalizado o laminado termomecánico):

• StW22:
• Estado laminado o recocido: principalmente ferrítico con islas perlíticas si hay presencia de carbono; predomina la ferrita fina debido al bajo contenido de carbono.
• Respuesta a la normalización: mezcla de ferrita-perlita más uniforme con granos ligeramente refinados; conserva una alta ductilidad.
• Temple y revenido: no se aplican comúnmente porque el grado está optimizado para la conformabilidad en lugar de para una alta resistencia al endurecimiento.

• Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): refina el tamaño del grano, mejorando la tenacidad sin perder ductilidad.

• StW24:

• En estado laminado: ferrita-perlita similar, pero con constituyentes de perlita o bainíticos ligeramente superiores si está microaleado o si las velocidades de enfriamiento son mayores.
• El tratamiento TMCP o microaleación da como resultado una matriz ferrítica de grano más fino con carburos/nitruros dispersos, lo que aumenta la resistencia a la fluencia y la templabilidad.
• El temple y revenido se puede utilizar en variantes seleccionadas para alcanzar clases de resistencia más altas, pero el StW24 comercial básico a menudo se suministra en condiciones de entrega laminado en caliente o laminado en frío.

Implicación práctica: La composición y el procesamiento del StW24 permiten aumentos modestos en la resistencia y la templabilidad con una complejidad de tratamiento térmico similar, mientras que el StW22 tiende a preservar la elongación y la capacidad de conformado.

4. Propiedades mecánicas

Debido a que los valores reales de las propiedades dependen de la química y el procesamiento exactos, la siguiente tabla presenta un comportamiento comparativo típico (cualitativo).

Propiedad	StW22 (típico)	StW24 (típico)
Resistencia a la tracción	Moderado	Un poco más alto
Resistencia a la fluencia	Moderado	Un poco más alto
Alargamiento (%)	Mayor — mejor ductilidad	Inferior a StW22 — elongación reducida
Dureza al impacto	Bueno (especialmente en estado recocido/normalizado)	Bien, depende del procesamiento; puede ser similar si se optimiza TMCP.
Dureza	Más bajo	Un poco más alto

Explicación: El acero StW24 está diseñado para proporcionar un ligero aumento en la resistencia a la tracción y al límite elástico, a menudo a costa de la elongación máxima. Este cambio neto es intencional para permitir secciones más ligeras o componentes más pequeños sin comprometer la facilidad de fabricación. - La resistencia al impacto a temperatura ambiente es generalmente aceptable para ambos materiales cuando se producen y procesan correctamente; la resistencia a bajas temperaturas debe ser confirmada por los informes de prueba del proveedor.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se ve influenciada por el contenido de carbono, los elementos que inducen la templabilidad y los residuos. Dos indicadores empíricos comunes son el equivalente de carbono IIW y la fórmula Pcm:

• Utilice el equivalente de carbono del IIW para una evaluación rápida: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

• Para secciones más gruesas y evaluación de la soldabilidad estructural: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - Ambos grados suelen tener bajo contenido de carbono y aleación controlada, lo que proporciona una soldabilidad favorable para los procedimientos comunes de soldadura por fusión y resistencia. - El StW22, con elementos inductores de endurecimiento ligeramente inferiores, generalmente ofrece una soldadura más fácil con requisitos mínimos de precalentamiento y menor riesgo de agrietamiento en frío. El acero StW24, debido a su contenido ligeramente superior de manganeso y a la posible microaleación, puede presentar una mayor templabilidad; para secciones gruesas o uniones con alta restricción, se recomienda el precalentamiento o un aporte térmico controlado. Siga las instrucciones del proveedor sobre el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura, y verifique el control del hidrógeno y la selección de consumibles. - Recomendación práctica: en caso de duda, realice pruebas de soldadura y consulte los datos de soldabilidad del fabricante y los cálculos CE/Pcm utilizando los datos de composición reales del certificado.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos grados no son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es típica de los aceros al carbono comunes.
• Métodos de protección estándar:
• Galvanizado en caliente para exposición estructural a la intemperie.
• Recubrimientos orgánicos (imprimaciones y capas de acabado) para entornos estéticos y con corrosión moderada.
• Recubrimientos de conversión protectores y protección catódica cuando corresponda.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a los aceros estructurales que no sean inoxidables, pero a modo de referencia: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Este índice se aplica a las familias de aceros inoxidables (austeníticos/dúplex), no a los aceros StW.
• Para ambientes atmosféricos o ligeramente corrosivos, la selección depende de la clase de exposición y el costo del ciclo de vida: la galvanización o la pintura suelen ser suficientes; para la exposición marina o química, se debe seleccionar un grado de acero inoxidable o una protección adicional.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formabilidad:
• StW22: rendimiento superior en el estirado y embutición profunda debido a su mayor elongación; preferido para formas complejas y operaciones de conformado severas.
• StW24: capaz de conformarse pero con una capacidad de deformación verdadera más limitada; la recuperación elástica puede ser diferente debido a un mayor límite elástico.
• Maquinabilidad:
• Ambos tipos de acero son generalmente mecanizables en estado recocido o normalizado. La resistencia ligeramente superior del StW24 puede aumentar el desgaste de la herramienta y requerir mayores fuerzas de corte.
• Las variantes sulfuradas de fácil corte constituyen una familia de productos diferente; los grados StW estándar priorizan la conformación sobre los aditivos de maquinabilidad.
• Refinamiento:
• La calidad superficial, el decapado/limpieza y la adherencia de cualquier recubrimiento requieren la misma atención para ambos grados. El tratamiento térmico o el trabajo en frío pueden afectar la dureza y, por lo tanto, los parámetros de acabado.

