SUP9 vs SUP10 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros SUP9 y SUP10 son grados de acero al carbono estructural estrechamente relacionados, frecuentemente considerados en la fabricación pesada, componentes de maquinaria y piezas tratadas térmicamente. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas entre soldabilidad, tenacidad, maquinabilidad y resistencia alcanzable al elegir entre ellos. La principal diferencia práctica radica en un aumento moderado y deliberado del contenido de carbono en el SUP10 en comparación con el SUP9, lo que mejora su templabilidad y resistencia a costa de cierta ductilidad y soldabilidad. Estos dos grados se comparan a menudo cuando los diseñadores deben equilibrar la capacidad de carga y la resistencia al desgaste de los componentes con la facilidad de fabricación y el costo del tratamiento térmico.

1. Normas y designaciones

• Normas típicas donde aparecen familias de grados similares: ASTM/ASME (aceros al carbono y de baja aleación), EN (aceros estructurales y templados europeos), JIS (normas industriales japonesas), GB/T (normas chinas).
• Clasificación: Tanto SUP9 como SUP10 son aceros al carbono o de baja aleación no inoxidables (no aceros para herramientas ni aceros inoxidables austeníticos). Generalmente se clasifican como aceros al carbono o de baja aleación destinados a piezas que pueden normalizarse, templarse y revenirse, o someterse a otros tratamientos térmicos para controlar su resistencia y tenacidad. No son aceros inoxidables con alto contenido de níquel ni aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) con microaleación significativa por defecto, aunque algunas variantes de fábrica pueden incluir adiciones de microaleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	SUP9 (estrategia típica)	SUP10 (estrategia típica)
C (Carbono)	Menor contenido de carbono en comparación con el SUP10; diseñado para lograr un equilibrio entre tenacidad y soldabilidad.	Mayor contenido de carbono que el SUP9 para aumentar la resistencia y la templabilidad.
Mn (manganeso)	Moderado — desoxidante y potenciador	Similar o ligeramente ajustado para mantener la templabilidad y la resistencia.
Si (silicio)	Desoxidante; normalmente de bajo a moderado	Similar — principalmente función de desoxidación
P (Fósforo)	Nivel de impurezas bajo y controlado	Nivel de impurezas bajo y controlado
S (Azufre)	Se mantiene bajo; las adiciones de sulfuro para facilitar el mecanizado pueden estar presentes en variantes de fácil mecanizado.	Se mantuvo bajo; enfoque similar
Cr (Cromo)	A menudo mínima o ausente; cuando está presente, en pequeñas cantidades para facilitar la endurecimiento.	Puede contener pequeñas cantidades similares; no es una aleación de refuerzo principal.
Ni (níquel)	Generalmente ausente o casi inexistente.	Generalmente ausente o casi inexistente.
Mo (Molibdeno)	Normalmente, si acaso, se utilizan trazas; se emplean para aumentar la templabilidad en variantes aleadas.	Podría estar presente en pequeñas cantidades en algunos proveedores para aumentar la endurecimiento.
V, Nb, Ti (Microaleación)	A menudo no se especifica; puede estar presente en variantes microaleadas.	Posibles adiciones de bajo nivel en algunas variantes para refinar el grano y mejorar la tenacidad.
B (Boro)	No se suele especificar	No se suele especificar
N (Nitrógeno)	Bajo; controlado	Bajo; controlado

Notas: En lugar de introducir cambios radicales en la aleación, el diseño del SUP10 se centra en aumentar el contenido de carbono para incrementar la dureza y la resistencia a la tracción tras el tratamiento térmico, manteniendo una composición relativamente simple. El manganeso (Mn) y el silicio (Si) se utilizan convencionalmente para la desoxidación y el control de la resistencia. En productos laminados específicos, puede aplicarse microaleación (vanadio, niobio, titanio) para ajustar la tenacidad sin un exceso de carbono.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: determinante principal de la dureza y la fracción de martensita templada; un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. - Manganeso y molibdeno: aumentan la templabilidad y la resistencia; moderan la sensibilidad a la velocidad de enfriamiento. - Elementos de microaleación (V, Nb, Ti): refinan el grano, aumentan el fortalecimiento por precipitación y pueden mejorar la tenacidad sin grandes aumentos de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - SUP9 (menor contenido de carbono): en estado normalizado, tiende a formar una matriz de ferrita-perlita con perlita relativamente más gruesa, dependiendo del enfriamiento. Tras el temple y revenido, se espera una microestructura de martensita/bainita revenida con niveles de endurecimiento moderados. - SUP10 (mayor contenido de carbono): mayor cantidad de perlita en estado laminado o normalizado; al enfriarse, se forma una mayor proporción de martensita a velocidades de enfriamiento comparables, lo que produce mayor dureza y resistencia.

