304 frente a 316: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos tipo 304 y tipo 316 se encuentran entre los grados más especificados en ingeniería, compras y fabricación. El dilema de selección para ingenieros y gerentes de compras suele centrarse en equilibrar la resistencia a la corrosión con el costo, y la soldabilidad/conformabilidad con la resistencia y el rendimiento a largo plazo en entornos agresivos. Los contextos de decisión típicos incluyen equipos para el procesamiento de alimentos, plantas químicas, estructuras marinas e instalaciones farmacéuticas, donde la selección de materiales debe considerar la exposición a cloruros, los métodos de fabricación y el costo del ciclo de vida.

La principal distinción metalúrgica entre estos dos grados es la adición deliberada de una estrategia de aleación con molibdeno en el 316 que mejora la resistencia a la corrosión localizada (picaduras y ataques por grietas) en comparación con el 304. Debido a que ambos son austeníticos, comparten muchas características mecánicas y de fabricación, por lo que los diseñadores los comparan habitualmente al especificar acero inoxidable para entornos de uso general a moderadamente agresivos.

1. Normas y designaciones

• Normas internacionales comunes:
• ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (placa, lámina), ASTM A312 (tubo), ASTM A276 (barras)
• EN: Serie EN 10088 (aceros inoxidables)
• JIS: SUS304, SUS316 (Normas Industriales Japonesas)
• GB: 0Cr18Ni9 (304), 0Cr17Ni12Mo2 (316) (Estándares GB chinos)
• Clasificación: tanto el tipo 304 como el tipo 316 son aceros inoxidables austeníticos (categoría inoxidable). No son aceros al carbono, aceros aleados, aceros para herramientas ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	Rango/tipo típico (en % peso) — 304	Rango/tipo típico (en % peso) — 316
do	≤ 0,08	≤ 0,08
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	16.0–18.0
Ni	8.0–10.5	10.0–14.0
Mes	— (normalmente 0)	2.0–3.0
V	rastro	rastro
Nb (Cb)	traza (no presente en el estándar 304)	traza (no en el estándar 316)
Ti	traza (no presente en el estándar 304)	rastro
B	rastro	rastro
norte	≤ 0,10	≤ 0,10

Notas: - La principal diferencia intencionada es la adición de Mo en el Tipo 316, que busca mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas inducida por cloruros. - Las variantes de bajo carbono (304L, 316L) reducen el riesgo de sensibilización durante la soldadura y el servicio a altas temperaturas; los grados estabilizados (por ejemplo, 321, 347) contienen Ti o Nb para fijar el carbono.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo proporciona la película de óxido pasiva (resistencia general a la corrosión). - El níquel estabiliza la fase austenítica, mejorando la tenacidad y la conformabilidad. - El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión localizada (picaduras/grietas) y aumenta ligeramente la resistencia en algunas condiciones. - El contenido de carbono influye en la resistencia y el comportamiento de precipitación de carburos (sensibilización) durante los ciclos térmicos.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica: tanto el acero 304 como el 316 son totalmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras, fcc) en estado recocido. Son prácticamente no magnéticos en dicho estado.
• Respuestas al tratamiento térmico y al procesamiento:
• El recocido de solución (rango típico 1010–1120 °C) seguido de un enfriamiento rápido restaura la ductilidad y disuelve los precipitados.
• Ni el 304 ni el 316 se pueden endurecer mediante ciclos de temple y revenido (no hay transformación martensítica que aprovechar); la resistencia mecánica se incrementa principalmente mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación) o mediante fortalecimiento por solución sólida a partir de la aleación.
• La sensibilización (precipitación de carburo de cromo) puede ocurrir entre 450 y 850 °C después de la soldadura o el enfriamiento lento; esto reduce la concentración de Cr localmente y aumenta el riesgo de corrosión intergranular. Estrategias de mitigación: utilizar aceros de bajo carbono (L), aceros estabilizados o realizar un tratamiento térmico de solubilización si es necesario.
• El procesamiento termomecánico (laminado en frío, estirado en frío) aumenta la resistencia mediante endurecimiento por deformación y puede introducir una leve respuesta magnética; el recocido posterior restaura la austenita y la formabilidad.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad (recocida, mínimos típicos/especificados)	Tipo 304	Tipo 316
Resistencia a la tracción (MPa)	≥ 515 (típico)	≥ 515 (típico)
Límite elástico, 0,2% (MPa)	≥ 205 (típico)	≥ 205 (típico)
Alargamiento (%)	≥ 40%	≥ 40%
resistencia al impacto	Excelente comportamiento dúctil a temperatura ambiente y bajas temperaturas; no suele especificarse.	Excelente comportamiento dúctil a temperatura ambiente y bajas temperaturas; no suele especificarse.
Dureza (recocida)	Normalmente ≤ 95 HRB (aprox.)	Normalmente ≤ 95 HRB (aprox.)

