304 frente a 316L: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
Compartir
Table Of Content
Table Of Content
Introducción
Los aceros inoxidables austeníticos tipo 304 y 316L son los dos más utilizados en la industria. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción evalúan constantemente la resistencia a la corrosión, las características de fabricación, la soldabilidad, el rendimiento mecánico y el costo del ciclo de vida al elegir entre ellos. Las decisiones se toman típicamente en contextos como equipos para el sector alimentario y acabados arquitectónicos (donde el costo y la apariencia son importantes) frente a entornos marinos o de procesamiento químico (donde la resistencia a la corrosión por cloruros y picaduras, así como el rendimiento a largo plazo, son fundamentales).
La principal diferencia práctica radica en la estrategia de aleación: el acero 316L contiene molibdeno, una proporción de níquel/cromo ligeramente diferente y un menor contenido de carbono que el 304, lo que mejora notablemente su resistencia a la corrosión inducida por cloruros, aunque incrementa su coste. Debido a estas diferencias, los aceros 304 y 316L se comparan cuando los diseñadores deben equilibrar la resistencia a la corrosión, el comportamiento durante la fabricación y la soldadura, los requisitos mecánicos y el presupuesto.
1. Normas y designaciones
Normas internacionales comunes e identificadores típicos para cada grado:
- ASTM/ASME
- 304: ASTM A240 (placa), A276 (barras), UNS S30400
- 316L: ASTM A240 (placa), A276 (barras), UNS S31603
- EN (Europa)
- 304: EN 1.4301
- 316L: EN 1.4404
- JIS (Japón)
- 304: SUS304
- 316L: SUS316L
- GB (China)
- 304: 06Cr19Ni10 (o equivalente)
- 316L: 0Cr17Ni12Mo2 (o equivalente)
Clasificación: tanto el 304 como el 316L son aceros inoxidables (familia austenítica). No son aceros al carbono, aceros para herramientas, aceros aleados ni HSLA.
2. Composición química y estrategia de aleación
La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos (en peso %) que se encuentran habitualmente en las especificaciones ASTM/EN o en las fichas técnicas de la industria. Los valores son rangos y dependen de la norma o la forma específica del producto.
| Elemento | 304 (rango típico, % en peso) | 316L (rango típico, % en peso) |
|---|---|---|
| do | ≤ 0,08 | ≤ 0,03 |
| Minnesota | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| PAG | ≤ 0,045 | ≤ 0,045 |
| S | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 |
| Cr | 17,5–19,5 (≈18%) | 16,0–18,0 (≈16–17%) |
| Ni | 8,0–10,5 (≈8–10%) | 10,0–14,0 (≈10–12%) |
| Mes | - (rastro) | 2.0–3.0 |
| V | rastro | rastro |
| Nb (Cb) | — | trazas (no es típico del acero 316L) |
| Ti | — | trazas (no es típico del acero 316L) |
| B | rastro | rastro |
| norte | ≤ 0,10 (si se especifica) | ≤ 0,10 (si se especifica) |
Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo (Cr) proporciona la película de óxido pasiva que define el comportamiento inoxidable; ambos grados tienen suficiente Cr para una resistencia general a la corrosión. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la formabilidad. - El molibdeno (Mo) en 316L mejora significativamente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros. - La reducción de carbono (C) en 316L (la designación “L”) disminuye la sensibilización durante la soldadura y reduce la susceptibilidad a la corrosión intergranular. - En algunas especificaciones se pueden utilizar elementos minoritarios y nitrógeno para ajustar la resistencia y la resistencia a la corrosión localizada.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
Microestructura: Tanto el acero 304 como el 316L son totalmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido a temperatura ambiente. Generalmente no se transforman en ferrita ni en martensita durante los ciclos térmicos normales, excepto cuando se someten a un trabajo en frío intenso (lo que puede inducir martensita por deformación localizada en el acero 304).
Respuesta al tratamiento/procesamiento térmico: Los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen mediante los tratamientos térmicos convencionales de temple y revenido. El recocido (recocido de solubilización a ~1000–1150 °C, según las especificaciones) seguido de un enfriamiento rápido restaura la microestructura austenítica tratada térmicamente y disuelve los carburos. La sensibilización (precipitación de carburo de cromo en los límites de grano) se produce si las secciones se mantienen a temperaturas de entre 425 y 850 °C durante la soldadura o el tratamiento térmico. El acero con menor contenido de carbono (316L) reduce el riesgo. El procesamiento termomecánico (trabajo en frío + recocido de solubilización) controla la estructura del grano y las propiedades mecánicas; el trabajo en frío aumenta la resistencia a través del endurecimiento por deformación, pero también eleva las tensiones residuales y puede aumentar la susceptibilidad a la corrosión localizada si se interrumpe la película pasiva superficial. - La normalización no es aplicable para fortalecer los grados austeníticos; el recocido de solubilización es el estándar para eliminar el endurecimiento por deformación y restaurar la resistencia a la corrosión.
