El acero estructural es una parte esencial de la industria de la construcción. Entre sus características destacan su gran resistencia y durabilidad, que lo hacen vital en proyectos de construcción, puentes y diversas infraestructuras.

¿Qué es el acero estructural?

El acero estructural es un material metálico que se utiliza principalmente para componentes portantes como edificios, puentes y estructuras de ingeniería. Tiene una gran resistencia, dureza y plasticidad, y puede soportar grandes esfuerzos de presión, flexión y torsión.

Los principales componentes del acero estructural son el hierro y el carbono, así como pequeñas cantidades de elementos como el manganeso, el silicio, el fósforo y el azufre. El contenido y la proporción de estos elementos determinan las propiedades mecánicas y el ámbito de uso del acero estructural.

Clasificación del acero estructural:

1. Acero estructural de uso general: acero al carbono

El acero de bajo contenido en carbono contiene un máximo de 0,30 % en peso de C y 1,65 % en peso de Mn. La mayoría de los aceros laminados utilizados para soldar son aceros de bajo contenido en carbono, y su soldabilidad varía enormemente.

Por ejemplo, la mayoría de los procesos de soldadura pueden soldar aceros suaves con contenidos de carbono inferiores al 0,15% y aceros suaves con 0,15 – 0,30% C (a veces denominados aceros de bajo contenido en carbono) de hasta 25 mm (1 pulg.) de espesor. Sin embargo, las secciones más gruesas de estos aceros pueden requerir medidas adicionales para soldarse con éxito.
Este tipo de acero se denomina generalmente acero no aleado o de uso general y se incluye en las siguientes normas.

Norma

Norma Internacional «ISO630-2Aceros estructurales – Parte 2: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales para usos generales».

Norma Europea «EN10025-2 Productos laminados en caliente de aceros estructurales – Parte 2: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales no aleados.»

Norma china «GB/T34560.2-2017_Acero estructural Parte 2: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales de uso general.»

Clasificación del acero al carbono:

Acero bajo en carbono
El acero bajo en carbono es inferior al 0,25%C, especialmente 08F, 08Al, etc. con un contenido de carbono inferior al 0,10%.

Acero al carbono medio
0,25~0,60%C es el acero de carbono medio, utilizado principalmente en el estado de temple y revenido para fabricar piezas para la industria de fabricación de maquinaria. El temple y revenido de 22~34HRC puede obtener propiedades mecánicas completas y es fácil de cortar.

Acero con alto contenido en carbono
El acero con alto contenido en carbono superior al 0,6%C se utiliza principalmente para fabricar muelles, engranajes, rodillos, etc.

Acero de baja aleación y alta resistencia

El acero de baja aleación de alta resistencia es generalmente del tipo carbono manganeso, con cantidades muy pequeñas de niobio y vanadio añadidas para asegurar el refinamiento del grano y el endurecimiento por precipitación.

Su diseño pretende ofrecer mejores propiedades mecánicas que los aceros al carbono tradicionales. El límite elástico de estos aceros suele ser de 290 a 550 MPa (42 a 80 ksi).

Norma

Norma internacional «ISO 630-3:2012 Aceros estructurales – Parte 3: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales de grano fino
aceros estructurales de grano fino «tipo N».

Norma europea «EN10025-3 Productos laminados en caliente de Aceros estructurales – Parte 3: Condiciones técnicas de suministro para aceros estructurales de grano fino soldables laminados normalizados/normalizados».

Norma china «GB T 34560.3 Acero estructural – Parte 3: Condiciones técnicas de suministro para aceros estructurales de grano fino».

Aceros laminados termomecánicos

El laminado termomecánico se desarrolló para satisfacer la demanda de aceros de alta resistencia para tuberías de gran diámetro con buena tenacidad a baja temperatura y soldabilidad.

El límite elástico de estos aceros alcanza los 700 MPa (100 ksi) o más. Por lo general, pueden soldarse sin precalentamiento. Sin embargo, el precalentamiento puede ser necesario a altos niveles de resistencia para evitar el agrietamiento del metal de soldadura.

Norma

Norma internacional: Clase M en la «ISO 630-3:2012 Aceros estructurales – Parte 3: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales de grano fino».

Norma europea «Productos laminados en caliente de aceros estructurales – Parte 4: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales de grano fino soldables laminados termomecánicamente.»

Norma europea «EN10149 Productos planos laminados en caliente de aceros de alto límite elástico para conformación en frío.»

Norma china: Clase M en la «GB T 34560.3 Acero estructural Parte 3 Condiciones técnicas de suministro para aceros estructurales de grano fino.»

Acero templado y revenido

El acero templado y revenido se trata térmicamente para obtener un límite elástico YS de 350 a 1030 MPa.

Las piezas soldadas de estos materiales generalmente no requieren tratamiento térmico adicional, a menos que se realice un tratamiento térmico posterior a la soldadura (alivio de tensiones) en algunos casos excepcionales.

