Z25 vs Z35 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción a menudo se enfrentan a la decisión entre dos grados de producto muy similares al especificar acero para trabajos estructurales, de contención de presión o de fabricación pesada. La decisión entre Z25 y Z35 generalmente implica un equilibrio entre la resistencia requerida y el comportamiento a través del espesor, frente al costo, la soldabilidad y la disponibilidad. Algunos contextos comunes de decisión incluyen cascos de recipientes soldados, placas gruesas para puentes y estructuras fabricadas donde el riesgo de desgarro laminar (delaminación) o la tenacidad direccional son factores importantes.

En términos generales, el Z35 se posiciona como la calidad de mayor rendimiento en comparación con el Z25: ofrece mayor resistencia al desgarro por capas a través del espesor y mayor resistencia mecánica, a menudo lograda mediante un procesamiento químico y termomecánico controlado. El Z25 se selecciona cuando se requiere resistencia y tenacidad adecuadas a un menor costo y con una fabricación y soldadura más sencillas. Estas calidades se comparan porque se dirigen a campos de aplicación similares, pero difieren en la estrategia de aleación y el procesamiento para optimizar las ventajas y desventajas mencionadas.

1. Normas y designaciones

• Normas principales donde pueden aparecer grados de producto con el prefijo Z o numeración similar: designaciones nacionales y de propiedad intelectual (EN, ASTM/ASME, JIS, GB) o normas de fábrica. Nota: Z25 y Z35 son etiquetas de grado de producto utilizadas por algunas fábricas y especificadores; no son nombres ASTM universales como S275 o S355.
• Clasificación por familia:
• Z25: normalmente un acero estructural de baja aleación o microaleado (rango de resistencia baja a media).
• Z35: normalmente un acero microaleado de alta resistencia o de baja aleación optimizado para un mejor comportamiento a través del espesor y una mayor resistencia a la tracción/límite elástico.
• Los usuarios deben asignar Z25/Z35 a la especificación estándar específica o al certificado de fábrica del proveedor para la verificación de la adquisición y el diseño.

2. Composición química y estrategia de aleación

La composición química exacta de los aceros Z25 y Z35 depende del proveedor. La tabla a continuación muestra los elementos de aleación típicos de los aceros en este rango de rendimiento y los rangos cualitativos o indicativos comunes en los datos de productos de fábrica. Verifique siempre con el certificado de análisis.

Tabla: Rangos de composición típicos (indicativos; consultar el certificado de fábrica) | Elemento | Z25 (estrategia típica) | Z35 (estrategia típica) | |---|---:|---:| | C (carbono) | Bajo a medio; optimizado para soldabilidad y ductilidad (indicativo: ~0,08–0,20%) | Bajo a medio; controlado para equilibrar resistencia y soldabilidad (indicativo: ~0,08–0,22%) | | Mn (manganeso) | Moderado para mejorar la resistencia y la templabilidad (indicativo: ~0,3–1,2%) | Moderado a ligeramente superior para aumentar la resistencia (indicativo: ~0,4–1,4%) | | Si (silicio) | Pequeñas cantidades para desoxidación (≈0,1–0,4%) | Similar, controlada para tenacidad (≈0,1–0,4%) | | P (fósforo) | Bajo para mayor tenacidad (<0,03%) | Bajo para mayor tenacidad (<0,03%) | | S (azufre) | Se mantiene bajo para mejorar la ductilidad (<0,02%) | Se mantiene bajo para mejorar la ductilidad (<0,02%) | | Cr, Ni, Mo (aleación) | Generalmente mínimo o ausente en grados básicos; puede contener pequeñas adiciones en variantes aleadas | Puede contener pequeñas adiciones controladas para mejorar la templabilidad y la tenacidad en grados variantes | | V, Nb, Ti (microaleación) | Puede incluir trazas de microaleación (niveles de ppm) para refinar el grano y aumentar la resistencia | Es más probable que el contenido y el procesamiento de la microaleación estén diseñados para mejorar la tenacidad a través del espesor | | B (boro) | Normalmente ausente o en niveles muy bajos | Puede utilizarse en pequeñas cantidades por algunas fábricas para mejorar la templabilidad (ppm) | | N (nitrógeno) | Controlado para gestionar la estabilidad y la resistencia de las inclusiones | Controlado; un bajo contenido de N suele favorecer la tenacidad |

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono y el manganeso aumentan la resistencia y la templabilidad, pero pueden reducir la soldabilidad y la tenacidad si son excesivos. - Los elementos de microaleación (Nb, Ti, V) permiten aumentar la resistencia mediante el refinamiento del grano y el endurecimiento por precipitación sin grandes aumentos de carbono. - El control de bajos niveles de intersticiales (P, S, N) y las prácticas de acero limpio mejoran la ductilidad y el rendimiento a través del espesor.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras y respuestas típicas:

• Z25:
• Procesos: laminado en caliente convencional con normalizado o templado ligero opcionales.
• Microestructura: predominantemente ferrita-perlita o ferrita de grano fino con perlita controlada; las variantes microaleadas muestran precipitados finos que aumentan la resistencia a la fluencia.

