202 frente a 204: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las aleaciones de acero inoxidable austenítico de la serie 200, como la "202" y la "204", se proponen habitualmente como alternativas con menor contenido de níquel que las de la serie 300, cuando se busca un equilibrio entre coste, conformabilidad y resistencia a la corrosión. Los ingenieros y los equipos de compras se enfrentan con frecuencia a un dilema: elegir una composición con mayor contenido de manganeso y menor contenido de níquel que minimice el coste del material, pero que puede ser más difícil de conformar (202), o bien seleccionar una aleación más reciente y optimizada en costes que reduzca el níquel sin sacrificar la conformabilidad mediante la adición de cobre o el ajuste de otros elementos de aleación (comúnmente denominada 204 o 204Cu).

La principal diferencia entre estas dos familias radica en la relación costo-rendimiento, condicionada por la estrategia de aleación: el acero 202 reduce el níquel principalmente mediante un mayor contenido de manganeso, mientras que las variantes del 204 buscan mantener o mejorar la conformabilidad y la resistencia a la corrosión utilizando una proporción diferente de Ni, Cr, Mn y adiciones controladas de cobre. Dado que ambos son aceros inoxidables austeníticos concebidos como sustitutos económicos del 304 en numerosas aplicaciones, suelen compararse durante las fases de diseño, fabricación y adquisición.

1. Normas y designaciones

• 202: Comúnmente conocido como AISI/UNS S20200 (a veces abreviado SS202). Se encuentra en gamas comerciales de láminas y flejes y se menciona en especificaciones de acero inoxidable laminado plano (por ejemplo, ASTM A240 para láminas/placas en algunos mercados) y en diversos catálogos nacionales.
• 204: Se encuentra frecuentemente como 204Cu (UNS S20430) o con designaciones comerciales que enfatizan el bajo contenido de níquel y el alto contenido de cobre en el acero inoxidable austenítico. No todas las normas nacionales tienen un equivalente directo en EN/JIS/GB; los fabricantes publican las especificaciones de fábrica o los números UNS.
• Normas para verificar los límites exactos: ASTM/ASME (A240, A480 para placas/láminas), listados UNS (S20200, S20430) y certificados de fábrica del proveedor. Las normas regionales EN (europeas) o sus equivalentes GB/JIS pueden diferir y deben verificarse para comprobar los criterios de aceptación.

Clasificación: Tanto el 202 como el 204 son aceros inoxidables austeníticos (no magnéticos en estado totalmente recocido), no aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: rangos de composición típicos (en % peso). Los valores son rangos representativos tomados de fichas técnicas comerciales comunes; siempre confirme con el certificado o la especificación del fabricante para el lote que está comprando.

Elemento	202 (típico, % en peso)	204 / 204Cu (típico, % en peso)
do	≤ 0,15 (bajo)	≤ 0,08–0,10 (bajo)
Minnesota	Relativamente alto (por ejemplo, varios % en peso para sustituir el Ni)	Moderado (inferior a 202)
Si	≤ ~1.0 (desoxidante menor)	≤ ~0,8–1,0
PAG	≤ 0,03–0,05 (límite de impurezas)	≤ 0,03–0,045
S	≤ 0,03 (límite de impurezas)	≤ 0,03
Cr	~17–19	~18–20
Ni	Moderado (reducido en comparación con 304, pero superior a algunas variantes de 204)	Inferior a 304; similar o ligeramente inferior a 202 dependiendo del subsuelo.
Mes	Normalmente nulo o trazas	Normalmente nulo o trazas
Cu	Traza a ~0,5–1,0 (generalmente bajo)	Adición intencional (p. ej., ~0,5–1,5) en 204Cu
norte	De bajo a moderado (pequeñas cantidades para estabilizar la austenita)	Bajo (controlado)
V, Nb, Ti, B	Adiciones de aleación no típicas	No es típico

