304 vs 316Ti – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 304 y 316Ti son dos de las aleaciones más utilizadas en equipos de proceso, tuberías, arquitectura y componentes fabricados. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia a la corrosión, la facilidad de fabricación, el coste del material y el rendimiento a largo plazo. Las decisiones típicas se toman en contextos específicos, como la selección de un grado para entornos ligeramente corrosivos donde el coste y la conformabilidad son importantes (optando por el 304), frente a entornos corrosivos o a altas temperaturas donde la resistencia a la sensibilización o a la corrosión por picaduras es fundamental (optando por las variantes estabilizadas del 316).

La principal diferencia metalúrgica radica en que el 316Ti es una versión estabilizada con titanio de la familia 316: el titanio se añade deliberadamente para fijar el carbono en forma de titanuros (TiC/TiN) e inhibir la precipitación de carburo de cromo (sensibilización) en los límites de grano. Esta estabilización mejora la resistencia a la corrosión intergranular tras la exposición a ciclos térmicos sensibilizantes y puede mejorar la estabilidad a altas temperaturas, conservando las propiedades generales del acero inoxidable 316.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes:
• ASTM / ASME: Tipo 304 (UNS S30400), Tipo 316Ti (UNS S31635)
• EN: 304 (1.4301), 316Ti (1.4571)
• JIS: SUS304, SUS316Ti
• GB (China): 0Cr18Ni9 (304), 0Cr17Ni12Mo2Ti (316Ti)
• Clase de material: Ambos son aceros inoxidables austeníticos (inoxidables, no magnéticos en estado recocido). No son aceros al carbono ni HSLA; pertenecen a la familia de aleaciones inoxidables diseñadas para la resistencia a la corrosión y la conformabilidad, en lugar del endurecimiento total mediante temple y revenido.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	Típico 304 (en peso %)	316Ti típico (en peso %)
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	17,5–19,5	17.0–19.0
Ni	8.0–10.5	10.0–13.0
Mes	- (rastro)	2.0–2.5
V	—	—
Nótese bien	—	—
Ti	—	0,4–0,8 (depende de las especificaciones)
B	—	—
norte	≤ 0,11 (traza)	≤ 0,11 (traza)

Notas: Los rangos anteriores reflejan las especificaciones industriales comunes (EN/ASTM/JIS) y la práctica comercial habitual. Los rangos permitidos exactos dependen de la norma y la forma del producto. - El acero 316Ti se diferencia del acero 316 estándar principalmente por la adición deliberada de titanio en una cantidad generalmente relacionada con el contenido de carbono (suficiente Ti para combinarse con el carbono libre).

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El cromo (Cr) proporciona la película de óxido pasiva que ofrece resistencia a la corrosión. Un mayor contenido de Cr mejora la resistencia general a la corrosión y la resistencia a la formación de incrustaciones a temperaturas elevadas. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica, mejora la tenacidad y la ductilidad, y reduce la respuesta magnética. - El molibdeno (Mo) en 316Ti mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros. - El titanio (Ti) en 316Ti se une al carbono para formar carburos/nitruros de titanio, evitando la formación de carburo de cromo en los límites de grano y reduciendo así la sensibilización y la corrosión intergranular después de la exposición térmica. - El carbono (C) aumenta la resistencia (cuando no está estabilizado) pero exacerba la sensibilización en el rango de 450–850 °C a menos que esté estabilizado o se mantenga bajo (como en el 316L).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el 304 como el 316Ti son totalmente austeníticos en estado recocido. Consideraciones microestructurales:

• 304: La microestructura recocida es austenítica con una distribución uniforme de la composición química en los límites de grano. Al exponerse a temperaturas de sensibilización (entre 450 y 850 °C) o a un enfriamiento lento, pueden precipitarse carburos de cromo (Cr₂₃C₆) en los límites de grano si hay carbono disponible, lo que provoca una disminución local del cromo y hace que el acero sea susceptible a la corrosión intergranular. El trabajo en frío puede introducir martensita inducida por deformación en el acero 304, lo que afecta la respuesta magnética y la dureza local.

• 316Ti: también austenítico, pero el titanio fija el carbono en forma de precipitados de TiC/TiN o Ti(C,N), que son más estables y se forman a temperaturas más altas que los carburos de cromo. Esto ayuda a prevenir el agotamiento del cromo durante las variaciones térmicas y los ciclos de soldadura. Sin embargo, si el Ti no está adecuadamente equilibrado con el C (insuficiente Ti), aún pueden formarse carburos. La exposición excesiva a temperaturas muy altas puede crear otros precipitados (fase sigma) que pueden fragilizar la aleación si se mantiene en el rango de 600–900 °C durante períodos prolongados; la estabilización térmica por sí sola no elimina todos los mecanismos de fragilidad a altas temperaturas.

