304 frente a 430: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Cuando los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción eligen entre los aceros inoxidables de grados 304 y 430, suelen sopesar la resistencia a la corrosión, el comportamiento mecánico, la respuesta magnética y el coste. Entre los contextos de decisión habituales se incluyen las especificaciones para equipos médicos y de alimentación (donde la resistencia a la corrosión y la ausencia de magnetismo son importantes) frente a las de electrodomésticos y acabados para automóviles (donde el coste, la conformabilidad y la respuesta magnética son cruciales).
Las principales diferencias radican en la estrategia de aleación: el grado 304 es un acero inoxidable austenítico al cromo-níquel optimizado para la resistencia a la corrosión y la tenacidad, mientras que el grado 430 es un acero inoxidable ferrítico al cromo con menor contenido de aleación, respuesta magnética y, por lo general, menor resistencia a la corrosión en ambientes agresivos. Estas composiciones químicas contrastantes generan diferencias en la microestructura, la soldabilidad, la fabricación y la selección de aplicaciones.
1. Normas y designaciones
- 304: Designaciones comunes — UNS S30400, AISI 304, EN 1.4301, JIS SUS304, GB 06Cr19Ni10. Clasificado como acero inoxidable, austenítico.
- 430: Designaciones comunes: UNS S43000, AISI 430, EN 1.4016 (o variaciones 1.4016/1.4010), JIS SUS430, GB 0Cr17. Clasificado como acero inoxidable ferrítico.
Ambos materiales se rigen por normas para chapa, placa y tubo, como la ASTM A240 (productos planos) y sus equivalentes EN/JIS. No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni aceros HSLA.
2. Composición química y estrategia de aleación
La tabla muestra los rangos de composición típicos para los grados comerciales 304 y 430 (los rangos varían según el estándar y la forma del producto; los valores se expresan en porcentaje en peso).
| Elemento | 304 (rango típico) | 430 (rango típico) |
|---|---|---|
| do | ≤ 0,08 | ≤ 0,12 |
| Minnesota | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| PAG | ≤ 0,045 | ≤ 0,04 |
| S | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 |
| Cr | 18.0–20.0 | 16.0–18.0 |
| Ni | 8.0–10.5 | ≤ 0,75 |
| Mes | ≈ 0 | ≈ 0 |
| V | rastro / ninguno | rastro / ninguno |
| Nb (Cb) | ninguna (excepto las variantes estabilizadas) | ninguno |
| Ti | ninguna (excepto las variantes estabilizadas) | ninguno |
| B | rastro / ninguno | rastro / ninguno |
| norte | ≤ 0,11 | ≤ 0,1 (a menudo no se especifica) |
Implicaciones de la estrategia de aleación: - El cromo proporciona pasivación básica al acero inoxidable en ambos grados; un mayor contenido de Cr mejora la resistencia a la oxidación y a la corrosión en general. - El níquel estabiliza la austenita, aumenta la tenacidad y la conformabilidad, y mejora enormemente la resistencia a la corrosión en muchos entornos; esto es clave para el rendimiento del acero 304. - El bajo contenido de aleación en el acero 430 lo hace menos resistente a la corrosión en ambientes ricos en cloruros o ácidos, pero proporciona propiedades magnéticas y un menor costo. - La ausencia de elementos de alta templabilidad (Mo, V, Nb) significa que ninguno de los grados se fortalece mediante el temple y revenido convencional; el fortalecimiento se produce principalmente por trabajo en frío (para el austenítico 304) o estados de aleación/tracción (para el 430).
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
- 304: Totalmente austenítico (cúbico centrado en las caras, FCC) a temperatura ambiente debido a su alto contenido de níquel y cromo equilibrado. La austenita es estable, lo que le confiere una excelente tenacidad y ductilidad en un amplio rango de temperaturas. El tratamiento térmico de solubilización (normalmente entre 1000 y 1100 °C, seguido de un enfriamiento rápido) disuelve los precipitados y restaura la resistencia a la corrosión tras la soldadura; el trabajo en frío aumenta la resistencia por endurecimiento por deformación y puede inducir cierta transformación martensítica en condiciones de trabajo en frío extremo (en la respuesta magnética).
- 430: Microestructura ferrítica (cúbica centrada en el cuerpo, BCC) a temperatura ambiente. La ferrita es magnética y no se transforma en martensita al enfriarse rápidamente desde alta temperatura, a diferencia de los aceros martensíticos. Los aceros inoxidables ferríticos no se pueden endurecer mediante temple y revenido; el recocido (aproximadamente 750–900 °C, según las especificaciones, seguido de un enfriamiento lento en horno) se utiliza para ablandarlos y recuperar su ductilidad. El trabajo en frío aumenta la resistencia, pero reduce la ductilidad.
