304 vs 305 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos de grados 304 y 305 se utilizan ampliamente en aplicaciones de procesamiento, electrodomésticos, arquitectura e industria. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los equipos de compras suelen considerar la resistencia a la corrosión, la conformabilidad, la soldabilidad y el costo. El dilema de selección generalmente radica en si un proyecto requiere la mayor conformabilidad y la menor tasa de endurecimiento por deformación de una aleación, frente a las propiedades equilibradas y la amplia disponibilidad de la otra.

La principal diferencia práctica radica en que el acero 305 se alea para aumentar su ductilidad y facilitar el conformado en frío en comparación con el 304 (principalmente mediante una mayor concentración de níquel y el control asociado del carbono y el nitrógeno). Esta diferencia genera un rendimiento distinto en embutición profunda, estirado y algunas operaciones de mecanizado, mientras que la resistencia general a la corrosión y la estabilidad a altas temperaturas se mantienen similares. Debido a la similitud en el contenido de cromo y hierro base, los aceros 304 y 305 se comparan frecuentemente cuando los diseñadores buscan un mejor conformado sin sacrificar el rendimiento general frente a la corrosión.

1. Normas y designaciones

• Normas internacionales comunes:
• ASTM/ASME: 304 corresponde comúnmente a ASTM A240/A666, UNS S30400; 305 corresponde a ASTM A240 (donde se especifica) y UNS S30500.
• EN: 304 ≈ EN 1.4301 (X5CrNi18-10); 305 ≈ EN 1.4303 (X8CrNi21-7? — nota: los equivalentes EN directos varían según la química exacta; consulte la norma específica).
• JIS: 304 ≈ SUS304; 305 ≈ SUS305 (si se utiliza).
• GB (China): Las designaciones GB/T reflejan las químicas internacionales (consulte las tablas GB/T más recientes para obtener coincidencias exactas).
• Clasificación: Tanto el 304 como el 305 son aceros inoxidables austeníticos (familia de los aceros inoxidables), no aceros al carbono ni aceros HSLA. No son magnéticos (en estado recocido) y no son aceros para herramientas.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos que se encuentran en las especificaciones estándar y los grados comerciales. Los límites exactos dependen de la norma y la forma específica del producto; estos son rangos representativos con fines comparativos.

Elemento	Típico 304 (en peso %)	Típico 305 (en peso %)
do	≤ 0,08	≤ 0,12–0,15
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	18.0–20.0	18.0–20.0
Ni	8.0–10.5	10.0–13.0 (típico)
Mes	- (rastro)	- (rastro)
V	—	—
Nb (Cb)	—	—
Ti	—	—
B	—	—
norte	≤ 0,10 (control de traza)	≤ 0,10 (control de traza)

Notas: - El acero 305 se caracteriza principalmente por un mayor contenido de níquel en comparación con el 304. El níquel estabiliza la fase austenítica, reduce el límite elástico y la tasa de endurecimiento por deformación, e incrementa la ductilidad. - El contenido de carbono se controla para limitar la sensibilización y la corrosión intergranular; el contenido máximo de carbono permitido puede variar según las especificaciones del producto y afecta la resistencia a la corrosión después de la fabricación. - El molibdeno y otros elementos de microaleación generalmente están ausentes en estos grados; cuando están presentes en niveles traza, tienen un efecto insignificante sobre la resistencia típica a la corrosión.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo (Cr) proporciona la película de óxido pasiva que brinda resistencia general a la corrosión. El níquel (Ni) estabiliza la austenita y aumenta la tenacidad y la ductilidad. Un mayor contenido de Ni en el acero 305 reduce el exponente de endurecimiento por deformación y mejora la capacidad de embutición profunda. - El carbono y el nitrógeno aumentan la resistencia, pero, si son excesivos, pueden promover la sensibilización (precipitación de carburo de cromo en los límites de grano), lo que perjudica la resistencia a la corrosión intergranular a menos que se mitigue mediante variantes con bajo contenido de carbono o estabilización.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura (típica): Tanto el 304 como el 305 son completamente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido. No experimentan transformación martensítica durante el recocido normal; sin embargo, un trabajo en frío severo puede inducir martensita por deformación en algunos grados austeníticos (el 304 es más susceptible que el 305 debido a que el 305 tiene mayor contenido de Ni y menor energía de falla de apilamiento).
• Tratamiento térmico: Los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen mediante temple y revenido. Los procesos estándar incluyen el recocido (recocido de solubilización a ~1010–1120 °C seguido de enfriamiento rápido) para recuperar la ductilidad y disolver los carburos.
• Trabajo en frío: El endurecimiento por deformación aumenta la resistencia pero reduce la ductilidad. Debido a su mayor contenido de níquel, el acero 305 se endurece más lentamente y ofrece una conformabilidad superior para el embutido profundo, el estirado y el laminado.
• Tratamientos termomecánicos: Ninguno de los dos grados se somete normalmente a normalización o temple-revenido para mejorar su resistencia; los ajustes de las propiedades mecánicas se logran mediante ciclos de trabajo en frío y recocido de solubilización.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas que se indican a continuación son típicas de las placas/láminas recocidas y deben confirmarse con los certificados de materiales para coladas y formas de producto específicas.

