El acero P-20: especificaciones y aplicaciones en moldes

En el mundo de los moldes, uno de los aceros más utilizados hoy en día es el P-20. La gran mayoría de los clientes se sienten satisfechos con sólo ver en la especificación de su molde “acero P-20”. Esto, en verdad, para nada es suficiente.

Una de las partes que muchas personas no saben o nunca se les ha explicado es que todos los aceros tienen apellido. Y es este apellido el que realmente le da un efecto muy especial al costo y calidad del producto final.

Especificaciones y variaciones del acero P-20

En esta ocasión, platicaremos acerca del apellido del P-20. El P-20 es un acero de la familia de los 4130, 4135 y 4140.  Modificado, es un acero aliado cromo-molibdeno y P-20 es el nombre de la AISI (American Iron Steel Institute). En norma DIN, es el 1.2311 y 1.2312, la norma que más se parece a la norma AISI. En Japón es el PX5, un nuevo estándar para el P-20. Los fabricantes chinos de acero no se apegan a ninguna norma y la variación de su composición química es desconocida  con exactitud.

Muchos pensamos que, como existe una norma, todo el P-20 es igual (este es el verdadero engaño). En este caso, no existe una norma internacional sino que cada quien hace lo que le conviene.

Desde hace mucho tiempo, el material P-20 se ha venido modificando, aún en las normas  AISI, DIN y en Japón. Con los fabricantes chinos son muchos los cambios y son mayores. Por un lado, como clientes de herramentales o moldes, queremos un acero que sea resistente a la compresión, corrosión, que sea tenaz y resistente al desgaste (alta dureza). Esto con el fin que nuestro molde tenga una larga vida útil y amortice nuestra inversión con mayor producción de piezas con un mismo herramental o molde.

Estos factores hacen que el acero sea más complicado de mecanizar, por ello, tenemos que bajar revoluciones y avances; utilizar cortadores  más costosos; utilizar más cortadores; utilizar electroerosión; tener máquinas de mayor rigidez y precisión (máquinas más costosas); aumentar el tiempo de fabricación; y, finalmente, fabricamos menos herramentales o moldes.

Esto nos eleva el costo del herramental o molde, pero nos da un herramental de mucha mayor calidad y durabilidad.

Cuando fabricamos moldes, el precio del acero por sí solo es el factor que menos contribuye al precio final, a menos de que el molde sea de muy baja complejidad y, aún así, el costo del acero de la misma familia varía muy poco en cuanto a calidades.

El mayor contribuyente al costo es el mecanizado. Por lo tanto, como fabricantes de moldes desearemos un acero fácil de mecanizar que nos permita subir revoluciones y avances; utilizar cortadores económicos; utilizar menos cortadores; no realizar electroerosión; usar máquinas más genéricas y menos costosas; bajar tiempos de fabricación y hacer más herramentales o moldes.

Esto baja mucho el costo del herramental o molde, pero el molde baja su calidad y durabilidad.

Haciendo una comparación entre estos dos mundos, el costo de fabricación puede variar desde un 30% a 100% entre uno y otro. Esto sólo con especificar bien la calidad del acero, es decir, darle un apellido.

Estas diferencias se logran con la aleación de elementos y el método de fabricación del acero. Haciendo al acero muy duradero, pero difícil de mecanizar, o poco duradero, pero fácil de mecanizar. Yo he tenido experiencia en el mecanizado de varios aceros denominados P-20 provenientes de varios países y de distintas normas.

Esto cuando hacemos reparaciones  o modificaciones de otros proveedores. Y cuando fabricamos moldes en acero P-20, hemos encontrado de todo (aunque todos vienen marcados como acero P-20, acero norma AISI y DIN). Incluso dentro del mercado norteamericano y europeo existe variación del acero. Pero en su mayoría son aceros de mecanizado complejo, con buena dureza mayor a 32 R.C.H.

Comparativa de acero P-20 según su origen y composición

Las principales características del acero P-20 son: cuenta con muy buen pulido A2 (una de las principales características de un buen P-20); se presta muy bien a la soldadura; vida útil de más 1 millón de ciclos; análisis Edro ENG (proveedor norteamericano P-20); porcentaje: C 0.31, Si 0.40, Mn .75, Cr 1.2, Ni 0.8, Mo .41 S .008 (este se mecaniza más fácil solo por tener azufre; análisis  UDDEHOLM (proveedor europeo P-20): C 0.37, Si 0.3, Mn 1.4, Cr2.0, Ni 1.0, Mo 0.2 (este material es el más difícil de mecanizar porque no contiene azufre y contiene el mayor contenido de cromo).

Como ven, hay variaciones de composición química. Es el caso del acero japonés PX5, que al menos no lo llaman P-20, pero sí es de la familia P-20. Algunos fabricantes de moldes dirán que es P-20 y que es japonés y,  por lo tanto, la calidad es buenísima. No se dejen engañar. Este acero es muy bueno para moldes prototipos o que no requieran alto pulido.

¿Por qué? En este acero lo que hicieron fue agregar azufre (S), el mejor elemento en el acero para mejorar el mecanizado (y por mucho), y bajar el contenido de carbón.

Yo lo he comprado y me llevé varias sorpresas: es muy fácil de mecanizar y bajé mucho el costo; se oxida muy fácil por el alto contenido de azufre; tiene una dureza arriba de 30 R.C.H; es complicado soldar; no se pule bien (Max B1); tuvimos que mandarlo a recubrir para evitar oxidación; porcentaje: C.18, S.04, Mn 1.75, Cr2.20, Mo .40, V.10. Pero para un molde prototipo de baja utilización resulta ser muy buen material. Aun así, con el recubrimiento logramos vida de más de 100,000 ciclos.

Acero chino: Hay de todas las calidades: mala, buena y muy mala. Pero todos les dicen P-20. Como no está regido por ninguna norma y realmente la norma no existe, hay de todo.

Esta es una tabla de la composición química del acero P-20 chino. Como ven, nos dan rangos pero no valores exactos (esto es si realmente nos dan de su P-20):

Composición química	C	Si	Mn	Cr	Mo	P	S
%	0.28~0.40	0.20~0.80	0.60~1.00	1.40~2.00	0.30~0.55	≤ 0.030	≤ 0.030

Como se aprecia, bajan el contenido de carbón, suben contenido de azufre y le agregan plata. Esto lo hace un material muy fácil de mecanizar, bajando mucho el costo de manufactura, pero disminuyendo mucho la durabilidad. En ocasiones, con sólo 10,000 ciclos, hay cambios en los moldes o el herramental.

Al final del día es muy importante ver el apellido del acero (especificar la norma): AISI, DIN, JIS, o si es de Japón o China. Debemos saber muy bien qué queremos a la hora de elegir un herramental o un molde: bajo costo-baja vida útil o mayor costo-alta vida útil. Cuando pida una cotización de un herramental o un molde, exija la calidad del acero con nombre y apellido. Esto le asegurará recibir lo que espera.