Rutas de tratamiento térmico: - Normalización: refina el grano y produce ferrita-perlita; el mayor contenido de carbono del SUP10 produce una estructura normalizada más dura que el SUP9 para la misma trayectoria de enfriamiento. Temple y revenido: ambas calidades responden formando martensita durante el enfriamiento rápido. La aleación SUP10 alcanza una mayor dureza tras el temple y requiere programas de revenido que reduzcan la fragilidad, manteniendo una mayor resistencia. Las fórmulas de revenido deben considerar un mayor contenido de carbono para evitar zonas de fragilización por revenido. El procesamiento termomecánico (TMCP), mediante laminación controlada o enfriamiento acelerado, permite obtener mezclas finas de ferrita bainítica o martensítica. Las variantes microaleadas de cualquiera de estos grados pueden presentar mayor tenacidad con tamaños de grano más finos.

Implicaciones metalúrgicas: - Un mayor contenido de carbono aumenta la sensibilidad a la temperatura de Ms (inicio de la martensita) y eleva la dureza potencial después del temple, pero también aumenta el riesgo de microestructuras martensíticas frágiles si el revenido es inadecuado. - Los elementos de aleación que aumentan la templabilidad (Mn, Mo) reducen la necesidad de un enfriamiento extremadamente rápido, pero deben equilibrarse para mantener la soldabilidad.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	SUP9 (expectativa general)	SUP10 (expectativa general)
Resistencia a la tracción	Moderado — buen equilibrio con la ductilidad	Mayor — mayor capacidad de tracción máxima tras el tratamiento térmico
límite elástico	Moderado	Más alto
Alargamiento (ductilidad)	Mayor ductilidad en comparación con SUP10	Menor elongación debido al aumento de la fracción de carbono y martensita
Tenacidad al impacto	Mayor tenacidad a la muesca con una resistencia comparable debido a un menor contenido de carbono.	Menor resistencia al impacto con el mismo nivel de tratamiento térmico, a menos que se temple o ale para compensar.
Dureza (potencial de temple)	Menor dureza máxima alcanzable	Mayor dureza alcanzable; mayor potencial de resistencia al desgaste

Explicación: El aumento de la resistencia a la tracción y al límite elástico del SUP10, impulsado por el carbono, eleva su potencial bajo condiciones de tratamiento térmico similares. La contrapartida es una menor ductilidad y tenacidad, a menos que se utilicen tratamientos de revenido, microaleación o tratamientos térmicos posteriores a la soldadura para mitigar la fragilidad. Por lo tanto, la selección del material debe considerar el equilibrio necesario entre la resistencia estática y la tenacidad dinámica.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre soldabilidad hacen hincapié en el contenido de carbono, la templabilidad y la microaleación a nivel de ppm.

Índices útiles: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (para aceros que incluyen otros efectos de aleación): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El mayor contenido de carbono del SUP10 aumenta $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en relación con el SUP9, lo que indica una mayor susceptibilidad al agrietamiento en frío, mayores requisitos de precalentamiento y la necesidad de temperaturas entre pasadas controladas. - Si se aumenta el Mn/Mo junto con el carbono para mantener el equilibrio de la templabilidad, el efecto sobre la soldabilidad puede amplificarse porque estos elementos aumentan aún más los valores equivalentes de carbono. - Medidas prácticas de mitigación: precalentamiento y control de las temperaturas entre pasadas, procesos de soldadura con menor contenido de hidrógeno, tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y metales de aporte diseñados para cumplir con los requisitos de tenacidad.

