304 frente a 430: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros y los equipos de compras suelen elegir entre los aceros inoxidables 304 y 430 al buscar un equilibrio entre la resistencia a la corrosión, la conformabilidad, la soldabilidad y el costo de los componentes fabricados. Las decisiones se dan, por ejemplo, en equipos de cocina y piezas en contacto con alimentos (donde la resistencia a la corrosión y la higiene son primordiales), frente a aplicaciones decorativas o magnéticas, donde el costo y la respuesta magnética son más importantes.

La principal diferencia entre estos dos grados comunes radica en su estrategia de aleación: el 304 es un acero inoxidable austenítico con níquel, optimizado para una amplia resistencia a la corrosión y ductilidad, mientras que el 430 es un acero inoxidable ferrítico con bajo contenido de níquel, optimizado para una resistencia a la corrosión rentable y una buena respuesta magnética. Debido a estas diferencias, los aceros 304 y 430 se comparan frecuentemente cuando las compensaciones entre el rendimiento frente a la corrosión, la facilidad de fabricación y el magnetismo son relevantes para el diseño y la adquisición.

1. Normas y designaciones

Las principales normas internacionales que abarcan las normas 304 y 430 incluyen:

• ASTM / ASME:
• 304: ASTM A240 (placa, lámina), A276 (barra), A312 (tubo)
• 430: ASTM A240 (placa, lámina), referencias A376 / A480
• EN (europeo):
• 304 ≈ EN 1.4301 (también conocido como X5CrNi18-10)
• 430 ≈ EN 1.4016 (también conocido como X6Cr17)
• JIS (japonés): SUS304, SUS430
• GB (chino): 304 (06Cr19Ni10), 430 (0Cr17)

Tipo de material: - 304: acero inoxidable (austenítico) - 430: acero inoxidable (ferrítico)

Ambos son aceros inoxidables; no son aceros al carbono, para herramientas, aleados ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos (porcentaje en peso) para los grados comerciales comunes 304 y 430 en estado recocido. Estos son rangos típicos publicados; para obtener los valores exactos, se deben consultar los certificados de cada material.

Elemento	304 (típico)	430 (típico)
do	≤ 0,08	≤ 0,12
Minnesota	≤ 2.0	≤ 1.0
Si	≤ 0,75	≤ 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	— (generalmente 0)	— (generalmente 0)
V	—	—
Nótese bien	—	—
Ti	—	—
B	—	—
norte	rastro	rastro

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El cromo (Cr) proporciona la capa de óxido pasiva que ofrece resistencia a la corrosión. Un mayor contenido de Cr generalmente aumenta la resistencia a la oxidación/corrosión. El níquel (Ni) estabiliza la estructura cúbica centrada en las caras (austenítica) a temperatura ambiente; mejora la tenacidad, la ductilidad y la resistencia general a la corrosión. La presencia de Ni es la principal diferencia que hace que el acero 304 sea no magnético (en estado recocido) y el 430 magnético (ferrítico). El carbono (C) influye en la resistencia y la posible sensibilización. Las variantes con menor contenido de carbono (p. ej., 304L) reducen el riesgo de precipitación de carburos. - El manganeso (Mn) y el silicio (Si) son desoxidantes e influyen modestamente en la trabajabilidad en caliente y la resistencia. - El Mo y el N (no presentes de forma significativa en estos dos grados) se utilizarían para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras; su ausencia limita el rendimiento en ambientes clorados.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• 304: La microestructura típica es totalmente austenítica (FCC) a temperatura ambiente cuando se fabrica según las especificaciones. La austenita es estable a temperatura ambiente debido al níquel. El acero 304 no se endurece por temple; se fortalece mediante deformación en frío. Procesos térmicos estándar:
• El recocido (normalmente a 1010–1150 °C seguido de un enfriamiento rápido) restaura la ductilidad y disuelve los precipitados.
• La sensibilización (precipitación de carburos a ~450–850 °C) puede ocurrir durante una exposición prolongada, lo que conlleva el riesgo de corrosión intergranular; se utilizan grados de bajo carbono (304L) o estabilizados (321/347) para evitar esto.
• La normalización o el temple y revenido no son métodos aplicables para endurecer el acero 304.
• 430: La microestructura típica es ferrítica (BCC) a temperatura ambiente. La ferrita es magnética. El acero 430 no se endurece mediante temple y revenido para desarrollar martensita como los aceros martensíticos; al igual que el 304, su fortalecimiento se produce principalmente mediante deformación en frío. Respuesta térmica:
• El recocido de solubilización y la normalización se utilizan para aliviar tensiones y restaurar la ductilidad.
• Los grados ferríticos son susceptibles al crecimiento del grano y a la fragilización por encima de ciertas temperaturas; la exposición prolongada a 475 °C (rango de fragilización de 475 °F) puede reducir la tenacidad.
• El acero 430 no es propenso a la estabilización de la austenita, por lo que mantiene la estructura ferrítica durante todo el procesamiento típico.

