304 vs 304L – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El acero inoxidable austenítico tipo 304 y su variante de bajo carbono, el 304L, son los dos más utilizados en la industria. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción evalúan habitualmente la resistencia a la corrosión, el rendimiento mecánico, la soldabilidad y el coste al elegir entre ellos. Entre los contextos típicos de decisión se incluyen equipos a presión, el procesamiento de alimentos y productos farmacéuticos, componentes arquitectónicos y conjuntos soldados donde la resistencia a la corrosión posterior a la soldadura es fundamental.

La principal distinción metalúrgica es el menor contenido máximo de carbono del 304L en comparación con el 304. Ese único cambio altera la susceptibilidad a la precipitación de carburos durante la soldadura y la exposición a altas temperaturas, y por lo tanto afecta la soldabilidad y el comportamiento de corrosión posterior a la soldadura, produciendo solo diferencias menores en la resistencia mecánica.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: A240 (placa), A276 (barras), A312 (tubería) — referencias comunes para ambos grados.
• SNU: 304 = S30400; 304L = S30403.
• ES: 304 = 1,4301; 304L = 1,4307.
• Existen equivalentes JIS y GB (por ejemplo, SUS304 / SUS304L en JIS).
• Clasificación: ambos son aceros inoxidables (austeníticos); no son aceros al carbono, aceros aleados, aceros para herramientas ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla resume los principales elementos de aleación y las prácticas de control habituales para cada grado. Los valores mostrados son máximos representativos o rangos típicos según las especificaciones de uso común; consulte siempre las especificaciones del proyecto o el certificado de ensayo de fábrica para conocer los límites contractuales.

Elemento	Rol típico	304 (límites típicos)	304L (límites típicos)
C (carbono)	Resistencia, precipitación de carburos	≤ 0,08% (máx.)	≤ 0,03% (máx.)
Mn (manganeso)	Desoxidante, estabilizador de austenita	≤ 2,0%	≤ 2,0%
Si (silicio)	Desoxidante	≤ 1,0%	≤ 1,0%
P (fósforo)	Riesgo de impurezas y fragilización	≤ 0,045%	≤ 0,045%
S (azufre)	Maquinabilidad (añadida como impureza)	≤ 0,03%	≤ 0,03%
Cr (cromo)	Pasivación, resistencia a la corrosión	~18–20%	~18–20%
Ni (níquel)	Estabilizador de austenita, tenacidad	~8–11%	~8–12%
Mo (molibdeno)	Resistencia a la corrosión por picaduras (no presente)	típicamente ninguno	típicamente ninguno
V, Nb, Ti, B, N	Microaleación, estabilización (poco común)	generalmente no se especifica	generalmente no se especifica

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo forma la película de óxido pasiva que confiere al acero inoxidable su resistencia a la corrosión. - El níquel estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la ductilidad. - El carbono aumenta la resistencia, pero en concentraciones más altas puede combinarse con el cromo para formar carburos de cromo en los límites de grano, reduciendo la resistencia a la corrosión local (sensibilización). - El menor contenido de carbono en el acero 304L reduce la tendencia a la precipitación de carburos durante la soldadura y la exposición a altas temperaturas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el acero 304 como el 304L son totalmente austeníticos a temperatura ambiente cuando se procesan correctamente. Características microestructurales típicas y respuestas al tratamiento térmico:

• Estado de fabricación (recocido/recocido de solubilización): austenita cúbica centrada en las caras (FCC) uniforme con carburos finos y uniformemente distribuidos (si los hubiera). El recocido de solubilización disuelve los carburos y restaura la resistencia a la corrosión mediante un enfriamiento rápido para evitar la reprecipitación.
• Trabajo en frío: ambos grados se endurecen rápidamente por deformación (los aceros inoxidables austeníticos tienen altas tasas de endurecimiento por deformación), lo que produce una mayor densidad de dislocaciones y posiblemente martensita inducida por deformación en secciones muy deformadas (especialmente a bajas temperaturas o con un conformado en frío agresivo).
• Soldadura y sensibilización: durante la soldadura, al exponerse a temperaturas de entre 450 y 850 °C (aprox.), los carburos de cromo pueden precipitarse en los límites de grano del acero inoxidable 304 con mayor contenido de carbono, reduciendo el cromo adyacente y aumentando la susceptibilidad a la corrosión intergranular. El menor contenido de carbono del acero inoxidable 304L minimiza este riesgo de precipitación de carburos.
• Tratamiento térmico: ninguno de los dos grados se endurece por temple; para recuperar la resistencia a la corrosión y la ductilidad se utiliza un recocido de solubilización (p. ej., a 1050-1100 °C) seguido de un enfriamiento rápido. No es aplicable el endurecimiento convencional por temple y revenido, como en los aceros martensíticos.

