1Cr18Ni9Ti frente a 0Cr18Ni9: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros y los equipos de compras a menudo se enfrentan a la decisión de elegir entre dos grados de acero inoxidable muy similares: 1Cr18Ni9Ti y 0Cr18Ni9. La decisión suele basarse en un equilibrio entre el comportamiento frente a la corrosión tras la soldadura o la exposición a altas temperaturas, las limitaciones de fabricación y soldabilidad, y el coste del ciclo de vida. En muchas aplicaciones, la disyuntiva reside entre una mayor resistencia a la corrosión intergranular y una mayor estabilidad metalúrgica (a un coste de material ligeramente superior) frente a la amplia disponibilidad y el menor coste del acero inoxidable austenítico de uso general.

La principal diferencia metalúrgica radica en la estrategia de control y estabilización del carbono: una aleación se estabiliza intencionalmente con titanio para mitigar la precipitación de carburos en los límites de grano, mientras que la otra es la aleación común de cromo-níquel austenítica con límites de carbono estándar. Esta diferencia determina su comportamiento durante la soldadura, el servicio a altas temperaturas y en ambientes propensos a la corrosión.

1. Normas y designaciones

• Equivalentes internacionales comunes:
• 1Cr18Ni9Ti ≈ AISI/UNS 321 (acero inoxidable austenítico estabilizado con titanio)
• 0Cr18Ni9 ≈ AISI/UNS 304 (acero inoxidable austenítico estándar 18/8)
• Normas en las que aparecen estos grados: GB (china), ASTM/ASME (equivalentes AISI/UNS), EN (EN 1.4541 para 321, EN 1.4301 para 304), JIS e ISO.
• Clasificación: ambos son aceros inoxidables austeníticos (no aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA). Son aceros inoxidables aleados con cromo y níquel como principales elementos de aleación.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se muestran los rangos de composición típicos expresados ​​en porcentaje en peso para los equivalentes de referencia más comunes (AISI 321 para 1Cr18Ni9Ti y AISI 304 para 0Cr18Ni9). Los límites exactos dependen de la norma y del fabricante; consulte siempre el certificado del material.

Elemento	1Cr18Ni9Ti (rangos típicos, % en peso)	0Cr18Ni9 (rangos típicos, % en peso)
do	≤ 0,08 (estabilizado por Ti)	≤ 0,08 (grado estándar)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	~17,0–19,5	~17,0–19,5
Ni	~8,0–10,5	~8,0–10,5
Mes	— (generalmente ninguna)	— (generalmente ninguna)
V	—	—
Nótese bien	—	—
Ti	~0,5–0,7 (estabilizador)	—
B	rastro	rastro
norte	traza hasta ~0.1	traza hasta ~0.1

Cómo afecta la aleación al rendimiento - Cromo (Cr): principal contribuyente a la formación de la película pasiva y a la resistencia general a la corrosión. - Níquel (Ni): estabiliza la fase austenítica, mejora la tenacidad y la ductilidad. - Carbono (C): aumenta la resistencia, pero puede combinarse con el cromo para formar carburos de cromo en los límites de grano cuando se expone a 450–850 °C; esta sensibilización reduce la resistencia a la corrosión intergranular. - Titanio (Ti): fija el carbono (y el nitrógeno) formando carburos/nitruros de titanio estables, evitando la precipitación de carburo de cromo y mejorando el rendimiento de corrosión posterior a la soldadura y la estabilidad a altas temperaturas. Los elementos minoritarios (Mn, Si, N) modulan el rendimiento mecánico y la resistencia a la corrosión; el Mo y el Nb están ausentes en estos dos grados a menos que se especifique lo contrario.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura base: ambos grados son totalmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en condiciones de recocido estándar.
• 0Cr18Ni9 (304): en estado recocido, la microestructura es austenita homogénea. Si se expone a temperaturas de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C) durante periodos prolongados —como en ciertos ciclos de soldadura—, el carbono puede combinarse con el cromo para formar carburos de cromo en los límites de grano. Esto provoca una disminución localizada del cromo y una mayor susceptibilidad a la corrosión intergranular.
• 1Cr18Ni9Ti (321): la presencia de titanio favorece la formación de carburos/nitruros de titanio que consumen preferentemente carbono y nitrógeno, reduciendo la formación de carburos de cromo durante la exposición térmica. La matriz austenítica permanece estabilizada, lo que mejora la resistencia al ataque intergranular tras el calentamiento y la soldadura.
• Tratamiento térmico: ambos grados se suministran generalmente en estado recocido. No se endurecen mediante los procesos convencionales de temple y revenido (como los aceros martensíticos). Tratamientos estándar:
• El tratamiento térmico de solubilización seguido de un enfriamiento rápido restaura la resistencia a la corrosión (disuelve los carburos).
• Para el 0Cr18Ni9, se utilizan variantes con bajo contenido de carbono o recocido de solución + enfriamiento rápido para mitigar la sensibilización.
• Para el 1Cr18Ni9Ti, el contenido estabilizador de Ti reduce la necesidad de un recocido de solución posterior a la soldadura para prevenir la corrosión intergranular, pero el cuidado en la soldadura y la fabricación sigue siendo importante.
• El procesamiento termomecánico (trabajo en frío, recocido) afecta la resistencia y la ductilidad de manera similar en ambos grados; el trabajo en frío aumenta la resistencia y disminuye la ductilidad.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas (en estado recocido) son similares para ambos grados; el grado estabilizado con titanio se selecciona más por su estabilidad metalúrgica que por las grandes diferencias en las propiedades mecánicas estáticas.