4. Propiedades mecánicas
La tabla siguiente muestra los valores mecánicos típicos para productos recocidos (láminas, placas y barras). Los rangos de propiedades dependen de la forma del producto (laminado en frío, laminado en caliente o forjado) y del espesor.
| Propiedad (recocida, típica) | 304 | 316L |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | ~515–720 | ~485–690 |
| Límite elástico, 0,2% (MPa) | ~205–310 | ~170–300 |
| Alargamiento (A %, típico) | ~40–60% | ~40–60% |
| Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente) | Bueno; generalmente alto | Comparable o ligeramente mejor a bajas temperaturas. |
| Dureza (HB/HRB, típica recocida) | ~100–200 HB | ~95–190 HB |
Interpretación: Ambos grados son dúctiles y tenaces en estado recocido. El 304 suele presentar una resistencia a la tracción/fluencia nominal ligeramente superior en ciertas formas de producto, pero las diferencias son pequeñas y dependen de la forma del producto. - El menor contenido de carbono del acero 316L reduce el riesgo de fragilización por precipitación de carburos y mejora el rendimiento después de la soldadura. - Para aplicaciones que requieren alta resistencia, trabajo en frío o aleaciones alternativas, se eligen estos materiales austeníticos; estos austeníticos se seleccionan principalmente por su resistencia a la corrosión y su conformabilidad, más que por su alta resistencia.
5. Soldabilidad
Los aceros inoxidables austeníticos se encuentran generalmente entre las aleaciones más soldables. Consideraciones clave sobre la soldabilidad: - El contenido de carbono afecta la sensibilización; el menor contenido de carbono del 316L reduce la precipitación de carburos durante los ciclos térmicos de la soldadura, mejorando la resistencia a la corrosión intergranular sin necesidad de un recocido de solución posterior a la soldadura. Los aceros inoxidables austeníticos tienen baja templabilidad y no son propensos al agrietamiento en frío inducido por hidrógeno que se observa en los aceros al carbono. Sin embargo, son susceptibles a la deformación debido a su baja conductividad térmica y su alto coeficiente de dilatación térmica.
Índices útiles de soldabilidad (solo para uso cualitativo): - El equivalente de carbono del IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - La fórmula PCM más completa: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretación: Tanto el acero 304 como el 316L presentan valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en comparación con aceros de alta resistencia y alto carbono, lo que indica una buena soldabilidad. El menor contenido de carbono del 316L reduce aún más los valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, lo que lo hace preferible para soldaduras de gran espesor o cuando se desea evitar el tratamiento térmico posterior a la soldadura. - Opciones comunes de material de aporte: utilice un material de aporte compatible (p. ej., 308L para 304, 316L/316 para 316L) para preservar la resistencia a la corrosión en el metal de soldadura. Para uniones de materiales diferentes, seleccione un material de aporte que evite puntos débiles por corrosión o corrosión galvánica.
6. Corrosión y protección de superficies
- Comportamiento del acero inoxidable: Ambos tipos de acero dependen de una película pasiva de óxido de cromo para su resistencia general a la corrosión. Para inmersión o ambientes agresivos con cloruros, el molibdeno es determinante.
- El Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras (PREN) es un indicador común de la resistencia a la corrosión localizada (por picaduras): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Implicaciones típicas de PREN:
- 304: carece de Mo, PREN impulsado principalmente por Cr y cualquier N; un PREN más bajo significa una mayor susceptibilidad a la corrosión por picaduras en ambientes de cloruro.
- 316L: El Mo aumenta el PREN, mejorando la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en medios que contienen cloruros (agua de mar, salmueras, algunas corrientes de procesos químicos).
- Aceros no inoxidables: a modo de contexto, los aceros al carbono/aleados requieren protección superficial como galvanizado, recubrimientos o pinturas; PREN no es aplicable a ellos.
Aplicabilidad: - Utilice 304 para atmósferas, exposición química leve, contacto con alimentos y ambientes interiores. - Utilice acero 316L donde se prevea la exposición a cloruros, atmósferas marinas o productos químicos halogenados, o donde los componentes soldados permanezcan en condiciones de servicio que puedan promover la sensibilización.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Maquinabilidad: Los aceros austeníticos se endurecen por deformación; el 316L suele ser más difícil de mecanizar que el 304 debido a que el molibdeno reduce la conductividad térmica y aumenta el desgaste de la herramienta en algunas operaciones. Para ambos aceros, utilice herramientas afiladas, avance lento con refrigerante denso y herramientas de carburo.
