304 vs 204Cu – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo se enfrentan a una disyuntiva al seleccionar entre un acero inoxidable austenítico bien establecido como el 304 y alternativas con menor contenido de níquel como el 204Cu. Los contextos de decisión típicos incluyen equilibrar la resistencia a la corrosión con el coste del material, elegir la soldabilidad y la conformabilidad óptimas para la fabricación y seleccionar el nivel de resistencia adecuado para estructuras de carga o de calibre delgado.

La principal diferencia entre estas dos calidades radica en la estrategia de aleación: la 304 se basa en un mayor contenido de níquel para estabilizar la austenita y proporcionar una amplia resistencia a la corrosión y buena conformabilidad, mientras que la 204Cu reduce el contenido de níquel y utiliza una aleación alternativa —principalmente mayor contenido de manganeso y cobre añadido— para mantener la austenita y aumentar la resistencia. Esta diferencia genera un comportamiento divergente en cuanto a resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas, soldabilidad y coste.

1. Normas y designaciones

• 304: Las designaciones comunes incluyen UNS S30400 / S30403 (304L), EN 1.4301 (304), ASTM A240 / A276 / A312 (varía según la forma del producto), JIS SUS304.
• Categoría: Acero inoxidable austenítico (de uso general).
• 204Cu: Las designaciones comunes incluyen UNS S20430 (a veces aparece como AISI 204Cu en la documentación del proveedor); las designaciones EN/JIS equivalentes pueden no estar estandarizadas entre todos los proveedores.
• Categoría: Acero inoxidable austenítico, variante con bajo contenido de níquel y cobre (diseñada como una alternativa de menor costo a la serie 300).

Nota: Los números estándar exactos y las formas de producto disponibles (lámina, bobina, barra, tubo) dependen de la región y del proveedor; verifique el estándar aplicable para adquisiciones críticas.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se muestran los rangos de composición típicos. Los límites exactos dependen de la norma o del proveedor; la tabla ofrece rangos nominales representativos utilizados en la práctica comercial.

Elemento	304 (rango típico, % en peso)	204Cu (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,08	≤ 0,08
Minnesota	≤ 2.0	~5,5 – 7,5
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	18.0 – 20.0	18,5 – 20,0
Ni	8.0 – 10.5	~3,5 – 5,0
Mes	≤ 0,25 (traza)	≤ 0,25 (normalmente ninguno)
V	—	—
Nótese bien	—	—
Ti	—	—
B	—	—
Cu	≤ 0,50 (traza)	~1.0 – 2.0
norte	≤ 0,10	hasta aproximadamente 0,20 (varía según el producto)

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - El níquel es el estabilizador clásico de la austenita y le da al acero 304 su excelente ductilidad, tenacidad y resistencia a la corrosión en muchos entornos. - En el 204Cu la reducción de níquel se compensa con un mayor contenido de manganeso y nitrógeno controlado; se añade cobre para ayudar a la estabilidad de la austenita y aumentar la resistencia a través de los efectos de la solución sólida/trabajo en frío y para mitigar ciertos modos de agrietamiento. - El contenido de cromo en ambos grados proporciona pasividad básica y resistencia a la corrosión por picaduras; la ausencia de molibdeno limita su idoneidad en entornos con alto contenido de cloruros o en grietas, en comparación con los grados que contienen molibdeno. - Un mayor contenido de Mn y N altera el endurecimiento por deformación y la resistencia mecánica; el cobre modifica el comportamiento mecánico y puede mejorar la resistencia a algunos modos de agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros, pero no reemplaza el amplio rendimiento anticorrosivo de las aleaciones con mayor contenido de níquel en condiciones agresivas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• 304: La microestructura típica es completamente austenítica (fase γ) tras un recocido de solubilización estándar (aprox. 1000–1100 °C, enfriamiento rápido). No es endurecible mediante temple y revenido térmico (no se produce transformación martensítica durante el enfriamiento), pero se logra un fortalecimiento significativo mediante trabajo en frío, que aumenta la densidad de dislocaciones y eleva la resistencia a la fluencia y a la tracción.
• 204Cu: También diseñado para ser austenítico en estado recocido. El alto contenido de Mn y Cu, junto con posibles adiciones de N, ayudan a estabilizar la austenita sin un alto contenido de Ni. La microestructura bajo procesamiento estándar es austenítica, pero con una mayor tendencia al endurecimiento por deformación. El cobre permanece en solución sólida y puede modificar ligeramente la energía de falla de apilamiento y las interacciones de dislocación.
• Rutas de tratamiento térmico:
• Recocido de solubilización y temple: Restaura la ductilidad y la resistencia a la corrosión en ambos grados; necesario después del trabajo en frío o la soldadura para aliviar el endurecimiento por deformación y disolver los productos de sensibilización (la sensibilización es principalmente un problema con el carbono y la exposición térmica).
• Procesamiento termomecánico: Los ciclos de laminación en frío o recocido controlado aumentarán la resistencia mediante endurecimiento por deformación; el 204Cu normalmente logra mayores incrementos de resistencia a partir del trabajo en frío que el 304 debido a su equilibrio de aleación.
• Ninguno de los dos grados se endurece mediante los procesos convencionales de temple y revenido porque ambos son aceros inoxidables austeníticos; el endurecimiento por precipitación no es aplicable.