En resumen, el 304 ofrece una microestructura austenítica que resiste la formación de fases frágiles a temperatura ambiente y conserva una alta tenacidad; el 430 es ferrítico y debe procesarse prestando atención al crecimiento del grano y a la fragilización.

4. Propiedades mecánicas

La tabla que figura a continuación enumera los rangos típicos de propiedades mecánicas para materiales comerciales recocidos; estos son rangos indicativos y dependen de la forma del producto y del temple exacto.

Propiedad (recocida)	304 (típico)	430 (típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~480–720	~450–600
Límite elástico 0,2% (MPa)	~170–300	~200–300
Alargamiento (% en 50 mm)	~40–60	~20–35
Impacto Charpy (temperatura ambiente)	Generalmente alta, buena resistencia	Inferior a 304; dureza moderada
Dureza (HB)	~120–200	~120–200

Interpretación: - El acero 304 generalmente exhibe mayor ductilidad y resistencia superior al impacto debido a su estructura austenítica y contenido de níquel. - Los rangos de límite elástico pueden superponerse; el 430 puede mostrar un límite elástico similar o ligeramente superior en algunas formas de producto, pero normalmente con menor elongación y tenacidad. - El 304 es la opción más dúctil y resistente para aplicaciones de conformado severo y de baja temperatura; el 430 puede ser aceptable cuando los requisitos de ductilidad y resistencia al impacto son moderados.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del equivalente de carbono y la propensión al agrietamiento, el crecimiento del grano y la sensibilización. Algunos índices representativos utilizados en la evaluación de la soldabilidad son:

• Equivalente de carbono (IIW):
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• El índice Pcm más complejo:
  $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 304: Excelente soldabilidad en general. La estructura austenítica no se transforma en fases frágiles al enfriarse, por lo que el riesgo de fisuración en frío por transformaciones martensíticas es bajo. Sin embargo, los ciclos térmicos de la soldadura pueden causar sensibilización (precipitación de carburos) en el rango de 450–850 °C; el recocido de solubilización posterior a la soldadura o el uso de grados de bajo carbono (304L) o estabilizados es común cuando la corrosión en la zona afectada por el calor es una preocupación. La selección del metal de soldadura y la compatibilidad del material de aporte son sencillas (por ejemplo, materiales de aporte ER304/308). - 430: Soldable, pero con ciertas reservas. Su estructura ferrítica puede experimentar crecimiento de grano y menor ductilidad en la zona afectada por el calor; se recomienda el precalentamiento y el control de la temperatura entre pasadas en secciones gruesas para limitar las tensiones térmicas. El menor contenido de carbono y aleación del 430 reduce los problemas de templabilidad, pero su naturaleza ferrítica puede causar problemas de ferrita delta/fragilización en condiciones extremas. La selección de las aleaciones de aporte y del proceso debe considerar las diferencias en la expansión térmica y la compatibilidad metalúrgica.

Aquí no se proporciona ningún cálculo numérico de CE o Pcm, pero estas fórmulas ilustran los factores que influyen en la soldabilidad.

6. Corrosión y protección de superficies

Tanto el 304 como el 430 son aceros inoxidables (forman una película pasiva de óxido de cromo), pero su comportamiento ante la corrosión difiere en los detalles.

• 304: Presenta buena resistencia general a la corrosión en diversos entornos, incluyendo la exposición atmosférica, el procesamiento de alimentos y productos químicos suaves. El acero 304 es más resistente al ataque de cloruros y a la corrosión general que el 430 debido a su mayor contenido de níquel y a su microestructura austenítica estabilizada. Sin embargo, en entornos ricos en cloruros (marinos, con salpicaduras de agua de mar), el 304 puede sufrir corrosión por picaduras y por hendiduras; en estos casos, se prefieren las calidades con molibdeno (p. ej., 316). Existe riesgo de sensibilización (corrosión intergranular) en el acero 304 tras un calentamiento prolongado en el rango de sensibilización; utilice acero 304L o calidades estabilizadas si el servicio incluye soldadura sin recocido de solubilización.

• 430: Buena resistencia a la oxidación y a atmósferas ligeramente corrosivas; adecuado para aplicaciones decorativas de interior, electrodomésticos y molduras automotrices. El acero 430 presenta menor resistencia a la corrosión por picaduras y por hendiduras causada por cloruros en comparación con el acero 304. No se recomienda el uso del acero 430 en ambientes agresivos.

Al utilizar el número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) para comparar aleaciones: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Ni el 304 ni el 430 contienen cantidades significativas de Mo o N, por lo que el PREN tiene una utilidad limitada para diferenciarlos; es más informativo cuando los niveles de Mo y N varían (por ejemplo, grados dúplex y superausteníticos).