Norma

Norma internacional «ISO 630-4 Aceros estructurales – Parte 3: Condiciones técnicas de suministro para aceros estructurales de grano fino».
Norma europea «EN10025 Productos laminados en caliente de aceros estructurales.
Parte 6: Condiciones técnicas de suministro para productos planos de aceros estructurales de alto límite elástico en estado templado y revenido».
Norma china «GB T 34560.4 Acero estructural – Parte 4: Condiciones técnicas de entrega para aceros estructurales de alto límite elástico en estado templado y revenido.»

Tipos comunes de acero estructural:

1. Viga en I

La viga en I es una viga de hierro laminado, viga de acero o viga de acero fundido con una sección transversal en forma de I, y también se refiere a una viga compuesta con una sección transversal en forma de I.

Campo de aplicación
Estructuras de construcción: La viga en I se utiliza a menudo como material para estructuras de edificios, como vigas, columnas, escaleras y plataformas.

Puentes: Las vigas en I se utilizan a menudo como puentes y partes de puentes, como barandillas, vigas, columnas y estribos. Su alta resistencia y buena resistencia a la flexión hacen que los puentes sean más estables y seguros.

2. Viga H

La viga H es un perfil eficaz con una sección estructural económica. Requiere una mayor optimización del área efectiva de la sección transversal y de los problemas de distribución, así como una relación resistencia-peso más científica y razonable. Se llama así porque su sección transversal se parece a la letra inglesa «H».

Campo de aplicación:
La viga H se utiliza principalmente para componentes de vigas y columnas en estructuras industriales y civiles, como soportes de carga de estructuras de acero de estructuras industriales, pilotes de acero y estructuras de soporte de proyectos subterráneos, estructuras de equipos industriales como petroquímicas y eléctricas, componentes de puentes de acero de grandes luces, barcos y estructuras de bastidores de fabricación de maquinaria, etc.

3. Canal de acero

El canal de acero es una tira de acero larga con una sección transversal acanalada. Pertenece al acero estructural al carbono para construcción y maquinaria. Es una sección de acero con una sección transversal compleja y una sección transversal acanalada. El acero de canal se utiliza principalmente en estructuras de edificios, ingeniería de muros cortina, equipos mecánicos, fabricación de vehículos, etc.

Áreas de aplicación:

El canal de acero se utiliza principalmente en marcos de estructuras de acero, estructuras de soporte, etc. en el campo de la construcción. Su alta resistencia y buena plasticidad hacen que la estructura del edificio sea más estable y fiable.

4. Ángulo de acero

El ángulo de acero es una tira larga de acero con dos lados perpendiculares entre sí. Hay ángulos de acero iguales y ángulos de acero desiguales. Los dos lados del ángulo de acero igual son iguales en anchura.

Aplicación:
Es ampliamente utilizado en diversas estructuras de construcción e ingeniería, tales como vigas, puentes, torres de transmisión, maquinaria de elevación y transporte, barcos, hornos industriales, torres de reacción, bastidores de contenedores y estanterías de almacén.

5. Acero en forma de T

El acero en forma de T tiene una forma y propósito específicos, y su sección transversal es en forma de T. Debido a su forma única y rendimiento, este acero es ampliamente utilizado en los campos de la construcción, puentes, vehículos, barcos y fabricación de maquinaria.

Campos de aplicación:

El acero en forma de T se utiliza ampliamente en la fabricación de componentes estructurales como vigas y columnas en el campo de la construcción, lo que puede mejorar la capacidad portante y la estabilidad del edificio.

6. Tubo circular

El tubo circular se refiere al acero con dos extremos abiertos y sección transversal de círculo concéntrico hueco, y su longitud es relativamente grande en comparación con el perímetro.

Aplicación:
Puede utilizarse para tuberías, equipos térmicos, industria de maquinaria, perforación geológica de petróleo, contenedores, industria química y fines especiales.

7. Tubo rectangular

El tubo rectangular es una tira larga hueca de acero. Cuando las resistencias a la flexión y a la torsión son iguales, el peso es ligero, por lo que se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas mecánicas y estructuras de ingeniería.

Aplicaciones:
Se puede utilizar en la construcción, fabricación de maquinaria, proyectos de construcción de acero, construcción naval, soportes de generación de energía solar, ingeniería de estructuras de acero, ingeniería energética, centrales eléctricas, maquinaria agrícola y química, muros cortina de vidrio, chasis de automóviles, aeropuertos, etc.

8. Tubo cuadrado

El tubo cuadrado es un material tubular con sección transversal cuadrada. Según los diferentes procesos de producción y usos, los tubos cuadrados pueden dividirse en tubos cuadrados sin soldadura y tubos cuadrados soldados.

Aplicación:
Los tubos cuadrados se utilizan ampliamente en el campo de la construcción, como marcos de estructuras de acero, puentes, barandillas de autopistas, etc. Los tubos cuadrados se han convertido en un importante material de soporte para los edificios modernos con su alta resistencia, peso ligero y bella apariencia.

