Las calidades del acero constituyen el mecanismo formal mediante el cual la industria siderúrgica mundial comunica la identidad de los materiales. La designación de una calidad indica a un ingeniero, a un comprador o a un fabricante con qué material están trabajando: su rango de composición, el intervalo de propiedades esperadas y la norma según la cual se ha fabricado. Sin un sistema de calidades que funcione correctamente, la trazabilidad de los materiales y el cumplimiento de las especificaciones serían imposibles a cualquier escala significativa.
La clasificación de calidades se ha ido desarrollando a lo largo de muchas décadas por parte de organismos de normalización (SDO) que operan de forma independiente en diferentes regiones y sectores. Las principales son ASTM y AISI en Estados Unidos, EN en Europa, JIS en Japón, GB en China e ISO a nivel internacional. Dado que estos sistemas han evolucionado por separado, es frecuente que un mismo acero reciba denominaciones diferentes en distintos mercados, lo que supone un reto constante a la hora de establecer referencias cruzadas para los ingenieros que trabajan en cadenas de suministro internacionales.
No existe un único sistema universal de clasificación de los tipos de acero. Los distintos sistemas dan prioridad a diferentes características en función del uso previsto y de la tradición del organismo de normalización que los ha elaborado. En la práctica, los tipos de acero se clasifican en función de uno o varios de los siguientes criterios:
La composición química es el criterio más habitual, y permite distinguir entre aceros al carbono, aceros de baja aleación y aceros inoxidables en función del tipo y la cantidad de elementos de aleación presentes. El método de fabricación, el proceso de acabado y la forma del producto también se tienen en cuenta en algunos sistemas, lo que refleja el hecho de que una misma composición, procesada de forma diferente —ya sea laminada en caliente o en frío, por ejemplo—, da lugar a un producto sustancialmente diferente. La microestructura es otro criterio, utilizado especialmente cuando la constitución de las fases del acero —ferrítica, perlítica, martensítica o austenítica— es la característica definitoria para la aplicación. El nivel de resistencia se utiliza en los sistemas de acero estructural, donde la propia designación del grado codifica el límite elástico mínimo. El estado de tratamiento térmico —ya sea que el acero se suministre normalizado, templado y revenido, o procesado termomecánicamente— también se utiliza como criterio de clasificación, especialmente en las normas relativas a recipientes a presión y chapas de alta resistencia.
En la práctica, una especificación completa de la clase de acero incorpora varias de estas dimensiones simultáneamente. Una designación estructural de calidad, como S355J2, codifica el límite elástico mínimo, la clase de energía de impacto y el estado de suministro en una sola cadena de caracteres. Una designación AISI, como 4140, codifica la familia de aleaciones y el contenido nominal de carbono. Comprender la lógica del sistema de designación en uso es un requisito previo para interpretar correctamente una designación de calidad.
La clasificación primaria más utilizada en los aceros al carbono y aleados divide los tipos según su contenido en carbono, ya que el carbono es la variable principal que determina la resistencia, la dureza y la soldabilidad. En la mayoría de los sistemas normativos se reconocen tres grandes grupos.
Los aceros con bajo contenido en carbono, generalmente por debajo del 0,30 % en peso de carbono, son la categoría más producida. Entre ellos se incluyen los aceros estructurales dulces, los grados libres de intersticiales (IF) para embutición profunda, los grados de alta resistencia y baja aleación (HSLA) y las familias de aceros avanzados de alta resistencia, como los aceros TRIP y TWIP. En el sistema AISI, esta gama abarca calidades desde la AISI 1005 hasta, aproximadamente, la AISI 1026. Estos aceros son fácilmente soldables y conformables, y están disponibles en la más amplia gama de formas de producto.
Los aceros de carbono medio, con un contenido de carbono que oscila aproximadamente entre el 0,30 % y el 0,60 %, se utilizan cuando se requiere una mayor resistencia y cuando el acero suele someterse a un tratamiento térmico. Los engranajes, los ejes, los árboles y los componentes ferroviarios se incluyen en este rango. En la clasificación de aceros al carbono de la AISI, esto se corresponde aproximadamente con los grados AISI 1029 a AISI 1053.
Los aceros con alto contenido en carbono, por encima del 0,60 %, se utilizan cuando la dureza y la resistencia al desgaste tras el tratamiento térmico son los requisitos principales. Entre sus aplicaciones más habituales se encuentran los resortes, las herramientas de corte, los cables de acero y los componentes resistentes al desgaste. El sistema AISI abarca, dentro de este rango, desde aproximadamente el AISI 1055 hasta el AISI 1095.
La clasificación europea, según el sistema de normas EN, agrupa los tipos de acero en familias diferenciadas que reflejan tanto su composición como su aplicación prevista. Los tipos de acero estructural no aleado, como el S235 y el S275, se definen principalmente por su límite elástico mínimo y constituyen la base de la construcción y la fabricación en general. Los grados para conformado en frío, como los DC01 a DC06, se clasifican según su conformabilidad más que por su resistencia. Los aceros aleados, como el 25CrMo4, se designan según su composición, y el nombre de la calidad codifica los principales elementos de aleación y sus concentraciones aproximadas. Los aceros inoxidables, los aceros para herramientas, los aceros eléctricos y los aceros para chapas y bandas forman cada uno su propio grupo de clasificación con convenciones de designación distintas.