Respuesta al tratamiento térmico: El recocido de solubilización (práctica habitual) restaura la ductilidad y disuelve los precipitados no deseados: las temperaturas típicas de recocido de solubilización para los aceros inoxidables austeníticos suelen oscilar entre 1010 y 1150 °C (consulte la norma aplicable). Se utiliza un enfriamiento rápido (con agua o aire) para preservar el estado de solubilización. Ni el acero 304 ni el 316Ti responden al temple y revenido para su fortalecimiento como lo hacen los aceros ferríticos o martensíticos. El trabajo en frío aumenta la resistencia (endurecimiento por deformación) pero reduce la ductilidad. - El procesamiento termomecánico (laminación en frío, ciclos de recocido) controla el tamaño del grano y las propiedades mecánicas de los productos en láminas y tiras.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad (recocida, típica)	304	316Ti
Resistencia a la tracción (UTS)	Rango típico para formas de productos recocidos: ~480–700 MPa*	Similar al 316; típicamente ~480–700 MPa*
Límite elástico (0,2% de prueba)	Mínimo común ≈ 190–205 MPa*	Mínimo común ≈ 190–205 MPa*
Alargamiento (A%)	Alta ductilidad; típicamente ≥ 40% dependiendo de la forma del producto	Ductilidad comparable; típica ≥ 40%
resistencia al impacto	Excelente a temperatura ambiente; conserva su dureza a bajas temperaturas.	Comparable a temperatura ambiente; buena resistencia a bajas temperaturas.
Dureza (recocida)	Baja dureza, buena conformabilidad (aprox. 70–95 HRB, rangos típicos según la forma del producto)*	Similar al acero 304 en estado recocido*

*Los valores varían según la forma del producto (chapa, placa, barra, laminado en frío) y el temple exacto. Consulte la norma específica o los certificados de ensayo de fábrica para obtener los valores mecánicos garantizados.

Interpretación: En estado recocido, ambas calidades presentan resistencia y tenacidad comparables. El trabajo en frío incrementa la resistencia en ambas; la aleación 316Ti puede mostrar una resistencia ligeramente superior en ciertas condiciones debido a su aleación, pero las diferencias son modestas. La tenacidad es generalmente excelente en ambas gracias a su microestructura austenítica.

5. Soldabilidad

Consideraciones sobre la soldabilidad: Tanto el acero 304 como el 316Ti son fácilmente soldables mediante métodos comunes de fusión y resistencia. Su contenido relativamente bajo de carbono limita el endurecimiento durante la soldadura, pero puede producirse sensibilización en el 304 y en el 316 no estabilizado si los ciclos térmicos de la soldadura generan precipitación de carburos. - La estabilización con titanio del 316Ti lo hace más tolerante a los aportes de calor de la soldadura y al enfriamiento posterior a la soldadura que de otro modo sensibilizarían a los grados no estabilizados; a menudo se especifica para componentes soldados destinados a servicio a temperaturas elevadas o donde el alivio de tensiones posterior a la soldadura no es práctico.

Índices útiles de soldabilidad (solo para uso cualitativo): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (susceptibilidad a la fluencia o al agrietamiento por 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: Ambos índices aumentan con los elementos de aleación que favorecen la templabilidad o la segregación. El acero 316Ti presentará un Pcm ligeramente diferente debido al Ti y al Mo; sin embargo, para composiciones típicas de acero inoxidable austenítico, el CE y el Pcm se mantienen bajos en comparación con los aceros de alto carbono y no limitan la soldabilidad en aplicaciones comunes. Las prácticas previas y posteriores a la soldadura (limpieza, control del aporte térmico, selección del material de aporte) son importantes para evitar la corrosión localizada y lograr propiedades mecánicas adecuadas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento del acero inoxidable: ambos dependen de películas pasivas de óxido de cromo. El 316Ti ofrece una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y por hendiduras causada por cloruros en comparación con el 304 debido a su contenido de molibdeno.

• El uso del PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) ayuda a comparar la susceptibilidad a un ataque localizado: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretación: Un PREN más alto indica una mejor resistencia a la corrosión por picaduras. El acero 316Ti, al contener Mo, tendrá un PREN mayor que el 304; el contenido de nitrógeno también influye cuando está presente.

• Sensibilización: El acero 304 puede ser susceptible a la corrosión intergranular tras la exposición a temperaturas sensibilizantes. El acero 316Ti resiste la sensibilización porque el titanio forma preferentemente carburos y nitruros estables, preservando el cromo en solución sólida en los límites de grano.