Resumen de la respuesta al tratamiento térmico: - Normalización/templado y revenido: no aplicable como método de fortalecimiento para ninguno de los dos grados de acero, tal como se utiliza para los aceros al carbono o aleados. - El recocido de solución es fundamental para el acero 304 después de la exposición a altas temperaturas para evitar la precipitación de carburo de cromo (sensibilización) y restaurar la resistencia a la corrosión. - El acero 430 es susceptible al crecimiento del grano y a la degradación de la ductilidad con ciclos térmicos de soldadura inadecuados; un recocido controlado restaura las propiedades.
4. Propiedades mecánicas
El comportamiento mecánico típico depende de la forma del producto (lámina, placa, barra) y del temple (recocido o trabajado en frío). Los valores que se muestran a continuación son rangos típicos indicativos para productos comerciales recocidos; consulte los certificados de materiales para obtener valores de diseño precisos.
| Propiedad | 304 (recocido, típico) | 430 (recocido, típico) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (UTS) | ~520–750 MPa | ~450–620 MPa |
| Límite elástico (0,2 % de compensación) | ~200–310 MPa | ~200–350 MPa |
| Alargamiento (uniforme/total) | ~40–60% (buena ductilidad) | ~20–40% (menor ductilidad) |
| Resistencia al impacto (ambiente) | Alta resistencia, conserva su tenacidad a bajas temperaturas. | Moderado; se reduce a bajas temperaturas. |
| Dureza (HRB) | ~70–95 | ~60–90 |
Interpretación: - El acero 304 generalmente ofrece mayor ductilidad y tenacidad debido a su microestructura austenítica y contenido de níquel. - El acero 430 puede tener una resistencia a la fluencia comparable en algunos estados de temple, pero generalmente presenta menor elongación y tenacidad, especialmente a temperaturas inferiores a la ambiente. - Ambos grados aumentan su resistencia con el trabajo en frío; el 304 se endurece más notablemente con el trabajo, lo que afecta al conformado y al mecanizado.
5. Soldabilidad
La soldabilidad depende de la composición, el equivalente de carbono y la sensibilidad a la microestructura.
Índices clave de soldabilidad (útiles cualitativamente): - Equivalente de carbono del Instituto Internacional de Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (susceptibilidad general al agrietamiento de la soldadura): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretación cualitativa: - 304: Excelente soldabilidad mediante procesos comunes (GMAW, GTAW, SMAW). Las variantes de bajo carbono (304L) se especifican para minimizar el riesgo de sensibilización y evitar la corrosión intergranular posterior a la soldadura. El recocido de solubilización tras soldaduras intensas o el mantenimiento de prácticas de baja entrada de calor reducen la precipitación de carburos. La microestructura austenítica resiste el agrietamiento en frío, pero se endurece por deformación cerca de las soldaduras. - 430: Soldable con los consumibles y procedimientos adecuados, pero requiere precaución. Los aceros inoxidables ferríticos presentan mayor conductividad térmica y menor fluidez en el baño de fusión; el crecimiento del grano en la zona afectada por el calor y la formación de la fase sigma a ciertas temperaturas pueden reducir la tenacidad y la resistencia a la corrosión. Generalmente no se requiere precalentamiento, pero la selección del material de aporte y el control del aporte térmico para evitar la fragilización y minimizar la deformación son importantes. El uso de materiales de aporte ferríticos compatibles o materiales de aporte austeníticos adecuados depende de las propiedades finales deseadas.
Aquí no se ofrece ninguna evaluación numérica de CE o Pcm; estas fórmulas las utilizan los ingenieros para comparar casos y seleccionar tratamientos de precalentamiento/post-soldadura.
6. Corrosión y protección de superficies
- El uso del PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) es común cuando el molibdeno y el nitrógeno influyen en la resistencia a la picadura: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para 304 y 430, Mo ≈ 0 y N es bajo, por lo que PREN está impulsado en gran medida por Cr y es modesto; 304 generalmente funciona mejor en muchos entornos acuosos que 430 debido a un mayor contenido de níquel y una película pasiva más estable.
Guía práctica sobre corrosión: - 304: Buena resistencia general a la corrosión (atmosférica, muchos alimentos, productos químicos suaves). No se recomienda su exposición continua a ambientes ricos en cloruros (marinos, sales de deshielo) sin medidas adicionales; para mayor resistencia a los cloruros, considere aceros con contenido de molibdeno (p. ej., 316) o controles en el diseño y el acabado superficial. Tras la soldadura, el tratamiento térmico de solubilización o el uso de aceros con bajo contenido de carbono (304L) evita la corrosión intergranular. - 430: Buena resistencia atmosférica y a productos químicos moderados, pero inferior al 304 en ambientes ácidos y con presencia de cloruros. Susceptible a la corrosión localizada (picaduras) en ambientes con cloruros agresivos y a la corrosión bajo tensión en algunos entornos, en menor medida que los aceros austeníticos. Protección superficial: Ambos grados dependen de películas pasivas de óxido de cromo; el pulido mecánico, el electropulido o los tratamientos de pasivación mejoran su rendimiento. Para los aceros no inoxidables (excepto estos grados), la protección convencional consiste en galvanización, pintura o recubrimientos; estos no suelen ser necesarios para el acero inoxidable cuando se mantiene la integridad pasiva.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Conformado: El acero 304 (austenítico) presenta una excelente conformabilidad y capacidad de embutición profunda; sin embargo, es necesario controlar su fuerte recuperación elástica y endurecimiento por deformación. El acero 430 (ferrítico) es conformable en estado recocido, pero tiene menor ductilidad y una capacidad de embutición profunda más limitada.