- Conformabilidad: Ambos grados son altamente conformables; el 304 suele preferirse para embutición profunda y trabajos decorativos debido a su resistencia ligeramente superior y buena ductilidad. El 316L ofrece un buen rendimiento en el conformado y se prefiere cuando se prioriza la soldadura posterior o la resistencia a la corrosión.
- Acabado superficial: Ambos se pulen hasta obtener un buen acabado estético; el 316L puede requerir una limpieza posterior a la soldadura más cuidadosa para restaurar la película pasiva en servicio corrosivo.
- Consideremos la recuperación elástica: los materiales austeníticos tienen un módulo elástico relativamente alto y presentan recuperación elástica al doblarse; el diseño de las herramientas debe tenerlo en cuenta.
8. Aplicaciones típicas
| 304 – Usos típicos | 316L – Usos típicos |
|---|---|
| Equipos de cocina, fregaderos, electrodomésticos, equipos para el procesamiento de alimentos (sin cloruros) | Herrajes náuticos, accesorios para embarcaciones, bombas de agua de mar, intercambiadores de calor |
| Molduras arquitectónicas y barandillas | Tuberías, tanques y accesorios de procesos químicos expuestos a cloruros |
| Elementos de fijación y herrajes para uso en interiores | Equipos farmacéuticos y médicos (316L o 316LVM para implantes) |
| Equipos para bebidas y productos lácteos (donde la exposición al cloruro es limitada) | Construcción marítima y costera, manejo de salmuera |
Justificación de la selección: - Elija el acero 304 cuando la estética, una resistencia moderada a la corrosión y la rentabilidad sean los factores primordiales y la exposición a cloruros sea limitada. - Elija 316L cuando el servicio implique cloruros, se requiera mayor resistencia a picaduras/grietas o los conjuntos soldados deban resistir el ataque intergranular sin recocido posterior a la soldadura.
9. Costo y disponibilidad
- Coste relativo: el acero 316L es más caro que el 304 debido a la adición de molibdeno y, a menudo, a un mayor contenido de níquel. La diferencia de precio varía según los precios de los metales en el mercado (fluctuaciones del níquel y el molibdeno) y el factor de forma.
- Disponibilidad: Ambos grados se encuentran ampliamente disponibles en todo el mundo en forma de láminas, placas, tubos, barras y tuberías. El acero inoxidable 304 suele ser la opción más accesible y económica; el 316L es común, pero a veces su disponibilidad es menor en tamaños o acabados especiales.
- Nota de compras: Al especificar 316L, confirme los plazos de entrega y el stock en la forma de producto requerida (por ejemplo, tubo sin soldadura, tubo soldado, calibre de chapa).
10. Resumen y recomendación
| Criterio | 304 | 316L |
|---|---|---|
| soldabilidad | Excelente (utilizar materiales de relleno con bajo contenido de carbono para ensamblajes soldados) | Excelente: superior para soldaduras gruesas y menor riesgo de sensibilización. |
| Resistencia-Tenacidad | Buena; resistencia nominal ligeramente superior en algunas formas | Resistencia comparable; rendimiento ligeramente inferior en algunas formas, pero excelente resistencia a bajas temperaturas. |
| Costo | Más bajo (más económico) | Mayor (prima de precio para Mo/Ni) |
Recomendación: - Elija el acero 304 si el costo y la resistencia general a la corrosión son las necesidades principales, para trabajos arquitectónicos de interior, equipos de servicio de alimentos (sin cloruros) y fabricación general donde el embutido profundo o el acabado superficial son clave. Elija acero inoxidable 316L si le preocupa la corrosión por picaduras o grietas inducida por cloruros, si los ensamblajes soldados deben evitar la corrosión intergranular sin tratamiento térmico posterior a la soldadura, o cuando el servicio sea marino, en procesos químicos o en entornos agresivos. Utilice acero inoxidable 316L cuando el costo del ciclo de vida y la confiabilidad en entornos hostiles justifiquen el mayor costo del material.
Consejo práctico final: consulte las normas de materiales y las fichas técnicas de los productos para conocer la composición exacta y las propiedades mecánicas del material del proveedor, y evalúe las pruebas de corrosión (por ejemplo, pruebas de resistencia a la corrosión por picaduras o polarización cíclica) para aplicaciones críticas expuestas a cloruros.