• Alternativas no inoxidables: no aplicable en este caso; los métodos de protección como la galvanización o la pintura se utilizan para aceros al carbono, no para aceros inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y embutición profunda: El acero 304 suele preferirse por su facilidad de conformado y embutición profunda debido a su menor índice de endurecimiento por deformación y su buena ductilidad.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos son más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono. El 316Ti (al igual que el 316) suele mecanizarse peor que el 304 debido a su mayor contenido de aleación (Mo, Ni) y su tendencia al endurecimiento por deformación; es necesario ajustar las herramientas, la velocidad y el avance.
• Acabado superficial: tanto el pulido como la pasivación son adecuados; el granallado y el electropulido son procesos comunes. En conjuntos soldados, el acero 316Ti reduce la necesidad de recocido de solubilización posterior a la soldadura para mitigar la sensibilización, en comparación con los aceros 316 o 304 no estabilizados, aunque aún se requiere limpieza y pasivación localizadas para un óptimo comportamiento frente a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

304 – Usos típicos	316Ti – Usos típicos
Equipos de cocina, componentes para el procesamiento de alimentos, molduras arquitectónicas, tuberías de uso general, electrodomésticos	Intercambiadores de calor y tuberías para servicios cíclicos o de alta temperatura, procesamiento químico donde existe riesgo de corrosión por picaduras de cloruros o sensibilización, equipos de refinería expuestos a variaciones térmicas.
molduras para automóviles, industria de bebidas, conductos de climatización	Recipientes y tuberías soldados sometidos a ciclos térmicos de soldadura repetidos; componentes que requieren resistencia a la corrosión intergranular después de su fabricación.
Componentes conformados en frío que requieren buena conformabilidad a menor costo	Componentes especiales donde el Mo y el Ti, en conjunto, proporcionan control de la corrosión localizada y estabilidad térmica.

Justificación de la selección: - Elija el acero 304 para aplicaciones generales donde el costo, la conformabilidad y una resistencia a la corrosión aceptable en ambientes sin cloruros sean factores primordiales. - Elija 316Ti cuando el servicio implique exposición a cloruros, temperaturas elevadas o ciclos térmicos/de soldadura que podrían sensibilizar aleaciones no estabilizadas; el costo adicional se justifica por una mejor resistencia a la corrosión localizada y una mayor estabilidad térmica.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 316Ti suele ser más caro que el 304 debido a su mayor contenido en níquel y molibdeno, así como a la adición de titanio. El precio varía según el mercado de metales básicos (Ni, Mo) y la presentación (barra, placa, tubo).
• Disponibilidad: El acero inoxidable 304 se encuentra ampliamente disponible en diversos formatos y suele ser el más común. El 316Ti es frecuente, pero menos común que el 316/304 estándar; los plazos de entrega para productos 316Ti especializados con certificación de fábrica pueden ser más largos para ciertos formatos (por ejemplo, piezas forjadas de gran tamaño o elementos de fijación especiales).

10. Resumen y recomendación

Atributo	304	316Ti
Soldabilidad	Muy bueno; puede requerir precaución para evitar la sensibilización en algunas condiciones.	Muy bueno; mejora la resistencia a la sensibilización en estructuras soldadas.
Resistencia-Tenacidad	Excelente ductilidad y tenacidad; límite elástico comparable	Resistencia y tenacidad comparables; estabilidad a altas temperaturas ligeramente superior.
Costo	Más bajo	Mayor (debido a Mo, Ni, Ti)

Elige 304 si: - Su aplicación es de uso general y no presenta una exposición significativa a cloruros ni ciclos térmicos prolongados que induzcan sensibilización. La conformabilidad, la disponibilidad y el menor coste de los materiales son las principales preocupaciones. - Se acepta un grado austenítico no estabilizado y se pueden utilizar procedimientos estándar de soldadura/post-soldadura.

Elige 316Ti si: - El servicio incluye entornos con cloruros, medios agresivos o temperaturas elevadas donde la corrosión localizada o la sensibilización son una preocupación. - El componente se someterá a soldadura o ciclos térmicos y se desea una mayor resistencia al ataque intergranular sin un tratamiento térmico posterior a la soldadura extenso. - La durabilidad y la resistencia a la corrosión justifican un mayor coste del material y un mecanizado ligeramente más complejo.

Nota final: el rendimiento y la idoneidad exactos dependen de las condiciones de servicio específicas, la geometría del componente, la forma del producto y los códigos industriales aplicables. Verifique siempre la composición y las garantías mecánicas con el certificado de ensayo de fábrica y consulte a especialistas en corrosión para entornos agresivos o atípicos.