- Maquinabilidad: El acero 430 suele ser más fácil de mecanizar en estado recocido que el 304, ya que su estructura ferrítica permite un mecanizado más limpio. El 304 se endurece rápidamente por deformación plástica y puede requerir recocidos intermedios, herramientas afiladas y mayores fuerzas de corte. El uso de materiales y velocidades de herramientas adecuados, así como de fluidos de corte apropiados, es fundamental para el mecanizado del 304.
- Acabado superficial: Ambos pueden tener acabados decorativos o higiénicos; el 304 generalmente logra acabados más brillantes y un pulido más fácil debido a su naturaleza austenítica.
8. Aplicaciones típicas
| 304 — Usos típicos | 430 — Usos típicos |
|---|---|
| Equipos para el procesamiento de alimentos, fregaderos de cocina, utensilios de cocina, equipos farmacéuticos | Molduras de electrodomésticos (fachadas de lavavajillas), paneles de hornos, interiores de microondas |
| Componentes para el procesamiento químico, intercambiadores de calor (sin cloruros) | Molduras arquitectónicas decorativas, paneles de ascensores donde el magnetismo es aceptable |
| Instrumentos médicos, instrumental quirúrgico (superficies esterilizables) | Molduras interiores/exteriores de automóviles, reflectores/soportes donde la respuesta magnética es útil |
| Elementos de fijación y bridas que requieren resistencia a la corrosión y tenacidad. | Lámina anticorrosiva de bajo coste para interiores |
Justificación de la selección: - Elija el acero 304 cuando se prioricen la resistencia a la corrosión, la limpieza higiénica, el comportamiento no magnético y la conformabilidad. - Elija 430 cuando el costo, las propiedades magnéticas y una resistencia razonable a la corrosión en atmósferas no agresivas sean la prioridad.
9. Costo y disponibilidad
- El acero inoxidable 304 tiene un costo de material más elevado debido a su contenido de níquel; la volatilidad del precio global del níquel influye en su precio. Está ampliamente disponible en láminas, bobinas, placas, barras y tubos.
- El acero 430 es más económico y abundante en láminas y bobinas, y se suele almacenar para los mercados de electrodomésticos y arquitectura. Los plazos de entrega son generalmente más cortos y el precio más estable debido a su menor contenido de níquel.
La forma del producto afecta al precio (laminado en frío frente a laminado en caliente frente a pulido), y el departamento de compras debe tener en cuenta el plazo de entrega, el acabado y la certificación (por ejemplo, informes de ensayos de fábrica).
10. Resumen y recomendación
| Criterio | 304 | 430 |
|---|---|---|
| Soldabilidad | Excelente (utilizar acero inoxidable 304L/recocido en solución para evitar la sensibilización) | Funciona bien con precauciones (controlar la entrada de calor y la selección del relleno). |
| Resistencia-Tenacidad | Alta tenacidad y ductilidad; buena resistencia | Resistencia adecuada, menor tenacidad y ductilidad en comparación con el acero 304. |
| Costo | Mayor (contenido de níquel) | Menor (económico para muchas aplicaciones) |
Elige 304 si: - Se requiere una resistencia superior a la corrosión general, superficies higiénicas y fáciles de limpiar, comportamiento no magnético y excelente conformabilidad/tenacidad (por ejemplo, para entornos alimentarios, médicos y químicos).
Elige 430 si: - Se requiere un acero inoxidable de menor costo con una resistencia razonable a la corrosión atmosférica, propiedades magnéticas (por ejemplo, donde se requiere detección o fijación magnética) y buena conformabilidad para aplicaciones interiores y decorativas con exposición limitada a cloruros.
Nota final: la selección de materiales debe considerar el entorno de servicio (cloruros, temperaturas), las cargas mecánicas, el proceso de fabricación (conformado, soldadura), el acabado superficial y el costo total del ciclo de vida. Para aplicaciones críticas, realice una verificación de compatibilidad de materiales (pruebas de corrosión en laboratorio o datos de campo) y consulte las especificaciones ASTM/EN/JIS actualizadas para conocer la composición exacta y las propiedades mecánicas certificables.