Cómo afecta la estrategia de aleación a las propiedades: - El cromo (Cr) proporciona la película pasiva y la resistencia básica a la corrosión común a los aceros inoxidables austeníticos. - El níquel (Ni) estabiliza la austenita y mejora la tenacidad y la formabilidad; reducir el Ni disminuye el costo del material, pero puede afectar la tenacidad y el comportamiento ante la corrosión a menos que se compense. - El manganeso (Mn) se utiliza para estabilizar la austenita cuando se reduce el Ni; es más barato que el Ni, pero aumenta el endurecimiento por deformación y puede afectar la ductilidad y la maquinabilidad. - El cobre (Cu) en sus variantes 204 se utiliza para mejorar la resistencia y la formabilidad y compensar parcialmente la menor resistencia a la corrosión del Ni; el Cu también puede ayudar a la resistencia a ciertos ácidos y mejorar el acabado superficial. - El carbono y el nitrógeno se controlan para equilibrar la resistencia (mediante solución sólida y fortalecimiento intersticial) y evitar la sensibilización o una dureza excesiva.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el acero 202 como el 204 son totalmente austeníticos durante su producción y recocido. Puntos clave:

• Microestructura típica: austenita cúbica centrada en las caras (FCC) estable con granos austeníticos distribuidos uniformemente; ausencia de ferrita o martensita en material procesado correctamente y totalmente recocido.
• Respuesta al trabajo en frío: Ambos grados se endurecen fácilmente por deformación (los aceros inoxidables austeníticos se endurecen por deformación), pero el 202 —con mayor Mn— tiende a endurecerse por trabajo más rápidamente, lo que puede reducir los límites de conformabilidad en embutidos profundos y complicar el estampado a menos que se utilicen recocidos intermedios.
• Tratamiento térmico: Los aceros inoxidables austeníticos no se pueden endurecer mediante temple y revenido convencionales. El recocido (normalmente entre 1000 y 1150 °C, seguido de temple en agua) restaura la ductilidad y la tenacidad. El acero 204Cu puede presentar un ligero endurecimiento por envejecimiento bajo ciertas condiciones de temperatura y tiempo debido a la precipitación de cobre, pero este comportamiento no es comparable al de los aceros inoxidables con endurecimiento por precipitación y, por lo general, no se aprovecha en diseños de alta resistencia.
• Procesamiento termomecánico: El laminado en caliente seguido de un recocido controlado establece el tamaño de grano y las propiedades finales; el control de la deformación residual y la prevención de la martensita inducida por el trabajo en frío (si está presente) mejoran la tenacidad.

4. Propiedades mecánicas

Tabla — comparación cualitativa (estado recocido salvo que se indique lo contrario). Los valores exactos dependen de la forma del producto, el espesor, el temple y la ficha técnica específica del proveedor.

Propiedad	202	204 / 204Cu
Resistencia a la tracción (aprox., recocida)	Moderado — comparable a otras series 200; superior a algunas variantes con bajo contenido de Ni debido al Mn	Similar al 202; puede presentar un equilibrio resistencia/ductilidad ligeramente mejorado debido al Cu.
Resistencia a la fluencia	Moderado	Moderado; similar o ligeramente inferior a 202 en estado recocido
Alargamiento (ductilidad)	Bueno, pero reducido en relación con 204 después del trabajo en frío (el trabajo lo endurece más rápido).	En general, la conformabilidad y elongación son ligeramente mejores en muchas plataformas de proveedores.
Resistencia al impacto	Buen rendimiento a temperatura ambiente; puede ser menor a temperaturas criogénicas si el contenido de Ni es muy bajo.	Buena resistencia a temperatura ambiente; el cobre y el níquel controlado ayudan a mantener la tenacidad.
Dureza (recocida)	De baja a moderada (trabajo que se endurece rápidamente)	De baja a moderada (tiende a mantener una mejor suavidad durante el proceso de formación)