• Respuesta al tratamiento térmico: la normalización refina el grano y mejora la tenacidad; los tratamientos de temple y revenido intensos son poco comunes para esta clase de materiales.

• Z35:

• Rutas de proceso: pueden utilizar laminación controlada (procesamiento termomecánico controlado, TMCP) y enfriamiento acelerado para refinar la microestructura y promover constituyentes bainíticos/ferríticos finos.
• Microestructura: ferrita de grano más fino con bainita dispersa o bolsas de martensita/bainita revenida en algunas variantes de baja aleación; control de inclusiones diseñado para reducir el riesgo de desgarro lamelar.
• Respuesta al tratamiento térmico: El tratamiento térmico de temple y revenido (TMCP) y el enfriamiento controlado aumentan la resistencia y mejoran la tenacidad a través del espesor de manera más efectiva que la simple normalización; el temple y revenido es posible si se especifica, pero cambia la clasificación.

Efecto de las rutas comunes: - Normalización: refina el tamaño del grano y homogeneiza la microestructura; mejora la tenacidad en ambos grados. - Temple y revenido: aumenta considerablemente la resistencia, pero requiere controles más estrictos de soldadura y de precalentamiento/postcalentamiento. - TMCP: permite una mayor resistencia y tenacidad con buena soldabilidad al refinar la microestructura sin una aleación pesada.

4. Propiedades mecánicas

Los valores mecánicos exactos dependen de la certificación de la fábrica, la forma del producto (placa, bobina, pieza forjada) y el tratamiento térmico. La siguiente tabla ofrece rangos comparativos indicativos y descriptores cualitativos; verifique los valores específicos en los documentos de adquisición.

Tabla: Propiedades mecánicas indicativas (rangos típicos; consultar datos de fábrica) | Propiedad | Z25 (indicativo) | Z35 (indicativo) | |---|---:|---:| | Resistencia a la tracción | Moderada — normalmente en el rango bajo a medio para aceros estructurales | Alta — normalmente por encima de Z25, lo que refleja una mayor resistencia a la fluencia | | Límite elástico | Rango bajo/medio (adecuado para estructuras generales) | Rango alto; diseñado para cargas estáticas elevadas | | Alargamiento (%) | Buena ductilidad; adecuada para conformado y fabricación | Ligeramente inferior o comparable; depende del procesamiento | | Resistencia al impacto (Charpy, - o temperatura especificada) | Moderada; depende de la limpieza y el procesamiento | Mayor resistencia a través del espesor y direccional; diseñado para resistir el desgarro laminar | | Dureza (HB o HRC) | Moderada | Alta, pero aún dentro de los rangos de soldabilidad para muchos grados |

¿Cuál es más fuerte, más resistente o más dúctil, y por qué? - Resistencia: El Z35 está diseñado para proporcionar mayor límite elástico y resistencia a la tracción que el Z25 mediante una combinación de un contenido de aleación ligeramente superior y un control de proceso. - Tenacidad: El acero Z35 suele ofrecer mayor resistencia a la delaminación y a la penetración del espesor gracias a prácticas de fabricación de acero más limpias, un mejor control de la forma de las inclusiones y un procesamiento termomecánico más riguroso. Esto resulta crucial cuando existe riesgo de desgarro por capas. - Ductilidad: El Z25 puede mostrar una elongación uniforme ligeramente mayor en algunas condiciones debido a una menor resistencia; sin embargo, el Z35 procesado cuidadosamente puede conservar una buena ductilidad al tiempo que aumenta su resistencia.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se rige principalmente por el equivalente de carbono y la templabilidad. Para una evaluación cualitativa, se puede utilizar el equivalente de carbono del IIW y el índice Pcm.

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - Z25: Con un contenido de carbono relativamente bajo y una química más simple, tiende a tener un $CE_{IIW}$ y un $P_{cm}$ más bajos, lo que resulta en una soldadura más fácil, un menor requisito de precalentamiento/postcalentamiento y una menor susceptibilidad al agrietamiento en frío. - Z35: Una mayor resistencia y la adición de microaleaciones o un contenido ligeramente superior de Mn pueden aumentar marginalmente $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$. Esto exige especificaciones más precisas del procedimiento de soldadura (PQR/WPS), posible precalentamiento y un control estricto del hidrógeno. En ambos grados: el espesor, la configuración de la junta y las prácticas de fabricación (limpieza, tratamiento térmico con hidrógeno, selección de electrodos) influyen significativamente en el rendimiento de la soldadura. Verificar mediante la calificación del procedimiento de soldadura utilizando la composición química de la placa objetivo.