4. Propiedades mecánicas

En lugar de valores absolutos (que dependen de la forma y las especificaciones del producto), la tabla siguiente compara el comportamiento relativo típico en la condición recocida.

Propiedad	304	304L	Comentario
Resistencia a la tracción (recocido)	Más alto (ligeramente)	Más bajo (ligeramente)	Un menor contenido de carbono produce una resistencia a la tracción ligeramente inferior para el acero 304L.
Fuerza de fluencia	Más alto (ligeramente)	Más bajo (ligeramente)	La misma tendencia que la resistencia a la tracción.
Alargamiento / Ductilidad	Bien	Igual o ligeramente mejor	El acero 304L puede mostrar una ductilidad ligeramente mejor debido a su menor contenido de C.
resistencia al impacto	Excelente (depende de la temperatura)	Equivalente	Ambos mantienen una buena resistencia a temperaturas ambiente.
Dureza (recocida)	Un poco más alto	Un poco más abajo	Las diferencias son pequeñas; ambos son relativamente blandos en estado recocido.

Implicación práctica: las diferencias de resistencia entre 304 y 304L son modestas en estado recocido y a menudo no son decisivas, excepto cuando se requieren resistencias mínimas especificadas en el código.

5. Soldabilidad

Los aceros inoxidables austeníticos generalmente se consideran altamente soldables; sin embargo, el contenido de carbono afecta la susceptibilidad a la precipitación de carburos y la necesidad de tratamientos posteriores a la soldadura.

Consideraciones clave sobre la soldabilidad: - El menor contenido de carbono en el acero 304L reduce el riesgo de sensibilización y corrosión intergranular posterior a la soldadura, lo que convierte al 304L en una opción más segura para estructuras soldadas que no se someterán a un tratamiento térmico de solución después de su fabricación. Ambos grados presentan una alta ductilidad en la soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC), lo que minimiza el riesgo de fisuración en frío. Sin embargo, son propensos a la fisuración en caliente en condiciones de soldadura inadecuadas si existen contaminantes o un ajuste deficiente. Los aceros inoxidables austeníticos tienen una alta expansión térmica y una baja conductividad térmica; el control de la distorsión y el diseño de las juntas son importantes.

Índices empíricos útiles de soldabilidad (interpretación cualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Un valor más alto de $CE_{IIW}$ indica una mayor templabilidad y un mayor riesgo de agrietamiento en aceros donde las transformaciones martensíticas son relevantes; para los aceros inoxidables austeníticos ayuda a comparar los efectos relativos del contenido de aleación en el comportamiento de la ZAT de soldadura. - Número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (para aceros inoxidables aleados) y la fórmula Pcm de uso común para la propensión 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: Valores más bajos de $P_{cm}$ implican una menor susceptibilidad al agrietamiento por soldadura. El menor contenido de carbono del acero 304L reduce la contribución del carbono al valor de $P_{cm}$ en comparación con el acero 304.

Orientación cualitativa: - Utilice 304L para conjuntos soldados grandes, secciones delgadas sin recocido posterior a la soldadura o cuando la pieza no pueda someterse a recocido de solución después de la soldadura. - Si la fabricación incluye un recocido de solución completo después de la soldadura, el acero 304 puede ser aceptable; el acero 304 puede proporcionar una resistencia ligeramente mayor cuando sea beneficioso.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el acero inoxidable 304 como el 304L se basan en una capa de óxido pasiva rica en cromo para ofrecer resistencia a la corrosión en ambientes moderados (atmosféricos, muchos servicios alimentarios y químicos). Ninguno contiene molibdeno y, por lo tanto, es menos resistente a la corrosión por picaduras localizadas en ambientes ricos en cloruros que las calidades que sí lo contienen.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) se utiliza comúnmente para aleaciones que contienen Mo y N para estimar la resistencia a la corrosión por picaduras: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Para 304/304L, Mo ≈ 0, por lo que PREN es esencialmente Cr + 16×N; este índice tiene una discriminación limitada para estos grados porque su composición carece de Mo.
• Sensibilización y corrosión intergranular: la principal diferencia práctica radica en que el acero 304L es menos propenso a la sensibilización tras la soldadura, ya que la precipitación de carburos, que requiere una cantidad apreciable de carbono, es menos probable. Para aplicaciones donde la corrosión intergranular es un problema y el tratamiento térmico de solubilización posterior a la soldadura resulta impráctico, se prefiere el acero 304L.
• Protección de la superficie: al ser inoxidables, ninguno de los dos grados requiere habitualmente galvanización o pintura para la prevención de la corrosión, pero los daños mecánicos, la exposición agresiva a cloruros o los entornos químicos severos pueden requerir recubrimientos, protección catódica o sustitución por grados de aleación superiores.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: ambos grados se conforman y embuten profundamente bien en estado recocido; la resistencia ligeramente menor del 304L puede ayudar en operaciones de embutición profunda o conformado donde minimizar el agrietamiento y la recuperación elástica es beneficioso.
• Maquinabilidad: los aceros inoxidables austeníticos son más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono debido a su rápido endurecimiento por deformación y su baja conductividad térmica. Los aceros 304 y 304L presentan una maquinabilidad similar; se recomienda el uso de herramientas de carburo y parámetros de corte controlados. Existen variantes sulfuradas de fácil mecanizado (p. ej., 303) que ofrecen una mejor maquinabilidad, pero con menor resistencia a la corrosión.
• Acabado superficial y pulido: ambos requieren un pulido de alto brillo, siendo la preparación de la superficie y el acabado mecánico similares.
• Fabricación mediante soldadura: El acero 304L reduce el riesgo de corrosión posterior a la soldadura en conjuntos soldados y, a menudo, elimina la necesidad de un recocido de solución únicamente para recuperar la resistencia a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