Propiedad	304 (recocido, típico)	305 (recocido, típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~500–700	~480–650
0,2% de rendimiento (MPa)	~170–215	~150–200
Alargamiento (% en 50 mm)	~40–60	~45–65 (mayor ductilidad)
resistencia al impacto	Bueno, conserva su resistencia a bajas temperaturas.	Comparable o ligeramente mejor debido a su mayor contenido de níquel.
Dureza (HB/HRB)	~70–95 HB (~76 HRB)	Similar o ligeramente inferior en estado recocido

Interpretación: Ambas calidades ofrecen alta tenacidad y buena ductilidad en estado recocido. La calidad 305 tiende a presentar una resistencia a la fluencia ligeramente inferior y una elongación mejorada; esto responde al propósito de su diseño para facilitar las operaciones de conformado. La resistencia de estos aceros inoxidables austeníticos está fuertemente influenciada por el trabajo en frío más que por el tratamiento térmico; los diseñadores deben especificar las propiedades mecánicas requeridas en los documentos contractuales.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos es generalmente excelente en comparación con los grados ferríticos, pero es necesario prestar atención a la distorsión, la sensibilización y las propiedades posteriores a la soldadura.

Índices empíricos útiles: - Equivalente de carbono ($CE_{IIW}$) para evaluar cualitativamente la susceptibilidad al agrietamiento en frío y los efectos de la templabilidad: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Pcm (para predecir la susceptibilidad al agrietamiento en frío en soldaduras de acero; menos comúnmente aplicado al acero inoxidable, pero útil en la discusión cualitativa): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretación cualitativa: Tanto el acero 304 como el 305 se sueldan fácilmente con metales de aporte comunes (por ejemplo, la familia 308L/309L para el 304). Debido a su mayor contenido de níquel, el 305 tiende a ser aún menos propenso al agrietamiento por solidificación y conserva su ductilidad en la zona afectada por el calor. - El control del carbono es importante para evitar la sensibilización; se especifican variantes de bajo carbono (304L) cuando se sueldan secciones grandes sin recocido de solución posterior a la soldadura. - En general, no se requiere recocido posterior a la soldadura en la mayoría de los entornos de servicio; sin embargo, se aplican las mejores prácticas de alivio de tensiones y limpieza. - Para aplicaciones críticas, seleccione aleaciones de relleno que coincidan con las propiedades mecánicas y de corrosión; consulte los códigos de soldadura y las hojas de datos del metal de relleno.

6. Corrosión y protección de superficies

• Corrosión general: Con un contenido de cromo similar, los aceros 304 y 305 tienen una resistencia ampliamente similar a la corrosión atmosférica general, a los ácidos de la industria alimentaria y a muchos productos químicos orgánicos e inorgánicos.
• Corrosión por picaduras/grietas: Ninguno contiene cantidades significativas de molibdeno; para ambientes ricos en cloruros, son preferibles las aleaciones PREN de grado 316 o superior.
• PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras) útil para aceros inoxidables que contienen molibdeno: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Debido a que Mo ≈ 0 y N es bajo tanto en 304 como en 305, PREN es bajo y el índice ofrece poca ventaja en este caso; ambos no se recomiendan para servicio con cloruro agresivo sin medidas de protección.
• Protección superficial para aceros no inoxidables: No aplica en este caso; ambos son inoxidables. Cuando se requiere protección adicional, se pueden aplicar procesos de pasivación, electropulido y recubrimientos.
• Sensibilización: El control del carbono (y el uso de variantes con bajo contenido de carbono) o el recocido de solubilización reduce el riesgo de corrosión intergranular después de la soldadura.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: El acero 305 fue diseñado para mejorar el rendimiento en el embutido profundo y el estirado. Su mayor contenido de níquel reduce la tasa de endurecimiento por deformación, lo que permite una mayor deformación en una sola etapa y menos recocidos intermedios.
• Maquinabilidad: Tanto el acero 304 como el 305 son más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono. La menor tasa de endurecimiento por deformación del 305 puede facilitar algunas operaciones de mecanizado (menor presión sobre la herramienta y menor tendencia al endurecimiento rápido), pero ninguno de los dos se compara con los aceros de fácil mecanizado (p. ej., el 303). Utilice herramientas afiladas, avances adecuados y lubricación.
• Doblado y estampado: el 305 generalmente produce dobleces más suaves con menos recuperación elástica y agrietamiento en trabajos con láminas de calibre delgado.
• Acabado superficial y conformado: El acero 305 reduce el riesgo de rugosidad superficial durante el conformado; para obtener acabados visibles de alta calidad, seleccione el acabado superficial adecuado y controle las herramientas para evitar el gripado.

