Acero S690: Propiedades y descripción general de aplicaciones clave

El acero S690, clasificado como acero estructural de alto rendimiento, forma parte de la norma europea EN 10025-6. Se caracteriza principalmente por su alta resistencia y excelente soldabilidad, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones exigentes en construcción e ingeniería. Los principales elementos de aleación del acero S690 incluyen carbono (C), manganeso (Mn) y silicio (Si), con pequeñas cantidades de otros elementos como cromo (Cr), níquel (Ni) y molibdeno (Mo), que mejoran sus propiedades mecánicas.

Descripción general completa

El acero S690 es conocido por su alto límite elástico, que suele oscilar entre 690 MPa y 960 MPa, lo que permite el uso de secciones más delgadas en aplicaciones estructurales sin comprometer la resistencia. Esta característica no solo reduce el peso de las estructuras, sino que también genera ahorros en materiales y transporte. El acero presenta buena tenacidad y ductilidad, características cruciales para aplicaciones sujetas a cargas dinámicas.

Ventajas del acero S690:
- Alta relación resistencia-peso: Permite el diseño de estructuras más ligeras.
- Excelente soldabilidad: Adecuado para diversos procesos de soldadura, facilitando la fabricación.
- Buena tenacidad: Mantiene el rendimiento en entornos de baja temperatura.

Limitaciones del acero S690:
- Coste: Superior al de los aceros estructurales convencionales debido a los elementos de aleación.
- Fragilidad a bajas temperaturas: Requiere una cuidadosa consideración en ambientes fríos.
- Resistencia limitada a la corrosión: puede requerir recubrimientos protectores en entornos agresivos.

El acero S690 ha ganado una gran popularidad en el mercado gracias a su rendimiento en construcción pesada, minería y aplicaciones offshore. Su importancia histórica radica en su desarrollo para satisfacer la creciente demanda de materiales más resistentes y eficientes en la ingeniería moderna.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S690QL	EE.UU	Equivalente más cercano a EN 10025-6
ASTM	A572 Grado 65	EE.UU	Pequeñas diferencias de composición
ES	S690QL	Europa	Se utiliza comúnmente en aplicaciones estructurales.
ESTRUENDO	1.8928	Alemania	Equivalente a S690QL
JIS	SM490YB	Japón	Resistencia elástica similar pero composición diferente
ISO	10025-6	Internacional	Norma para aceros estructurales de alto límite elástico

Las diferencias entre estos grados pueden afectar significativamente el rendimiento. Por ejemplo, si bien el S690QL y el A572 Grado 65 pueden tener límites elásticos similares, sus composiciones químicas y características de tenacidad pueden variar, lo que influye en su idoneidad para aplicaciones específicas.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,10 - 0,20
Mn (manganeso)	1,20 - 1,60
Si (silicio)	0,10 - 0,50
Cr (cromo)	0,30 máximo
Ni (níquel)	0,30 máximo
Mo (molibdeno)	0,10 - 0,15

Los elementos de aleación primarios del acero S690 desempeñan un papel crucial:
- Carbono (C): Aumenta la resistencia y la dureza pero puede reducir la ductilidad.
- Manganeso (Mn): Mejora la templabilidad y la tenacidad.
- Silicio (Si): Mejora la desoxidación y aumenta la resistencia.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	690 - 960 MPa	100 - 139 ksi	ASTM E8
Resistencia a la tracción	Templado y revenido	Temperatura ambiente	770 - 1100 MPa	112 - 160 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Dureza (Brinell)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	200 - 300 HB	200 - 300 HB	ASTM E10
Resistencia al impacto (Charpy)	Templado y revenido	-20°C	27 J	20 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alto rendimiento y resistencia a la tracción hace que el acero S690 sea adecuado para aplicaciones que requieren una gran capacidad de carga, manteniendo al mismo tiempo la integridad estructural. Su elongación y resistencia al impacto garantizan que pueda soportar cargas dinámicas sin fracturarse.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	-	7850 kg/m³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	20 °C	50 W/m·K	34,5 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	20 °C	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Coeficiente de expansión térmica	20 - 100 °C	12 x 10⁻⁶ /K	6,67 x 10⁻⁶ /°F

La densidad del acero S690 contribuye a su peso, un factor importante en el diseño estructural. La conductividad térmica y la capacidad calorífica específica son cruciales para aplicaciones que implican transferencia de calor, mientras que el coeficiente de expansión térmica debe considerarse en entornos con fluctuaciones de temperatura.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-5	20-60	Justo	Riesgo de corrosión por picaduras
Ácido sulfúrico	10-20	20-40	Pobre	No recomendado
Agua de mar	-	20-30	Justo	Requiere capa protectora

El acero S690 presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en ambientes marinos con presencia de cloruros. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras y al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) en ambientes agresivos, lo que requiere medidas de protección como recubrimientos o protección catódica.

