201 frente a 304: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 201 y 304 se encuentran entre las calidades más consideradas cuando diseñadores, equipos de compras y fabricantes buscan el equilibrio entre resistencia a la corrosión, conformabilidad, rendimiento mecánico y costo. Los contextos de decisión típicos incluyen: minimizar el costo del material para entornos decorativos o ligeramente corrosivos frente a garantizar la resistencia a la corrosión a largo plazo en aplicaciones alimentarias, químicas o exteriores; y elegir entre una mayor facilidad de conformado en frío o una mejor tenacidad y resistencia a la soldadura a largo plazo.

La principal diferencia práctica radica en que el acero tipo 201 utiliza intencionalmente un menor contenido de níquel y mayores adiciones de manganeso y nitrógeno como estrategia de sustitución para reducir costos, mientras que el acero tipo 304 mantiene niveles más altos de níquel y cromo para maximizar la estabilidad de la austenita y la resistencia a la corrosión. Debido a esta estrategia de sustitución, los aceros tipo 201 y 304 se comparan frecuentemente cuando se requiere un equilibrio entre costo, resistencia a la corrosión y conformabilidad en la selección de componentes.

1. Normas y designaciones

• 304: ampliamente estandarizado como ASTM/ASME A240 (placa, lámina), A312 (tubo) y equivalentes en otros sistemas; número EN europeo comúnmente citado como 1.4301 (a menudo X5CrNi18-10); designación JIS SUS304; equivalentes chinos GB (comúnmente listados bajo aleaciones Cr-Ni). Clasificación: acero inoxidable austenítico.
• 201: comúnmente referenciado por UNS S20100 y en algunas especificaciones de producto como ASTM/AISI Tipo 201 o SUS201 en JIS; las normas regionales y las designaciones de los proveedores varían. Clasificación: acero inoxidable austenítico (con contenido reducido de níquel, estabilizado con manganeso y nitrógeno).

Nota: Ambos son grados inoxidables (austeníticos) y no aceros al carbono, aleados, para herramientas o HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos (en % peso) para los aceros inoxidables comerciales tipo 201 y tipo 304. Los valores se ofrecen como rangos representativos de la industria; para tolerancias estrictas, se deben consultar las normas específicas o los certificados de fábrica.

Elemento	Tipo 201 (rango típico, % en peso)	Tipo 304 (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,15	≤ 0,08
Minnesota	5,5 – 7,5	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,06	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	16.0 – 18.0	18.0 – 20.0
Ni	3,5 – 5,5	8.0 – 10.5
Mes	— (normalmente 0)	— (normalmente 0 para 304; Mo presente en 316)
norte	0,1 – 0,25 (utilizado como estabilizador de austenita)	≤ 0,10
Otros (V, Nb, Ti, B)	Normalmente no se añade intencionadamente	Normalmente no se añade intencionadamente

Efectos de aleación (breve): - El cromo (Cr) proporciona la película de óxido pasiva que otorga a los aceros inoxidables su resistencia a la corrosión. - El níquel (Ni) estabiliza la estructura cúbica centrada en las caras (austenítica), mejorando la ductilidad, la tenacidad y la resistencia a la sensibilización; un mayor contenido de Ni también mejora la tenacidad a bajas temperaturas. - El manganeso (Mn) y el nitrógeno (N) se utilizan en 201 para sustituir parte del níquel, estabilizando la austenita pero alterando el comportamiento mecánico y el rendimiento de corrosión. - El carbono (C) afecta la resistencia y la susceptibilidad a la precipitación de carburos (sensibilización) durante la exposición térmica; las variantes con menor contenido de C (por ejemplo, 304L) mitigan la corrosión intergranular después de la soldadura.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura (estado original, recocido): Tanto el acero 201 como el 304 son nominalmente austeníticos a temperatura ambiente tras el recocido. La estabilidad de la austenita en el acero 201 se mantiene gracias a un mayor aporte de Mn + N que de Ni. En consecuencia, el acero 201 es más propenso a la formación de martensita inducida por deformación durante el trabajo en frío intenso que el acero 304 en ciertas condiciones, debido a que su austenita puede ser menos estable bajo tensión.
• Tratamiento térmico: Ni el acero 201 ni el 304 son templables mediante el tratamiento térmico convencional de temple y revenido (son aceros austeníticos no tratables térmicamente). El tratamiento térmico típico consiste en un recocido de solubilización a aproximadamente 1010–1120 °C, seguido de un enfriamiento rápido (templado en agua o en aire) para disolver los carburos y recuperar la resistencia a la corrosión y la ductilidad.
• Trabajo en frío y procesamiento termomecánico: La resistencia en ambos grados aumenta principalmente mediante el trabajo en frío. Un mayor trabajo en frío incrementa la resistencia a la fluencia y a la tracción, y reduce el alargamiento; el grado 201 suele endurecerse por deformación más rápidamente.
• Sensibilización: Ambos grados pueden sufrir precipitación de carburo de cromo si se exponen durante periodos prolongados al rango de temperatura de sensibilización (aproximadamente 500–800 °C), lo que provoca corrosión intergranular. Las variantes con bajo contenido de carbono (p. ej., 304L) o los grados estabilizados (con adiciones de Ti o Nb) se utilizan cuando la soldadura o la exposición a altas temperaturas son un factor a considerar.