9. Acero plano

El acero plano es una tira larga de acero con una sección transversal plana. Se caracteriza por una anchura mucho más significativa que el grosor, y se suele utilizar para fabricar diversas piezas estructurales, componentes, etc.

Aplicaciones:
El acero plano es un material común en la ingeniería de la construcción y se utiliza ampliamente en alcantarillas, columnas, vigas, muros, etc. Puede ser procesado en diferentes formas según sea necesario para construir diversas estructuras de edificios y mejorar la seguridad y la estabilidad del edificio.

Composición química del acero estructural:

Contenido de carbono
El contenido de carbono tiene un efecto significativo en la resistencia y la plasticidad del acero estructural. En general, cuanto mayor es el contenido de carbono, mayor es la resistencia, pero la plasticidad disminuye.
Ejemplo: El acero de bajo contenido en carbono (como el Q235) tiene un contenido en carbono ≤0,22%,
El acero de carbono medio (como el 45#) tiene un contenido de carbono del 0,42%-0,50%.

Otros elementos de aleación: Además de carbono, el acero estructural también contiene elementos de aleación como manganeso, silicio, azufre y fósforo, que también tienen un impacto importante en el rendimiento del acero. Por ejemplo: El manganeso puede mejorar la resistencia y la resistencia al desgaste del acero, y el silicio puede mejorar la elasticidad y la resistencia del acero.

Propiedades del acero estructural:

Resistencia
La resistencia es una de las propiedades más esenciales del acero estructural, e incluye principalmente el límite elástico y la resistencia a la tracción. El límite elástico se refiere al valor de tensión en el que el acero comienza a sufrir una deformación plástica tras ser sometido a una fuerza. Resistencia a la tracción: se refiere al valor máximo de tensión que puede soportar el acero durante el proceso de estiramiento.
Ejemplo: El límite elástico del acero Q235 es de 235 MPa, y el límite de tracción es de 375-460 MPa.

Plasticidad
La plasticidad se refiere a la capacidad del acero para deformarse sin romperse tras ser sometido a una fuerza. Un acero con buena plasticidad puede absorber más energía después de ser sometido a esfuerzos, lo que mejora la seguridad de la estructura.
Ejemplo: El alargamiento del acero Q345 puede alcanzar el 21%, lo que demuestra una buena plasticidad.

Dureza
La tenacidad se refiere a la capacidad del acero para resistir la fractura frágil a bajas temperaturas. Los aceros de alta tenacidad pueden mantener buenas propiedades mecánicas a bajas temperaturas.
Ejemplo: La tenacidad al impacto del acero Q345E a -40°C puede alcanzar los 34 J.

Propiedad de fatiga
El comportamiento a la fatiga se refiere a la capacidad de un material para resistir la fractura bajo esfuerzos cíclicos. El comportamiento a la fatiga es especialmente importante en las estructuras de acero, sobre todo en estructuras como puentes y grúas que están sometidas a cargas repetidas.
Ejemplo: Para el acero Q235, el límite de fatiga es de unos 200 MPa.

Propiedades de la soldadura
El rendimiento de la soldadura se refiere al rendimiento de un material a la hora de formar una unión soldada de alta calidad durante la soldadura. La calidad del rendimiento de la soldadura afecta directamente a la fiabilidad y seguridad de la estructura.
La sensibilidad al agrietamiento de la soldadura se refiere a la tendencia de un material a agrietarse durante la soldadura.
Suele evaluarse mediante el carbono equivalente (CE).
Ejemplo: El carbono equivalente CE del acero Q235 es de aproximadamente 0,3%, y su rendimiento de soldadura es bueno.

Resistencia de la unión soldada
La resistencia de la unión soldada no debe ser inferior a la resistencia del material base para garantizar el rendimiento global de la estructura. Ejemplo: Para el acero Q345, el límite elástico de la unión soldada no debe ser inferior a 345 MPa.

Resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión se refiere a la capacidad del material para resistir la corrosión ambiental. El acero estructural se corroe a menudo por la atmósfera, el agua, los medios químicos, etc. durante su uso.
Ejemplo: Protección del revestimiento: Aplicar pintura antioxidante en la superficie de la estructura de acero para formar una capa protectora.

Propiedades de transformación del acero estructural

Soldabilidad
La soldabilidad se refiere al comportamiento del acero a la hora de formar uniones soldadas de alta calidad durante la soldadura. Una buena soldabilidad es la clave para garantizar la calidad del acero estructural. Ejemplo: El acero Q345 tiene buena soldabilidad y es adecuado para varios métodos de soldadura.

Propiedad de doblado en frío El comportamiento de doblado en frío se refiere a la capacidad del acero para ser procesado en frío a temperatura ambiente sin agrietarse. El acero con buenas propiedades de doblado en frío es fácil de procesar en diversas formas. Por ejemplo: El acero Q235 tiene un excelente comportamiento de doblado en frío y es adecuado para fabricar perfiles de acero doblados en frío.