4. Propiedades mecánicas

Los valores varían según el formato del producto (laminado en frío o recocido, en lámina o barra) y el fabricante. A continuación se presentan rangos típicos indicativos de recocido para láminas/bobinas comerciales de acero inoxidable; consulte las fichas técnicas del proveedor para conocer los requisitos de adquisición precisos.

Propiedad (recocida, indicativa)	304	204Cu
Resistencia a la tracción (MPa)	~500 – 700	~550 – 750
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	~200 – 300	~250 – 350
Alargamiento (% en 50 mm)	~40 – 60	~30 – 50
Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	Alta, generalmente buena resistencia	En general, es buena; puede ser algo inferior en comparación con el mismo espesor debido a su mayor resistencia.
Dureza (HRB / HB)	~70 – 100 HRB (≈150 – 220 HB)	Ligeramente superior en promedio debido a la aleación/endurecimiento por deformación.

Interpretación: - El 204Cu es típicamente un poco más resistente tanto en límite elástico como en resistencia a la tracción en estado recocido y especialmente después del trabajo en frío, debido a la química Mn/N/Cu y a una mayor tasa de endurecimiento por deformación. - El acero 304 generalmente muestra mayor ductilidad y una tenacidad ligeramente mejor para un espesor y un historial de procesamiento equivalentes, lo que lo convierte en el preferido cuando se requiere embutición profunda o conformado severo. Ambos grados conservan una buena tenacidad a temperatura ambiente; la tenacidad a baja temperatura y los valores de impacto específicos dependen del contenido de nitrógeno y del procesamiento.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende de la composición (carbono, Mn, Ni, Cu, N), los ciclos térmicos y el diseño de la unión.

Índices importantes: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Equivalente de cromo (Pcm) para la susceptibilidad al agrietamiento en frío: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 304: Un menor contenido de Mn y un mayor contenido de Ni generalmente proporcionan una excelente soldabilidad, una baja tendencia al agrietamiento en caliente y una buena resistencia a la corrosión intergranular si se utilizan grados de bajo carbono (304L) o prácticas adecuadas de recocido posterior a la soldadura. - 204Cu: Un mayor contenido de Mn y Cu incrementa los términos en las expresiones CE/Pcm y puede aumentar la templabilidad y el riesgo de fisuración en determinadas condiciones; sin embargo, el 204Cu se produce y califica normalmente para ser soldable con procedimientos estándar (TIG, MIG, soldadura por resistencia) cuando se utilizan metales de aporte y diseños de juntas adecuados. Generalmente no se requieren temperaturas de precalentamiento ni entre pasadas para secciones delgadas, pero se debe seleccionar cuidadosamente el material de aporte y el tratamiento posterior a la soldadura. Nota práctica: Debido a que el acero 204Cu tiene menor contenido de níquel, es importante seleccionar el material de aporte adecuado y controlar la dilución para mantener la resistencia a la corrosión y la microestructura austenítica en la soldadura. En entornos ricos en cloruros, puede ser conveniente utilizar metal de soldadura de aleación 316 o superior.

6. Corrosión y protección de superficies

• 304: Buena resistencia general a la corrosión en ambientes atmosféricos, con productos químicos suaves y en entornos alimentarios. Susceptible a la corrosión por picaduras y grietas por cloruros en medios clorurados agresivos; no se recomienda su uso en agua de mar ni en ambientes clorurados altamente ácidos sin medidas de protección.
• 204Cu: Diseñado para proporcionar una resistencia a la corrosión comparable a la del 304 en muchos entornos de corrosión moderada a leve. Debido a la reducción de níquel, la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas puede ser similar, pero depende de los niveles exactos de Cr/N y de la presencia de molibdeno (generalmente ausente). El cobre puede aportar mejoras modestas a la resistencia frente a ciertas concentraciones de ácido sulfúrico y puede influir en la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en algunas condiciones, pero no sustituye en general las ventajas de las aleaciones con mayor contenido de níquel en aplicaciones con cloruros severos o a altas temperaturas.

Uso de índices: - El número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) es útil cuando Mo y N varían: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Tanto para 304 como para 204Cu (Mo ≈ 0), el PREN está determinado por Cr y N; ambos suelen tener valores de PREN moderados y no se consideran aleaciones de alta resistencia a la corrosión por picaduras.