304	304L
Equipamiento de cocina, fregaderos, electrodomésticos, molduras arquitectónicas	Recipientes a presión, tuberías y tanques soldados y no sometidos a recocido de solución
Equipos de refrigeración y procesamiento de alimentos	Tanques de almacenamiento de productos químicos y tuberías donde se requiere resistencia a la corrosión posterior a la soldadura
molduras decorativas para automóviles	Grandes estructuras soldadas, por ejemplo, depósitos de combustible, donde la minimización de la sensibilización es importante.
Intercambiadores de calor en ambientes templados	Es común el uso de equipos farmacéuticos y biotecnológicos donde la soldadura sin tratamiento térmico posterior a la soldadura es una práctica común.

Justificación de la selección: elija el acero inoxidable 304 cuando se acepte una resistencia mecánica ligeramente superior y una fabricación estándar con posible recocido posterior a la soldadura, y cuando la minimización de costos sea un factor determinante. Elija el acero inoxidable 304L cuando la soldadura sea el método de fabricación predominante y el proyecto no pueda o no vaya a incluir un recocido de solubilización posterior a la soldadura, o cuando sea imprescindible minimizar el riesgo de corrosión intergranular.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 304 es generalmente un poco menos costoso por kilogramo que los aceros inoxidables estabilizados o especializados; el 304L puede tener un sobreprecio marginal debido a un control más estricto del carbono, pero en muchos mercados la diferencia de precio entre el 304 y el 304L es pequeña.
• Disponibilidad: ambos productos están ampliamente disponibles en placas, láminas, bobinas, tubos y barras, procedentes de múltiples fábricas y distribuidores a nivel mundial. Los plazos de entrega suelen ser cortos para los formatos estándar; para grandes volúmenes o acabados superficiales especiales, se recomienda confirmar la disponibilidad al inicio del proceso de compra.

10. Resumen y recomendación

Atributo	304	304L
Soldabilidad (práctica)	Bien	Mejor para conjuntos soldados sin recocer.
Resistencia-Tenacidad (recocido)	Fuerza ligeramente superior	Resistencia ligeramente inferior, tenacidad comparable.
Costo	Ligeramente inferior o comparable	Ligeramente superior o comparable

Recomendación: - Elija 304 si: - Se requiere una resistencia a la tracción o a la fluencia ligeramente superior en estado recocido, y se prevé o es factible un recocido de solución completo después de la fabricación. - El diseño se fabrica principalmente con pernos o donde la soldadura es limitada y la sensibilidad a la precipitación de carburo posterior a la soldadura es baja. - Elija 304L si: - El componente se soldará extensamente y no podrá someterse a un recocido de solubilización posterior, o si minimizar el riesgo de corrosión intergranular en la ZAT es un requisito clave. - Las condiciones de fabricación y servicio implican temperaturas o exposiciones que de otro modo promoverían la sensibilización en el acero 304 con mayor contenido de carbono.

Nota práctica final: la diferencia en el contenido de carbono es pequeña, pero significativa para los ensamblajes soldados y la exposición a altas temperaturas. Para equipos a presión críticos para la seguridad o regulados por normas, siempre confirme la selección del material conforme a la norma o código aplicable (p. ej., ASME) y especifique la forma del producto, el tratamiento posterior a la soldadura y los criterios de inspección requeridos en los documentos de adquisición.