Interpretación: - En estado recocido, los mínimos de tracción y de fluencia son similares para ambos grados; las diferencias en resistencia son pequeñas y normalmente dependen del proceso o del trabajo en frío. Ambos grados son dúctiles y tenaces; ninguno es inherentemente más resistente que el otro en estado recocido. El trabajo en frío aumenta la resistencia y disminuye la ductilidad de forma similar en ambos. - Cualquier ligera diferencia en el comportamiento mecánico normalmente se debe al historial de procesamiento (trabajo en frío, tratamiento térmico) más que al contenido de Mo.

5. Soldabilidad

• Tanto el acero 304 como el 316 presentan una excelente soldabilidad mediante procesos estándar de soldadura por fusión y resistencia. Su bajo contenido de carbono (≤ 0,08) contribuye a limitar la susceptibilidad al endurecimiento y al agrietamiento.
• Los índices de soldabilidad basados ​​en el equivalente de carbono y la composición pueden orientar la selección del material de aporte y las prácticas previas y posteriores a la soldadura. Fórmulas empíricas comunes:
• $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretación cualitativa:
• En general, ambos grados se encuentran dentro del rango de “buena soldabilidad”; ​​las variantes de bajo carbono (L) son preferibles cuando la corrosión intergranular es una preocupación después de la soldadura.
• El uso de metal de aporte 316 coincidente es común al soldar metal base 316 para preservar la resistencia a la corrosión; para 304, los metales de aporte 308 son típicos.
• En la mayoría de las aplicaciones, el recocido de solubilización posterior a la soldadura rara vez es necesario para los aceros 304/316, a menos que las condiciones de servicio exijan la restauración completa de la resistencia a la corrosión en componentes sensibilizados. Para entornos con alto contenido de cloruros, se recomienda seleccionar acero 316L o utilizar grados estabilizados para evitar la sensibilización.

6. Corrosión y protección de superficies

• Al igual que los aceros inoxidables, ambos dependen principalmente de una película pasiva de óxido de cromo para su resistencia general a la corrosión. Los tratamientos superficiales (pasivación, decapado) pueden mejorar la calidad y la durabilidad de la película pasiva.
• Para entornos agresivos (con cloruros, marinos, procesos químicos), el Tipo 316 proporciona una resistencia superior a la corrosión localizada (picaduras y grietas) debido a la adición de molibdeno.
• El número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) es un índice común: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Con composiciones típicas, el PREN para el acero tipo 304 se sitúa aproximadamente en torno a los 18-19, mientras que el del tipo 316 suele estar en torno a los 25-26. Un PREN más elevado implica una mayor resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes clorados.
• Cuando el acero inoxidable no es adecuado o para aceros al carbono/aleados, las estrategias de protección convencionales son la galvanización, la pintura y otros recubrimientos; tales métodos están fuera del caso de uso típico para 304/316, que a menudo se seleccionan para evitar el mantenimiento del recubrimiento.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: ambos grados tienen una excelente conformabilidad en estado recocido; el 304 es ligeramente más común para el embutido profundo y el conformado complejo debido a su amplia disponibilidad y comportamiento predecible.
• Maquinabilidad: los aceros inoxidables austeníticos se endurecen fácilmente por deformación; el 316 tiende a ser ligeramente más difícil de mecanizar que el 304 debido a que el molibdeno puede aumentar el desgaste de la herramienta y el 316 se endurece más por deformación. Utilice herramientas robustas, geometría precisa y velocidades de avance elevadas con lubricación suficiente para reducir la formación de filo acumulado.
• Acabado: ambos se pulen bien; el 316 puede requerir una química de decapado/pasivación ligeramente diferente en entornos agresivos para optimizar la película pasiva.