4. Propiedades mecánicas

La tabla compara cualitativamente el comportamiento mecánico (formas típicas del producto recocido). Los valores exactos dependen de la forma del producto (lámina, placa, tubo), el temple y la ficha técnica del proveedor.

Propiedad	Tipo 201	Tipo 304
Resistencia a la tracción	Ligeramente más alto (debido al Mn/N y al trabajo en frío común)	Moderada (buen equilibrio entre resistencia y ductilidad)
Fuerza de fluencia	Mayor (tiende a tener un mayor rendimiento en condiciones de temple comparables)	Menor (mayor ductilidad de fluencia)
Alargamiento (ductilidad)	Menor (elongación reducida en comparación con el acero 304 en estado recocido)	Mayor (mejor ductilidad y conformabilidad)
resistencia al impacto	Funciona bien a temperatura ambiente; en algunos casos, a temperaturas inferiores a 304.	Excelente resistencia a las muescas a temperatura ambiente y bajas temperaturas.
Dureza	Ligeramente superior (y aumenta más con el trabajo en frío)	Menor en estado recocido; aumenta con el trabajo en frío

Interpretación: El acero tipo 201 suele ofrecer mayor resistencia y dureza en estado de recepción con el mismo proceso de fabricación, pero a costa de la ductilidad y, en ocasiones, de la tenacidad. El acero tipo 304 proporciona una mejor combinación de ductilidad y tenacidad, lo que mejora la fiabilidad en el conformado y en servicio en numerosas aplicaciones estructurales y corrosivas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de ambos grados es generalmente buena en comparación con los aceros al carbono, ya que los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen por transformación martensítica al enfriarse. Consideraciones:

• Los equivalentes de carbono y el riesgo de fisuración de la soldadura se pueden estimar mediante fórmulas empíricas aceptadas. Dos índices de uso común son:
• $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación (cualitativa): El menor contenido de níquel en la aleación 201 reduce la estabilidad de la austenita en comparación con la 304, lo que puede influir en el modo de solidificación, la susceptibilidad al agrietamiento en caliente y el grado de martensita inducida por deformación en la zona afectada por el calor (ZAC) bajo ciertas condiciones. El mayor contenido de manganeso y nitrógeno en la aleación 201 también puede modificar la selección del metal de aporte y la composición del metal de soldadura.
• Orientación práctica:
• Utilice metales de aporte adecuados. Para soldaduras de acero inoxidable 304 a acero inoxidable 304, se suelen utilizar aportes de 308/308L. Para soldaduras de acero inoxidable 201, muchos fabricantes optan por aportes que incrementan el contenido de níquel en el metal de soldadura para mejorar la resistencia a la corrosión y la ductilidad.
• Por lo general, no se requiere precalentamiento; el recocido posterior a la soldadura no se utiliza normalmente para los materiales austeníticos en aplicaciones normales.
• Para uniones críticas resistentes a la corrosión, seleccione la química del material de aporte para garantizar que el metal de soldadura y la ZAT cumplan con los requisitos de resistencia a la corrosión.