¿Por qué?: El mayor contenido de Mn y el menor de Ni en la aleación 202 aumentan la estabilidad de la austenita, pero también intensifican el endurecimiento por deformación; esto produce una mayor resistencia instantánea durante el conformado, pero reduce la elongación total alcanzable antes de la rotura. El equilibrio de la aleación 204Cu busca preservar la ductilidad y la tenacidad, a la vez que reduce el contenido de níquel y el costo.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se ve influenciada por el equivalente de carbono, la templabilidad y la microaleación. Ecuaciones predictivas útiles:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (índice europeo de 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): - Tanto el 202 como el 204 se sueldan fácilmente utilizando procedimientos estándar para acero inoxidable austenítico (GMAW, TIG, etc.) con bajo riesgo de agrietamiento en frío porque los aceros inoxidables austeníticos mantienen la ductilidad en el metal de soldadura. - Un mayor contenido de Mn (202) aumenta moderadamente $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, lo que significa que puede ser necesario prestar mayor atención a la entrada de calor y a la temperatura entre pasadas para evitar el endurecimiento local o microestructuras indeseables en la zona afectada por el calor. - El 204Cu, con adiciones de cobre, generalmente se suelda de manera comparable a otros austeníticos; el cobre puede influir ligeramente en la selección del material de aporte; hacer coincidir la composición con materiales de aporte austeníticos apropiados (por ejemplo, equivalentes de la familia 308/309 o materiales de aporte específicos con bajo contenido de Ni especificados por el proveedor) evita problemas de microsegregación. - El recocido posterior a la soldadura rara vez es necesario para un servicio típico, pero se debe considerar el alivio de tensiones y el control del riesgo de corrosión intergranular para geometrías propensas a la sensibilización o temperaturas de servicio elevadas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ambos grados son aceros inoxidables austeníticos con pasivación a base de cromo. Ninguno contiene cantidades significativas de molibdeno, por lo que su resistencia a la corrosión por picaduras de cloruros es menor que la de los aceros de la serie 300 con molibdeno (por ejemplo, el 316).
• El PREN no suele ser útil para estos grados (sí lo es para aceros inoxidables que contienen molibdeno). A modo de referencia, fórmula del PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Debido a que Mo ≈ 0 para 202/204, PREN no indicará una alta resistencia a la corrosión por picaduras.
• Orientación práctica:
• 202: aceptable en ambientes ligeramente corrosivos (interiores, contacto con alimentos, decorativos), pero menos resistente a los cloruros y ambientes ácidos que 304/316. Susceptible a manchas superficiales y picaduras en ambientes agresivos con cloruros.
• 204/204Cu: diseñado como una alternativa más robusta y con bajo contenido de níquel que el 304; el cobre puede mejorar marginalmente la resistencia a ciertos ácidos y suprimir el inicio de la corrosión por hendidura en algunas condiciones de servicio, pero no es un sustituto del Mo en una exposición intensa a cloruros.
• Para aceros no inoxidables (no aplicable en este caso): utilice galvanizado, pintura o recubrimientos. Para estos grados de acero inoxidable, considere el electropulido, la pasivación o los recubrimientos protectores para entornos agresivos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado en frío: El acero 202 se endurece por deformación más rápidamente; los diseñadores deben tener en cuenta la recuperación elástica y es posible que se requieran recocidos intermedios; los embutidos profundos pueden ser más complejos. El acero 204Cu suele ofrecer mejor conformabilidad y se prefiere a menudo cuando se requieren dobleces cerrados y estampados complejos.
• Maquinabilidad: Ninguno de los dos grados se mecaniza con tanta facilidad como los aceros al carbono de fácil mecanizado. Un mayor contenido de manganeso en el 202 puede reducir la maquinabilidad; el 204Cu suele mecanizarse de forma similar o ligeramente mejor, y un contenido controlado de cobre puede mejorar la formación de viruta y el acabado superficial.
• Acabado superficial: Ambos se pulen y acaban bien; el 204Cu puede producir una apariencia superficial ligeramente mejor en algunas operaciones.
• Soldadura y postfabricación: Un ajuste adecuado y la selección del material de aporte son importantes; evite el enfriamiento rápido que puede atrapar tensiones; se recomienda el decapado/pasivación después de la soldadura para restaurar la resistencia a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