Propiedad (típica, recocida)	1Cr18Ni9Ti (≈ 321)	0Cr18Ni9 (≈ 304)
Resistencia a la tracción (UTS)	~500–700 MPa	~500–700 MPa
Límite elástico (0,2% de prueba)	~200–300 MPa	~200–300 MPa
Alargamiento (A%)	~40% (buena ductilidad)	~40% (buena ductilidad)
Tenacidad al impacto	Funciona bien a temperatura ambiente; se mantiene resistente incluso a temperaturas moderadamente bajo cero.	Funciona bien a temperatura ambiente.
Dureza	Relativamente bajo (valores típicos de HB/HRB consistentes con el acero inoxidable austenítico recocido)	Similar a 1Cr18Ni9Ti

Interpretación - Ninguna de las dos calidades se selecciona principalmente por su resistencia estática superior; ambas proporcionan un equilibrio entre resistencia y ductilidad típico de los aceros inoxidables austeníticos. - El 1Cr18Ni9Ti ofrece ventajas marginales en cuanto a resistencia a la fluencia y estabilidad durante la exposición prolongada a altas temperaturas, ya que el titanio estabiliza los carburos y reduce la precipitación en los límites de grano. - La tenacidad es generalmente comparable; las diferencias dependen más de la aplicación que de grandes cantidades.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos es generalmente excelente, pero el contenido de carbono y la estabilización afectan la susceptibilidad a la sensibilización y al agrietamiento en caliente.

Índices de soldabilidad de uso común: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice de corrosión por picaduras o soldabilidad: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa - 0Cr18Ni9: Su aleación convencional y su contenido de carbono permiten soldarlo con los procedimientos estándar de soldadura de acero inoxidable austenítico. Sin embargo, la soldadura puede generar zonas sensibilizadas si el material se mantiene en el rango de 450–850 °C; el recocido de solubilización o el uso de variantes con bajo contenido de carbono (p. ej., 304L) son medidas para mitigar este problema. - 1Cr18Ni9Ti: El titanio reduce la tendencia a la formación de carburos de cromo, mejorando la resistencia a la corrosión intergranular posterior a la soldadura. Los procedimientos de soldadura son similares en lo demás; las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas deben controlarse según la práctica estándar para evitar un crecimiento excesivo del grano. Ambos grados son propensos a la fisuración en caliente si no se controlan la composición del metal de soldadura y los parámetros de soldadura; la selección del material de aporte y las buenas prácticas de soldadura mitigan estos riesgos. - Para entornos corrosivos críticos, considere grados de bajo carbono (L) o grados estabilizados (Ti/Nb) para evitar riesgos de sensibilización.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ambos grados se basan en la película pasiva enriquecida con cromo para la resistencia a la corrosión en ambientes oxidantes.
• Para los índices de corrosión localizada (PREN) la fórmula habitual es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Debido a que ninguno de los dos grados contiene normalmente molibdeno y el nitrógeno es bajo, los valores PREN son modestos; estos grados no están optimizados para una resistencia agresiva a la corrosión por picaduras de cloruros en comparación con las aleaciones dúplex o superausteníticas que contienen Mo.
• 0Cr18Ni9 (304): buena resistencia general a la corrosión en ambientes atmosféricos, con productos químicos suaves y en contacto con alimentos. En ambientes clorados, es susceptible a la corrosión por picaduras y por hendiduras, dependiendo de la concentración de cloruros y la temperatura.
• 1Cr18Ni9Ti (321): resistencia a la corrosión general similar a la del 304, pero mejor resistencia a la corrosión intergranular después de la exposición a temperaturas sensibilizantes debido a la estabilización con titanio.
• Protección de superficies para materiales no inoxidables o donde se requiera un rendimiento superior:
• Los aceros que no son inoxidables requieren galvanizado, pintura o chapado.
• Para los aceros 304 o 321, los tratamientos de acabado superficial (electropulido) y pasivación mejoran la resistencia a la corrosión; para entornos agresivos con cloruros, elija grados que contengan Mo (por ejemplo, 316) o aplique recubrimientos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: los aceros inoxidables austeníticos son generalmente menos mecanizables que los aceros al carbono debido a su elevado endurecimiento por deformación. Entre 1Cr18Ni9Ti y 0Cr18Ni9, la maquinabilidad es comparable; pueden existir ligeras variaciones debidas al tamaño del grano y a pequeñas aleaciones.
• Conformabilidad: ambos grados tienen una excelente conformabilidad y pueden ser embutidos, doblados o conformados en frío en estado recocido.
• Operaciones de soldadura y post-soldadura: El 1Cr18Ni9Ti reduce la necesidad de un costoso recocido de solución posterior a la soldadura en algunos casos debido a la estabilización, mejorando el rendimiento de los conjuntos soldados que serían sensibles a la corrosión intergranular.
• Acabado superficial: ambos responden bien al pulido y la pasivación; las aleaciones estabilizadas con titanio pueden requerir atención para garantizar que no queden precipitados ricos en Ti en las superficies donde podrían afectar el acabado.