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento del acero inoxidable: Ambos grados forman una película pasiva rica en cromo; sin embargo, la resistencia general a la corrosión difiere.
• El PREN (útil principalmente para evaluar la resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes clorados cuando están presentes Mo y N) se calcula como:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota: Para el tipo 304 (Mo ≈ 0), el PREN está dominado por Cr y N; para el tipo 201, un menor contenido de Cr y un N diferente dan como resultado un PREN menor que el 304, por lo que la resistencia a la corrosión por picaduras en cloruros es generalmente inferior.
• Aspectos prácticos:
• El acero tipo 304 posee una resistencia superior a la corrosión general en muchos ambientes acuosos y atmosféricos, y es el mínimo preferido para el contacto con alimentos, equipos médicos y muchas exposiciones químicas.
• El tipo 201 funciona adecuadamente en ambientes interiores ligeramente corrosivos (paneles decorativos, equipos de cocina en condiciones de bajo cloruro, electrodomésticos), pero no se recomienda para aplicaciones con una exposición significativa al cloruro (ambientes costeros, sales de deshielo) o donde se requiere una estabilidad pasiva a largo plazo.
• Protección de aceros no inoxidables: Si se compara un acero no inoxidable, las protecciones superficiales comunes incluyen galvanizado, pintura o recubrimiento, pero estas no reemplazan el comportamiento del acero inoxidable. Tanto para el acero 201 como para el 304, los acabados superficiales (pulido electroquímico, tratamientos de pasivación) pueden afectar significativamente su resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y embutición profunda: El acero tipo 304 generalmente ofrece una conformabilidad y elasticidad superiores en estado recocido debido a su mayor contenido de níquel y mayor ductilidad. El acero tipo 201 también se puede conformar, pero su recuperación elástica es mayor y el metal se endurece por deformación más rápidamente; es necesario tener en cuenta estas características en las herramientas y los parámetros del proceso.
• Distorsión por doblado y soldadura: la mejor ductilidad del 304 reduce el riesgo de agrietamiento durante el conformado severo; el 201 puede requerir más fuerza y ​​un control de proceso más estricto.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos suelen ser más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono. El tipo 201 tiende a endurecerse rápidamente por deformación, lo que puede reducir su maquinabilidad; se suelen utilizar herramientas con ángulos de ataque mayores, configuraciones rígidas y velocidades de avance más lentas. El 304 también es gomoso y requiere herramientas adecuadas, pero muchos operarios de máquinas consideran que el 304 es ligeramente más fácil de mecanizar en temple comparable.
• Acabado superficial: Ambos grados pueden pulirse hasta obtener acabados de alta calidad. Debido a su mayor susceptibilidad a la corrosión localizada en ambientes agresivos, el grado 201 puede presentar manchas con mayor facilidad si el acabado superficial y la pasivación no son adecuados.

8. Aplicaciones típicas

Tipo 201	Tipo 304
Molduras decorativas, paneles arquitectónicos interiores, paneles para electrodomésticos, molduras exteriores para utensilios de cocina económicos, tuberías ligeras en entornos no agresivos	Equipos para el procesamiento de alimentos, fregaderos y encimeras de cocina, componentes para procesos químicos (sin molibdeno), tuberías, intercambiadores de calor, dispositivos médicos (no implantes), elementos de fijación en exteriores y entornos marinos.
Justificación de la selección:
- Elija 201 cuando las limitaciones presupuestarias sean dominantes y el entorno de servicio sea moderado (interior, bajo contenido de cloruro), o cuando se priorice una mayor resistencia inicial y un acabado superficial brillante.
- Elija el acero 304 cuando se requiera un buen desempeño contra la corrosión, higiene, soldabilidad con amplio respaldo de la industria y confiabilidad a largo plazo en diversos entornos.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero inoxidable tipo 201 suele ser menos costoso que el tipo 304 debido a su contenido de níquel significativamente menor. El níquel es el principal factor de coste en los aceros inoxidables; la sustitución del níquel por manganeso y nitrógeno reduce la sensibilidad del coste del material a las fluctuaciones del mercado del níquel.
• Disponibilidad: El acero tipo 304 es omnipresente en todo el mundo en forma de láminas, placas, bobinas, tubos y barras, y generalmente es más fácil de obtener con certificación para aplicaciones críticas. El acero tipo 201 es común en algunas regiones y está ampliamente disponible para productos básicos, pero en ciertos mercados puede ser más difícil encontrar datos de fábrica certificados y en determinadas presentaciones que en el tipo 304.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	Tipo 201	Tipo 304
Soldabilidad	Bien, pero quizás haya que ajustar la elección del relleno.	Prácticas de relleno muy buenas y ampliamente estandarizadas
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor resistencia, menor ductilidad/tenacidad	Resistencia equilibrada con ductilidad y tenacidad superiores
Costo	Menor (con níquel reducido)	Mayor contenido de Ni (estándar)

Recomendaciones: - Elija el tipo 201 si: - El proyecto es sensible a los costos y la exposición se limita a ambientes suaves, interiores o con bajo contenido de cloruros. - La mayor resistencia inicial y el ahorro de costes compensan la necesidad de una máxima resistencia a la corrosión. - En los productos de consumo se prioriza la apariencia de la superficie y el bajo coste. - Elija el tipo 304 si: Se espera resistencia a la corrosión a largo plazo, servicio higiénico o exposición a cloruros. - La conformabilidad, la soldabilidad y la certificación de materiales establecida son importantes. - La aplicación debe cumplir con los estándares comunes de la industria para contacto con alimentos, productos farmacéuticos o exposición al aire libre.

Nota final: La selección de materiales siempre debe validarse en función de las condiciones ambientales específicas, las cargas mecánicas, las secuencias de soldadura y conformado, y las limitaciones de adquisición y suministro del proyecto. Para aplicaciones críticas, consulte los certificados de fábrica y realice pruebas de corrosión o evaluaciones de ingeniería para confirmar la idoneidad del acero inoxidable 201 frente al 304 para el servicio previsto.