La familia de los aceros para herramientas ilustra la complejidad entre sistemas a la que se enfrentan con frecuencia los ingenieros. Una calidad como la AISI/SAE W110 aparece tanto en el sistema EN (como EN 1.1545) como en el sistema AISI/SAE, y estas referencias cruzadas se aplican de forma similar a toda la gama de aceros para herramientas. Este mismo patrón de designaciones paralelas se aplica a todas las familias de calidades, razón por la cual la capacidad de establecer referencias cruzadas entre sistemas resulta tan importante en la práctica.
Un aspecto del sistema de calidades que a menudo se subestima es que una misma denominación de calidad puede abarcar un amplio rango de valores de propiedades, dependiendo de la norma y la subespecificación que se aplique. La calidad de acero aleado 34CrMo4 es un ejemplo ilustrativo. Está especificada tanto en el sistema DIN como en el EN, y solo dentro de la familia EN existen múltiples subespecificaciones que abarcan diferentes formas de producto y condiciones de tratamiento térmico, cada una de las cuales establece distintos requisitos de propiedades. En toda la gama de subespecificaciones, los valores de las propiedades de tracción pueden variar en un factor de tres o más, todo ello bajo la misma denominación de calidad.
Esto no es una anomalía; refleja la realidad legítima de que una misma composición, sometida a procesos y tratamientos térmicos distintos, produce unas prestaciones mecánicas realmente diferentes. La consecuencia práctica para los ingenieros es que no basta con especificar únicamente el nombre del grado. Es necesario definir la norma aplicable, la subespecificación y la condición de entrega requerida para garantizar que el material suministrado cumpla con los objetivos del diseño.
Este artículo explica cómo se clasifican, designan y organizan en familias los grados de acero. Las guías relacionadas de la serie «Acero» proporcionan la información complementaria. «Composición del acero» expone los elementos químicos que componen cada grado, y «Propiedades del acero» aborda el comportamiento mecánico y físico que se espera de cada grado. «Especificaciones del acero» explica los documentos técnicos completos que definen los requisitos de cada tipo, mientras que «Normas del acero» aborda los marcos normativos en los que se inscriben dichos documentos. «Equivalentes del acero» explica cómo se comparan y se establecen referencias cruzadas entre los tipos de diferentes sistemas nacionales. En conjunto, relacionan la clasificación de los tipos con la composición, las propiedades, las especificaciones y las normas que les dan sentido.
Un tipo de acero es una clasificación formal que define los límites de composición del acero, sus propiedades mecánicas previstas y la norma según la cual se fabrica. La propia designación codifica información diferente según el sistema: en las normas estructurales europeas suele incluir el límite mínimo de fluencia y la clase de tenacidad; en el sistema AISI para el acero al carbono, codifica la familia de aleaciones y el contenido de carbono; en las designaciones de acero aleado según la norma EN, codifica los principales elementos de aleación y sus concentraciones aproximadas. Para interpretar correctamente la designación de un grado es necesario comprender las convenciones del sistema al que pertenece.
Los sistemas de clasificación de calidades fueron desarrollados de forma independiente por organismos de normalización nacionales y regionales a lo largo de muchas décadas, reflejando cada uno de ellos las prioridades industriales, las tradiciones en materia de materiales y los marcos normativos de su región. Dado que estos sistemas evolucionaron por separado, en lugar de partir de un marco común, es frecuente que un mismo acero reciba denominaciones diferentes según los sistemas ASTM, EN, JIS y otros. La armonización a nivel internacional a través de la ISO aborda parte de esta complejidad, pero no ha sustituido a los sistemas nacionales ya establecidos.
Un tipo de acero identifica el material mediante su familia de composición y su designación. Una especificación es el documento técnico completo que define los requisitos que debe cumplir el material, incluidos los límites de composición, los valores mínimos de las propiedades mecánicas, los requisitos de ensayo, las tolerancias dimensionales y los requisitos de marcado. Un mismo tipo de acero puede aparecer en varias especificaciones, cada una de las cuales impone requisitos diferentes en función de la forma del producto o de su aplicación.
Sí, y esto suele ser motivo de confusión. El mismo nombre de calidad puede aparecer en varias normas o subespecificaciones, cada una de las cuales define requisitos de propiedades mecánicas diferentes en función de la forma del producto, el espesor de la sección o las condiciones de tratamiento térmico. La calidad 34CrMo4, por ejemplo, abarca múltiples subespecificaciones solo dentro del sistema EN, con valores de propiedades que varían sustancialmente entre ellas. Especificar el nombre de una calidad sin indicar la norma y las condiciones aplicables no es suficiente para definir plenamente los requisitos del material.
La equivalencia entre los grados publicados según normas diferentes se evalúa comparando directamente los límites de composición y los requisitos de propiedades mecánicas. La similitud en la denominación no es un indicador fiable.