8. Aplicaciones típicas

Tipo 304 — Usos típicos	Tipo 316 — Usos típicos
Equipos para el procesamiento de alimentos, utensilios de cocina, molduras arquitectónicas, almacenamiento de productos químicos (ambientes moderados), componentes de climatización	Herrajes marinos, intercambiadores de calor, equipos para procesos farmacéuticos, procesamiento químico con cloruros, elementos arquitectónicos costeros
Molduras decorativas, fregaderos domésticos, equipos para bebidas	Instrumentos quirúrgicos, dispositivos médicos (cuando se requiere mayor resistencia a la corrosión), componentes de desalinización
Tuberías, tubos y sujetadores de uso general en entornos sin cloruros	Elementos de fijación, bombas y válvulas expuestos al agua de mar o a corrientes de proceso ricas en cloruros.

Justificación de la selección: - Elija el acero 304 cuando la resistencia general a la corrosión, la conformabilidad, la soldabilidad y el menor costo sean las prioridades y la exposición a cloruros sea limitada. - Elija 316 cuando el entorno de servicio incluya cloruros, haluros u otros medios que promuevan la corrosión por picaduras y grietas, o cuando el mayor contenido de aleación justifique una vida útil más larga y un menor mantenimiento.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 316 suele ser más caro que el 304 debido a su mayor contenido de níquel y a la adición de molibdeno. Los precios fluctúan según los valores de mercado del níquel y el molibdeno.
• Disponibilidad: ambas calidades están ampliamente disponibles en láminas, placas, bobinas, barras, tuberías y tubos. La calidad 304 suele tener la mayor disponibilidad y base de suministro; la calidad 316 también está ampliamente disponible, pero puede tener un plazo de entrega ligeramente mayor o un precio más elevado en productos especiales o grandes volúmenes.

10. Resumen y recomendación

Atributo	Tipo 304	Tipo 316
soldabilidad	Excelente (utilizar variantes L si existe riesgo de sensibilización)	Excelente (utilice variantes L o un relleno compatible para obtener el mejor rendimiento frente a la corrosión).
Resistencia-Tenacidad	Bueno, similar; las propiedades dependen del trabajo en frío.	Bueno, similar; las propiedades dependen del trabajo en frío.
Costo	Más bajo (más económico)	Mayor contenido (de molibdeno y níquel)

Recomendación: - Elija 304 si: el servicio no requiere cloruros o es ligeramente corrosivo, la sensibilidad al costo es significativa y se requiere una excelente conformabilidad/soldabilidad para equipos de uso general (por ejemplo, procesamiento de alimentos, accesorios domésticos, aplicaciones arquitectónicas). - Elija el acero 316 si: el componente estará expuesto a ambientes que contienen cloruros (marinos, costeros o corrientes de proceso que contienen cloruros), donde una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas justifica el mayor costo del material; también elija el acero 316 para muchas aplicaciones de procesos farmacéuticos y químicos donde la confiabilidad del servicio en medios agresivos es fundamental.

Nota final: especifique variantes de bajo carbono (L) o estabilizadas y metales de aporte adecuados cuando los ciclos de soldadura o la exposición a altas temperaturas puedan causar sensibilización. Para aplicaciones críticas, realice una evaluación de riesgos de corrosión específica del sitio (que incluya la concentración de cloruros, la temperatura, la geometría de las grietas y la exposición cíclica) para confirmar la selección del grado y considere el uso de austeníticos dúplex o de mayor aleación cuando sea necesario.