8. Aplicaciones típicas

304 – Usos típicos	305 – Usos típicos
Equipos para el procesamiento de alimentos, fregaderos de cocina, lavabos y encimeras	Componentes de electrodomésticos embutidos, artículos domésticos moldeados
Tuberías y tanques para procesos químicos (general)	Piezas embutidas y conformadas que requieren alta ductilidad (por ejemplo, piezas embutidas poco profundas).
Molduras arquitectónicas y pasamanos	Paneles de formas complejas, componentes decorativos que requieren radios de curvatura reducidos
Sujetadores, resortes (cuando corresponda)	Molduras interiores de automóviles, piezas pequeñas estampadas que requieren una conformabilidad superior
Intercambiadores de calor, conductos y fabricación en general	Aplicaciones donde una capacidad de dibujo superior reduce los pasos de procesamiento

Justificación de la selección: Elija el acero inoxidable 304 cuando la resistencia a la corrosión, la disponibilidad y las propiedades mecánicas equilibradas sean primordiales. Es el estándar industrial para aceros inoxidables de uso general. - Elija el acero 305 cuando el embutido profundo, el estirado y la ductilidad superior reduzcan los pasos de fabricación o los desechos; el acero 305 puede reducir el costo de procesamiento de componentes formados complejos a pesar de un costo de material ligeramente mayor.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: Debido a que el acero 305 suele contener más níquel, su precio por kilogramo generalmente es más alto que el del acero 304, en igualdad de condiciones. La volatilidad del mercado del níquel influye en las diferencias de precio relativas.
• Disponibilidad: El acero inoxidable austenítico 304 es el más común y se encuentra disponible en láminas, placas, tubos, alambres y barras. El acero 305 está disponible en formatos comunes (láminas, flejes y bobinas), pero su disponibilidad puede ser menor en todos los formatos y espesores; además, los plazos de entrega pueden ser más largos para formatos especiales.
• Recomendación para compras: Para piezas estampadas de gran volumen, especifique acero inoxidable 305 solo si el ahorro en el conformado posterior compensa el mayor costo unitario del material. Para fabricaciones únicas o de bajo volumen, las ventajas de suministro del acero inoxidable 304 suelen ser determinantes.

10. Resumen y recomendación

Atributo	304	305
Soldabilidad	Excelente (práctica estándar)	Excelente (ductilidad ligeramente mejor en la ZAT)
Resistencia-Tenacidad	Fuerza y ​​resistencia equilibradas	Tenacidad similar, límite elástico ligeramente inferior, mayor ductilidad
Costo	Inferior (más común)	Mayor (más Ni)

Conclusiones: - Elija el acero inoxidable 304 si necesita un acero inoxidable austenítico de uso general, ampliamente disponible y económico, con buena resistencia a la corrosión y propiedades convencionales de conformado y soldadura. - Elija el acero 305 si el proceso de fabricación requiere una conformabilidad en frío superior, embutición profunda o una menor recuperación elástica y endurecimiento por deformación; el acero 305 puede reducir los pasos de conformado y los desechos en piezas estampadas o de gran volumen con conformado profundo, a pesar de un precio del material más elevado.

Orientación práctica final: - Verifique los límites químicos y mecánicos exactos con los informes de pruebas de fábrica del proveedor y la norma pertinente (ASTM/EN/GB/JIS) antes de la selección final. - Para componentes soldados, expuestos a cloruros o sometidos a cargas elevadas, evalúe aleaciones alternativas (por ejemplo, 316, grados dúplex) o tratamientos posteriores a la fabricación en lugar de confiar en diferencias marginales entre 304 y 305.