8. Aplicaciones típicas

StW22 — Usos típicos	StW24 — Usos típicos
Componentes embutidos, paneles interiores para automóviles, piezas estructurales ligeras prensadas	Elementos estructurales de servicio ligero a medio, componentes del chasis, soportes donde una mayor resistencia reduce el espesor de la sección
Perfiles tubulares para construcciones ligeras donde se requiere alta conformabilidad	Conjuntos soldados y piezas fabricadas que requieren un ligero aumento de resistencia sin perder su soldabilidad.
Piezas que requieren un doblado y estiramiento exhaustivos	Piezas que se benefician del procesamiento TMCP o microaleado para combinar resistencia con una ductilidad aceptable.

Justificación de la selección: - Elija StW22 cuando la complejidad del conformado y la elongación sean críticas y los niveles de carga sean moderados. - Elija StW24 cuando necesite reducir la sección transversal o la masa para una carga determinada, y cuando los requisitos de conformado sean de moderados a leves.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero StW24 suele ser ligeramente más caro que el StW22 debido a un control químico más estricto y a la posibilidad de microaleación o procesamiento TMCP. El coste adicional varía según la planta, el volumen del pedido y el tipo de producto.
• Disponibilidad: Ambos grados se ofrecen habitualmente en forma de bobinas/láminas laminadas en caliente y en frío, así como en placas estructurales, por parte de los principales proveedores. La disponibilidad en formatos estandarizados exactos depende de las cadenas de suministro regionales y de si se especifican equivalentes modernos de las normas EN/ISO; consulte los plazos de entrega para espesores y acabados superficiales específicos.

10. Resumen y recomendación

Métrico	StW22	StW24
Soldabilidad	Excelente — muy bueno para soldadura común sin precauciones especiales	Muy bueno; puede requerir atención en secciones gruesas debido a una templabilidad ligeramente superior.
Equilibrio entre resistencia y tenacidad	Menor resistencia, mayor elongación y conformabilidad	Mayor resistencia con una ligera reducción del alargamiento; tenacidad comparable si se procesa correctamente.
Costo	Más bajo	Un poco más alto

Elija StW22 si: - Su diseño requiere máxima conformabilidad, embutición profunda o procesos complejos de doblado y estiramiento. - Los ensamblajes soldados son sencillos y usted prefiere una soldadura más fácil con un precalentamiento mínimo. - Se prioriza la sensibilidad al coste y la facilidad de fabricación sobre un ligero aumento de la resistencia.

Elija StW24 si: - Se necesita un ligero aumento de la resistencia a la tracción y del límite elástico para reducir el tamaño de la sección o lograr un ahorro de peso. - Los requisitos de fabricación y conformado son moderados y pueden tolerar una elongación ligeramente reducida. - Se acepta un coste de material ligeramente superior a cambio de un mayor potencial de resistencia en relación al peso.

Nota final: Verifique siempre la certificación química y mecánica exacta del fabricante para el lote que piensa utilizar. Pequeñas diferencias en la composición y los procesos de fabricación (recocido, normalizado, TMCP) tienen efectos significativos en el conformado, la soldadura y el rendimiento en servicio; en caso de duda, solicite muestras para ensayos de conformado, soldadura y mecánicos antes de iniciar la producción a gran escala.