En comparación con otros aceros de alta resistencia como S355 y S460, S690 ofrece una resistencia superior, pero puede requerir estrategias de protección contra la corrosión más rigurosas debido a su menor resistencia inherente.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400	752	Adecuado para aplicaciones estructurales.
Temperatura máxima de servicio intermitente	500	932	Resistencia limitada a la oxidación
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de formación de incrustaciones a temperaturas elevadas

A temperaturas elevadas, el acero S690 mantiene su resistencia, pero puede sufrir oxidación, lo que puede afectar su rendimiento en aplicaciones de alta temperatura. Es fundamental considerar cuidadosamente las condiciones de servicio para evitar la degradación.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER70S-6	Argón + CO2	Bueno para secciones delgadas
TIG	ER70S-2	Argón	Adecuado para trabajos de precisión.
SMAW	E7018	-	Requiere precalentamiento

El acero S690 es altamente soldable, lo que lo hace apto para diversos procesos de soldadura. Puede ser necesario precalentarlo para evitar la formación de grietas, especialmente en secciones de mayor espesor. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar sus propiedades mecánicas.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	[Acero S690]	[AISI 1212]	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	Requiere herramientas de alta velocidad
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para mayor eficiencia

El acero S690 presenta desafíos en el mecanizado debido a su alta resistencia. Unas condiciones y herramientas óptimas son esenciales para lograr los acabados superficiales y las tolerancias deseadas.

Formabilidad

El acero S690 se puede conformar en frío y en caliente, pero su alto límite elástico requiere una cuidadosa consideración de los radios de curvatura y los efectos del endurecimiento por acritud. El conformado en frío puede aumentar la dureza, mientras que el conformado en caliente puede mejorar la ductilidad.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Temple	850 - 900	30 minutos	Aire o aceite	Mayor dureza y resistencia.
Templado	500 - 700	1 - 2 horas	Aire	Mayor tenacidad y ductilidad

Los procesos de tratamiento térmico influyen significativamente en la microestructura del acero S690, mejorando sus propiedades mecánicas. El temple aumenta la dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad, aumentando la dúctilidad del acero.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Construcción	edificios de gran altura	Alto límite elástico, soldabilidad.	Reduce el peso estructural
Minería	Cucharones de excavadora	Dureza, resistencia al impacto	Maneja cargas pesadas
Costa afuera	plataformas petrolíferas	Resistencia a la corrosión, resistencia	Soporta entornos hostiles
Transporte	Puentes	Alta relación resistencia-peso	Mejora la capacidad de carga

Otras aplicaciones incluyen:
- Componentes de maquinaria pesada
- Marcos estructurales para edificios industriales
- Plumas y soportes de grúa

El acero S690 se elige para estas aplicaciones debido a su capacidad de soportar cargas significativas manteniendo la integridad estructural, lo que lo hace ideal para entornos exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	[Acero S690]	[Acero S355]	[Acero S460]	Breve nota de pros y contras o compensación
Fuerza de fluencia	690 MPa	355 MPa	460 MPa	Mayor resistencia en S690
Aspecto de la corrosión	Justo	Bien	Justo	S355 ofrece una mejor resistencia a la corrosión
Soldabilidad	Excelente	Bien	Justo	S690 es más fácil de soldar
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Pobre	S690 requiere herramientas especializadas
Costo relativo aproximado	Alto	Moderado	Alto	Consideraciones de costos para proyectos
Disponibilidad típica	Moderado	Alto	Moderado	El S355 está más comúnmente disponible

Al seleccionar el acero S690, se deben considerar factores como el costo, la disponibilidad y los requisitos específicos de la aplicación. Si bien ofrece mayor resistencia, su mayor costo y las posibles dificultades de mecanizado y resistencia a la corrosión pueden influir en la decisión.

En resumen, el acero S690 es un material versátil y robusto que destaca en aplicaciones de alta resistencia, lo que lo convierte en una opción preferida en la ingeniería y la construcción modernas. Sus propiedades y características de fabricación únicas ofrecen ventajas significativas, aunque es fundamental considerar cuidadosamente sus limitaciones para un rendimiento óptimo.