8. Aplicaciones típicas

1Cr18Ni9Ti (≈ 321)	0Cr18Ni9 (≈ 304)
Colectores de escape, piezas de hornos y tuberías de aeronaves donde se produce exposición a temperaturas elevadas y calentamiento cíclico	Equipos de cocina, procesamiento de alimentos, aplicaciones arquitectónicas, tanques y tuberías para productos químicos suaves
Componentes de plantas químicas sometidos a ciclos térmicos o estructuras soldadas donde la sensibilización posterior a la soldadura es un factor de riesgo.	Bienes de consumo, elementos de fijación y componentes estructurales generales en entornos sin cloruros
Componentes de automoción y aeroespaciales expuestos a oxidación a altas temperaturas	Intercambiadores de calor, depósitos de almacenamiento y fabricación donde el costo y la disponibilidad favorecen el 304

Justificación de la selección - Elija el grado estabilizado con Ti cuando el servicio incluya excursiones térmicas repetidas a través del rango de sensibilización o cuando se requiera resistencia a la corrosión posterior a la soldadura sin un costoso recocido de solución. - Elija el grado común no estabilizado cuando la resistencia general a la corrosión, el costo y la facilidad de adquisición sean las principales preocupaciones y no sea probable que las condiciones de servicio causen sensibilización.

9. Costo y disponibilidad

• El 0Cr18Ni9 (304) es uno de los aceros inoxidables más comunes en todo el mundo; está ampliamente disponible en láminas, placas, tubos, barras y componentes soldados, y generalmente es de menor costo que las variantes estabilizadas.
• El 1Cr18Ni9Ti (321) está ampliamente disponible, pero normalmente tiene un precio ligeramente superior al del 304 debido al titanio añadido y a su marcado nicho en aplicaciones de alta temperatura/soldadura.
• Consideraciones sobre el suministro: ambos se producen en formas estándar de fábrica; para plazos de entrega críticos o para formas de producto inusuales (placas gruesas, piezas forjadas grandes), se recomienda la planificación de las adquisiciones.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen

Atributo	1Cr18Ni9Ti (≈ 321)	0Cr18Ni9 (≈ 304)
Soldabilidad	Muy bueno; mejor estabilidad a la corrosión posterior a la soldadura gracias al titanio.	Muy bueno; riesgo de sensibilización si no se controla.
Resistencia-Tenacidad	Comparables; ambos presentan buena ductilidad y tenacidad.	Comparable
Costo	Prima moderada superior a 304	Más económico y con mayor disponibilidad

Recomendaciones finales - Elija 1Cr18Ni9Ti si: - El componente estará expuesto a ciclos térmicos dentro del rango de sensibilización, o La corrosión intergranular posterior a la soldadura es un problema y el recocido de solubilización resulta impráctico, o - Se requiere una mayor estabilidad a altas temperaturas y una mejor resistencia a la fluencia. - Elija 0Cr18Ni9 si: La aplicación requiere una amplia disponibilidad y un menor coste de materiales, y - No se espera que las condiciones de servicio causen precipitación de carburos en los límites de grano (o se utilizan estrategias de mitigación —304L, recocido de solución— cuando sea necesario).

Nota final Confirme los límites químicos y mecánicos exactos con la norma aplicable y el certificado de fábrica del material adquirido. Para diseños críticos, especifique una aleación estabilizada (Ti o Nb) o una variante de bajo carbono (L), y documente los tratamientos posteriores a la soldadura o los controles de fabricación necesarios en las especificaciones de adquisición y fabricación.