Protección de superficies para acabados no inoxidables: Si se consideran opciones que no sean de acero inoxidable o de baja aleación, el galvanizado, la pintura o los recubrimientos poliméricos son los métodos estándar. Tanto el 304 como el 204Cu son aceros inoxidables; si se requiere protección adicional (por ejemplo, en ambientes marinos), se recomienda el uso de recubrimientos o de grados más resistentes a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado: El acero 304 suele ser superior para el embutido profundo y el conformado severo debido a su mayor ductilidad y menor endurecimiento por deformación en muchos estados de temple. El acero 204Cu, si bien es conformable, presenta mayor endurecimiento por deformación, por lo que puede requerirse mayor fuerza de conformado y recocidos intermedios para radios pequeños o formas complejas.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen rápidamente por deformación; la mayor resistencia y tendencia al endurecimiento por deformación del 204Cu pueden disminuir la maquinabilidad en comparación con el 304. El uso de herramientas adecuadas, configuraciones rígidas y control de virutas es esencial para ambos; el 204Cu puede requerir parámetros de corte más agresivos o herramientas de carburo para un mecanizado eficiente.
• Acabado superficial: Ambos tipos admiten acabados estándar (pulido, cepillado). La presencia de cobre en el acero 204Cu puede afectar ligeramente el color y la apariencia, e influir en los ciclos de grabado y decapado; siga las instrucciones del proveedor para los tratamientos químicos.
• Recomendación de conformado/fabricación: Para piezas estampadas o embutidas de gran volumen, se recomienda el acero inoxidable 304, a menos que la relación costo/resistencia o un entorno corrosivo justifiquen el uso de 204Cu. Para el conformado estructural de gran espesor, donde la resistencia es primordial, el mayor límite elástico del 204Cu puede resultar ventajoso.

8. Aplicaciones típicas

304 (usos típicos)	204Cu (usos típicos)
Equipos para el procesamiento de alimentos, electrodomésticos de cocina, fregaderos, dispositivos médicos, molduras arquitectónicas	Paneles de electrodomésticos, componentes de climatización, molduras decorativas, bienes de consumo donde un menor coste y una resistencia a la corrosión razonable sean suficientes.
Intercambiadores de calor, equipos de procesos químicos en ambientes templados	Intercambiadores de calor y tuberías en entornos no agresivos, muebles y accesorios
Elementos de fijación, tanques y tuberías en servicio sin cloruros	Aplicaciones donde se desea un contenido reducido de níquel por razones de costo o suministro, componentes estructurales ligeros

Justificación de la selección: - Elija el acero 304 cuando se requiera una resistencia comprobada a la corrosión, una buena conformabilidad y un amplio historial de aplicaciones, especialmente cuando haya contacto con alimentos, agentes de limpieza o una exposición moderada a cloruros. - Elija 204Cu cuando un menor contenido de níquel reduzca los costos, cuando el ambiente no contenga cloruros de forma agresiva y cuando se requiera una resistencia moderadamente mayor y una buena apariencia superficial.

9. Costo y disponibilidad

• El acero inoxidable 304 es uno de los más producidos y almacenados a nivel mundial; su disponibilidad en láminas, bobinas, placas, barras y tubos es excelente. Su costo está estrechamente ligado a los precios del níquel; cuando el precio del níquel es alto, el 304 se encarece.
• El acero 204Cu es una alternativa con menor contenido de níquel y suele tener un precio inferior al del acero 304 cuando el sobreprecio por níquel es considerable. Su disponibilidad está aumentando, pero puede ser más limitada en algunos formatos o tamaños; los plazos de entrega y las cantidades mínimas de pedido pueden variar según el proveedor y la región.
• Para adquisiciones de gran volumen, evalúe las tendencias del mercado del níquel a largo plazo y los inventarios de los proveedores locales; los lotes pequeños o las formas especiales pueden favorecer el 304 debido a un apoyo más amplio de los proveedores.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Métrico	304	204Cu
Soldabilidad	Excelente (bien caracterizado)	Funciona bien con los consumibles y controles adecuados.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada, alta ductilidad y tenacidad	Mayor resistencia, buena tenacidad; menor ductilidad en el mismo estado
Costo	Mayor (sensible al precio del níquel)	Menor (menor contenido de níquel; el cobre lo compensa)

Concluya con una guía de selección: - Elija 304 si necesita una resistencia a la corrosión probada y amplia (especialmente en entornos alimentarios, médicos o expuestos a cloruros), máxima conformabilidad para embutición profunda y la mayor disponibilidad en el mercado de formas de producto y consumibles de soldadura. Elija acero 204Cu si el costo de adquisición es un factor crítico o la disponibilidad de níquel es un problema, y ​​el entorno de servicio es de leve a moderado (condiciones de cloruro no agresivas). El acero 204Cu ofrece mayor resistencia en estado de fabricación y puede ser un buen sustituto para láminas, paneles y piezas estructurales ligeras donde las exigencias de conformabilidad son moderadas y el entorno corrosivo no es severo.

Nota final: Ambos grados tienen aplicaciones legítimas en la fabricación moderna. Para servicios críticos para la seguridad, expuestos a cloruros o altamente corrosivos, considere grados de acero inoxidable con mayor aleación o contenido de molibdeno (p. ej., 316 o superausteníticos). Siempre confirme los límites químicos y mecánicos exactos con las fichas técnicas del proveedor y realice una calificación específica para la aplicación (pruebas de soldadura, pruebas de corrosión, pruebas de conformado) antes de la selección final del material.