6. Corrosión y protección de superficies

• Grados no inoxidables: Z25 y Z35 son aceros de baja aleación que no son inoxidables. La protección contra la corrosión se logra mediante recubrimientos y diseño.
• El galvanizado en caliente, las imprimaciones ricas en zinc, los recubrimientos epoxi o la metalización son estrategias de protección comunes.
• Seleccione el sistema de recubrimiento según el entorno (categorías de corrosividad C3–C5 o marino frente a rural/industrial).
• Consideraciones sobre el acero inoxidable: PREN no es aplicable a menos que se trate de una aleación de acero inoxidable. A modo de referencia, las aleaciones de acero inoxidable utilizan: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ —utilizado para estimar la resistencia a la corrosión por picaduras de los aceros inoxidables.
• Cuándo considerar el acero inoxidable: Si se necesita resistencia a la corrosión a largo plazo sin recubrimientos externos, opte por la familia del acero inoxidable en lugar de confiar en Z25/Z35.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Ambos grados se pueden cortar con llama, plasma o láser; la mayor resistencia del Z35 puede requerir parámetros de corte ajustados y producir zonas afectadas por el calor más duras.
• Maquinabilidad: El acero Z25 suele ser ligeramente más fácil de mecanizar debido a su menor resistencia y menor endurecimiento por precipitación. El acero Z35, con microaleación y mayor resistencia, puede ser más agresivo con el desgaste de las herramientas; seleccione las herramientas y velocidades adecuadas.
• Conformabilidad y doblado: El Z25 generalmente ofrece mejor conformabilidad con un espesor dado debido a su menor límite elástico. El Z35 se puede conformar si se diseña adecuadamente, pero los radios de curvatura mínimos pueden ser mayores y la recuperación elástica superior.
• Aporte de calor y conformado: Para conformado pesado o conformado posterior a la soldadura, considere el tratamiento térmico especificado para el grado y asegúrese de que los procesos no induzcan una pérdida de resistencia no deseada.

8. Aplicaciones típicas

Tabla: Usos típicos para cada grado | Z25 (usos típicos) | Z35 (usos típicos) | |---|---| | Placas y vigas estructurales generales donde la resistencia estándar y una buena soldabilidad son prioritarias | Componentes y placas fabricadas de gran tamaño donde se requiere mayor resistencia y un mejor rendimiento a través del espesor | | Estructuras fabricadas, transportadores y trabajos generales de acero | Faldones de recipientes a presión, bridas pesadas y estructuras soldadas con riesgo de desgarro laminar | | Tanques y silos soldados de servicio mediano con recubrimientos para protección contra la corrosión | Puentes, elementos estructurales marinos o costeros donde la tenacidad a través del espesor es crítica | | Aplicaciones que priorizan el coste, la facilidad de adquisición y la soldadura sencilla | Aplicaciones que priorizan una mayor capacidad de carga, resistencia a la fatiga y menor riesgo de deslaminación |

Justificación de la selección: - Elija Z25 cuando el costo, la fabricación sencilla y una buena ductilidad/soldabilidad general sean los factores primordiales. - Elija Z35 cuando se requiera una placa más resistente y duradera con un rendimiento optimizado a través del espesor (por ejemplo, juntas soldadas gruesas, conjuntos soldados que soportan cargas pesadas).

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero Z35 suele tener un precio superior al del Z25 debido a un control químico más estricto, microaleación, procesamiento TMCP o pasos de calificación adicionales. El sobreprecio varía según la región y el productor.
• Disponibilidad: El acero Z25 suele estar más disponible en diversos tamaños de laminación, espesores y formatos. El acero Z35 puede estar disponible en bobinas y placas estándar, pero su disponibilidad puede ser limitada en espesores especiales o en pedidos de lotes pequeños; además, los plazos de entrega pueden ser más largos para el material Z35 certificado.

10. Resumen y recomendación

Tabla que resume las principales ventajas e inconvenientes | Característica | Z25 | Z35 | |---|---:|---:| | Soldabilidad | Alta; PQR/WPS más fácil | Buena, pero se requiere más atención al precalentamiento/control de hidrógeno | | Equilibrio entre resistencia y tenacidad | Resistencia moderada con buena ductilidad | Mayor resistencia con mayor tenacidad a través del espesor | | Costo | Menor | Mayor |

Recomendaciones: - Elija Z25 si: - Su proyecto prioriza la rentabilidad, la soldadura sencilla y el rendimiento estructural general. - El espesor de la placa, la configuración de la junta y las condiciones de servicio no presentan riesgos elevados de desgarro laminar ni de tensión a través del espesor. - Necesitas una amplia disponibilidad y plazos de entrega cortos.

• Elija Z35 si:
• Necesitas una mayor resistencia a la tracción/límite elástico y una mayor resistencia al desgarro por capas o a través del espesor.
• El diseño incluye conexiones soldadas robustas, placas gruesas o condiciones donde la tenacidad direccional es importante (propensas a la fatiga o cargas cíclicas).
• Se acepta un mayor coste de materiales y posiblemente controles de fabricación más estrictos para obtener un resultado estructural más duradero.

Nota final: Z25 y Z35 son etiquetas abreviadas de grado de producto cuyas garantías químicas y mecánicas exactas deben obtenerse del certificado de fábrica y la especificación correspondiente. Para aplicaciones críticas de seguridad o soldadas que contengan presión, especifique siempre las propiedades mecánicas requeridas (límite elástico, resistencia a la tracción, resistencia al impacto a temperatura), los valores químicos máximos permitidos y los procedimientos de soldadura necesarios en la adquisición y los planos.