202 — Usos típicos	204 / 204Cu — Usos típicos
Bienes de consumo, utensilios de cocina, molduras arquitectónicas ligeras, paneles decorativos, electrodomésticos donde el costo es un factor determinante.	Electrodomésticos (lavadoras, secadoras), fregaderos de cocina, paneles arquitectónicos decorativos, accesorios sanitarios donde se requiere una mejor conformabilidad y acabado superficial
Molduras de automóviles y componentes estructurales pequeños con exposición limitada al cloruro	Tubos y componentes conformados que requieren buena capacidad de embutición y un control dimensional mejorado
Chapa estructural ligera donde la exposición a la corrosión es leve	Aplicaciones que sustituyen al acero 304 en las que se desea una reducción del níquel pero se debe conservar la conformabilidad o la tenacidad.

Justificación de la selección: elegir 202 cuando el costo inicial del material es la principal limitación y la exposición a la corrosión es moderada; elegir 204/204Cu cuando un costo de material o procesamiento ligeramente mayor se justifica por una mejor formabilidad, un acabado superficial más consistente y la retención de la tenacidad con un menor contenido de Ni.

9. Costo y disponibilidad

• Costo relativo: Ambos se posicionan como alternativas de menor costo al acero 304. El acero 202 suele tener la menor concentración de níquel (compensada por un mayor contenido de manganeso), lo que históricamente genera ahorros; sin embargo, las fluctuaciones estacionales en los precios de las materias primas (manganeso frente a níquel frente a cobre) pueden alterar la relación costo-beneficio. El acero 204/204Cu está diseñado para equilibrar la reducción de níquel con la preservación de las propiedades y puede ser competitivo, especialmente cuando el níquel es caro y el cobre es económico.
• Disponibilidad: El acero 202 está ampliamente disponible a nivel mundial como lámina o tira comercial estándar. La disponibilidad del acero 204/204Cu depende de la región y del fabricante; es cada vez más común, pero puede ser menos frecuente que la del 202 en algunos mercados y presentaciones (por ejemplo, bobinas específicas, opciones de temple de lámina preacabada).

10. Resumen y recomendación

Tabla — comparación rápida (cualitativa):

Atributo	202	204 / 204Cu
soldabilidad	Bien; controlar el aporte térmico (endurecimiento por deformación).	Bien; el cobre tiene un impacto mínimo en las prácticas de soldadura estándar.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, endurecimiento por deformación aumentado; tenacidad adecuada a temperatura ambiente	Resistencia similar, ductilidad/conformabilidad ligeramente superior y tenacidad mantenida.
Costo (material)	Generalmente más bajo en muchos mercados (depende del precio del Mn/Ni).	Optimizado en costes para la reducción de Ni manteniendo la conformabilidad; puede ser similar o ligeramente superior a 202

Elige 202 si: Su prioridad es minimizar el coste del material y la aplicación implica entornos suaves, operaciones de conformado sencillas y donde los proveedores pueden suministrar fácilmente las formas de bobina/lámina requeridas. - Se pueden diseñar pasos de fabricación para tener en cuenta un mayor endurecimiento por deformación (recocidos intermedios, tolerancias de herramientas).

Elija 204 (204Cu) si: - Necesitas una mayor capacidad de conformado, un mejor acabado superficial después del conformado o un equilibrio mecánico más cercano al 304, al tiempo que reduces el contenido de níquel. - La aplicación exige una tenacidad constante y un riesgo reducido de problemas de proceso derivados del endurecimiento rápido por deformación (estampados complejos, embutición profunda, piezas para electrodomésticos de gran volumen).

Nota final: Ambos grados son opciones útiles de acero inoxidable austenítico con una excelente relación costo-beneficio. La selección final siempre debe basarse en los certificados de fábrica verificados del proveedor, la presentación del producto (bobina, lámina, tubo), el temple/acabado requerido y un análisis del costo del ciclo de vida que considere la volatilidad del costo del material, el tiempo del ciclo de fabricación (por ejemplo, la necesidad de recocidos) y la exposición a la corrosión a largo plazo.