Protección de superficies para piezas donde el rendimiento del acero inoxidable es insuficiente: - Para aceros al carbono o de baja aleación (no aplicable a 304/430), son comunes la galvanización, la pintura o los recubrimientos. - Para el acero 430 en condiciones más severas, los recubrimientos adicionales o los tratamientos superficiales (electrochapado, pasivación, acabados ornamentales) pueden extender la vida útil.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formabilidad:
• 304: Excelente conformabilidad y capacidad de embutición; se utiliza ampliamente para embutición profunda, formas prensadas complejas y tubos donde se requiere una buena elongación.
• 430: Buena conformabilidad en el laminado de chapa y estampado ligero, pero menor ductilidad que el 304 para operaciones de conformado severas.
• Maquinabilidad:
• El acero austenítico 304 se endurece rápidamente por deformación, lo que puede reducir las tasas de mecanizado y la vida útil de las herramientas a menos que se utilicen herramientas, avances y lubricantes adecuados.
• El acero ferrítico 430 generalmente se mecaniza más fácilmente que el 304; no se endurece por deformación tan agresivamente y a menudo ofrece un mejor acabado superficial con herramientas convencionales.
• Refinamiento:
• Ambas calidades pueden pulirse, cepillarse y acabarse según las clases de superficie comunes (p. ej., 2B, BA, n.° 4). La calidad 304 suele admitir un pulido más fino para aplicaciones decorativas y sanitarias.
• Doblar y soldar:
• El acero 304 tolera mejor el doblado profundo y el conformado complejo.
• El acero 430 requiere atención a la recuperación elástica y a los posibles efectos del crecimiento del grano si se suelda.

8. Aplicaciones típicas

304 — Aplicaciones típicas	430 — Aplicaciones típicas
Equipos para el procesamiento de alimentos, fregaderos de cocina, utensilios de cocina y electrodomésticos	Molduras decorativas, molduras interiores/exteriores de automóviles, paneles de control
Equipos para procesos químicos y tanques de almacenamiento (entornos sin cloruros)	Campanas extractoras, exteriores de lavavajillas (en entornos menos agresivos)
Dispositivos médicos, equipos farmacéuticos	Componentes magnéticos donde se requiere ferromagnetismo
Paneles arquitectónicos, pasamanos, bancos	Fregaderos y paneles para electrodomésticos de bajo coste donde se prioriza el magnetismo o el coste
Elementos de fijación y accesorios donde se requiere resistencia a la corrosión y conformabilidad	Embellecedores de escape, componentes de la parrilla y herrajes decorativos

Justificación de la selección: - Elija el acero 304 cuando el rendimiento frente a la corrosión, la higiene, la capacidad de conformado profundo y la tenacidad a bajas temperaturas sean requisitos primordiales. - Elija el material 430 cuando el costo, la respuesta magnética y una resistencia a la corrosión adecuada para ambientes interiores o ligeramente corrosivos sean clave.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 304 suele ser más caro que el 430 debido a su alto contenido de níquel. La volatilidad del precio del níquel afecta directamente el sobreprecio relativo del 304.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en todo el mundo en láminas, bobinas, flejes, tubos y barras. El 304 es omnipresente en una amplia gama de formas y acabados de productos; el 430 se suele tener en stock para los mercados de electrodomésticos y decoración, y a menudo es la opción económica para aplicaciones no críticas.
• Formas del producto: el 304 se especifica más comúnmente para tuberías sanitarias y placas de alta especificación; el 430 es común para piezas estampadas y paneles decorativos.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	304	430
Soldabilidad	Muy bueno (cuidado con la sensibilización; utilice acero inoxidable 304L o aceros estabilizados si es necesario).	Bueno con precauciones (crecimiento del grano, consideraciones HAZ)
Resistencia-Tenacidad	Alta tenacidad y ductilidad; buena resistencia	Tenacidad moderada; resistencia adecuada, menor ductilidad
Resistencia a la corrosión	Resistencia superior a la corrosión general; mejor en ambientes clorados que el 430.	Funciona bien en ambientes moderados; inferior al 304 en cloruros o medios agresivos.
Costo	Mayor (contenido de níquel)	Ferrítico inferior (bajo en níquel)
Respuesta magnética	Esencialmente no magnético (recocido)	Magnético (ferrítico)

Recomendaciones: - Elija 304 si: - Se requiere alta ductilidad, excelente tenacidad a bajas temperaturas y resistencia superior a la corrosión en ambientes con cloruros en general y en ambientes con baja concentración de estos. - La aplicación implica exposición a alimentos, productos médicos, procesos químicos o arquitectura donde la higiene y la apariencia son importantes. - Se requiere un comportamiento no magnético. - Elija 430 si: - Necesitas una solución rentable de acero inoxidable para aplicaciones decorativas o de interior donde no se requiere una alta resistencia a la corrosión. - Se requieren o son útiles propiedades magnéticas (por ejemplo, para compatibilidad electromagnética, montaje magnético o por razones estéticas). - Se requiere maquinabilidad y conformabilidad moderada a un menor coste de material.

Nota final: Confirme siempre las especificaciones exactas del material y los certificados de ensayos mecánicos de los proveedores para la forma y el temple del producto previsto. Para entornos críticos (exposición a cloruros, temperaturas elevadas o recipientes a presión soldados), consulte las guías y normativas de ingeniería de corrosión para seleccionar la aleación adecuada (por ejemplo, considere las aleaciones 316, dúplex o estabilizadas cuando sea necesario).