En general: el SUP9 es generalmente más fácil de soldar y requiere un precalentamiento/PWHT menos estricto que el SUP10 para geometrías de componentes comparables.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el SUP9 como el SUP10 son aceros al carbono no inoxidables; dependen de la protección superficial para su resistencia a la corrosión.
• Las estrategias de protección típicas incluyen el galvanizado en caliente, el electrochapado de zinc, los recubrimientos orgánicos (pinturas, epoxis) y los recubrimientos de conversión especializados. Para componentes que requieren resistencia a la exposición prolongada, son comunes los sistemas dúplex (galvanizado + pintura).
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a los aceros al carbono simples: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice se aplica a las aleaciones inoxidables; dado que los contenidos de Cr y Mo son bajos o nulos en SUP9/SUP10, la resistencia a la corrosión debe ser proporcionada por recubrimientos en lugar de por aleación intrínseca.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: La mayor dureza y contenido de carbono del SUP10 incrementan el desgaste de la herramienta y pueden requerir avances más lentos o herramientas de mayor dureza. El SUP9 generalmente se mecaniza con mayor facilidad, especialmente en condiciones recocidas o normalizadas.
• Conformabilidad: La mayor ductilidad del SUP9 lo hace más adecuado para operaciones de conformado (doblado, embutición profunda) sin agrietamiento. El SUP10 es menos tolerante al conformado y puede requerir recocidos intermedios.
• Corte y acabado: la resistencia al desgaste abrasivo es mayor para el SUP10 cuando se trata térmicamente para obtener una mayor dureza, lo que lo hace preferible para piezas propensas al desgaste, pero más difícil para las operaciones de acabado.
• En general: elija la condición de suministro (recocido, normalizado, templado y revenido) que mejor se adapte a los procesos de conformado y mecanizado posteriores.

8. Aplicaciones típicas

SUP9 — Usos típicos	SUP10 — Usos típicos
Componentes estructurales en los que se priorizan la soldabilidad y la tenacidad (estructuras fabricadas, piezas de maquinaria en general).	Componentes que requieren mayor resistencia/dureza y resistencia al desgaste (engranajes, pasadores, ejes sometidos a cargas mayores).
Piezas que requieren buena conformabilidad o fabricación compleja antes del tratamiento térmico	Piezas tratadas térmicamente donde se requiere una mayor resistencia a la tracción después del temple y revenido.
Sujetadores, soportes y abrazaderas de resistencia media donde el costo y la facilidad de fabricación son importantes.	Soportes de rodamientos, interfaces mecánicas de desgaste medio, componentes templados y revenidos

Justificación de la selección: - Elija SUP9 cuando la complejidad de fabricación, la soldabilidad y la tenacidad a las muescas sean críticas y el diseño no exija la mayor resistencia al endurecimiento posible. - Elija SUP10 cuando el diseño requiera mayor resistencia posterior al tratamiento térmico, resistencia al desgaste o tamaños de componentes más pequeños donde una mayor resistencia reduce el tamaño de la sección o el peso.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El SUP10 suele tener un coste de material igual o ligeramente superior debido al tratamiento térmico adicional y al control más estricto que requieren las variantes con mayor contenido de carbono. Si el SUP10 requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) más riguroso o metales de aporte especiales para la soldadura, el coste total de fabricación aumenta.
• Disponibilidad: ambas calidades suelen estar disponibles en formatos estándar (barras, placas, forjados) en proveedores de acero generales. Las variantes SUP9 pueden tener mayor disponibilidad para aplicaciones estructurales generales; la SUP10 puede fabricarse bajo pedido con tratamientos térmicos específicos o requerir plazos de entrega más largos si se solicitan composiciones químicas especiales o microaleaciones.
• Nota de compras: al especificar cualquiera de los grados, solicite los certificados de fábrica y los registros de tratamiento térmico para confirmar la composición química, la dureza y las condiciones del tratamiento térmico.

10. Resumen y recomendación

Atributo	SUP9	SUP10
Soldabilidad	Mejor — menor equivalente de carbono	De moderado a bajo — CE más alto, requiere precalentamiento/PWHT
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado: mejor ductilidad y resistencia a la entalla	Mayor potencial de resistencia — menor ductilidad a menos que se temple.
Costo (material + procesamiento)	De bajo a moderado	De moderado a alto (procesamiento/tratamiento térmico/soldadura)

Recomendación: - Elija SUP9 si necesita un acero que sea más fácil de soldar y fabricar, que requiera buena tenacidad y conformabilidad en el componente terminado, o cuando minimizar el costo y la complejidad de la fabricación sea una prioridad. - Elija SUP10 si el diseño requiere mayor resistencia al temple y revenido o mayor dureza superficial para resistencia al desgaste y puede cumplir con controles de soldadura más estrictos y tratamientos de revenido/PWHT apropiados.

Orientación práctica final: Especifique las condiciones de suministro requeridas (recocido, normalizado, templado y revenido) y las propiedades mecánicas objetivo, en lugar de solo la denominación del grado. Solicite a los proveedores certificados de composición y registros de ensayos de dureza e impacto. Si se requiere soldadura, incluya instrucciones de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en las especificaciones de fabricación y considere especificar el metal de aporte y los controles de hidrógeno para mitigar el riesgo de fisuración.