304L frente a 304H: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las variantes del tipo 304 se encuentran entre los aceros inoxidables austeníticos más utilizados en la industria. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo deben elegir entre el acero 304L (bajo en carbono) y el 304H (con mayor contenido de carbono) al especificar materiales para equipos a presión, tuberías, intercambiadores de calor o componentes fabricados. La decisión suele implicar un equilibrio entre la resistencia a la corrosión y la soldabilidad, frente a la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia.

La principal diferencia práctica radica en que el acero 304L está optimizado para minimizar la precipitación de carburos durante la soldadura y el servicio (mejorando la resistencia a la corrosión intergranular y la soldabilidad), mientras que el 304H contiene deliberadamente un mayor contenido de carbono para mantener una mayor resistencia a altas temperaturas. Dado que ambos grados comparten la misma matriz austenítica fundamental de cromo-níquel, se comparan frecuentemente en diseños donde la exposición a la temperatura, el proceso de fabricación y el rendimiento posterior a la soldadura son factores determinantes.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: 304L — ASTM A240/A240M (lámina/placa), A312 (tuberías) como UNS S30403; 304H — ASTM A240 (A240M) como UNS S30409 o equivalente.
• EN (Europeo): EN 1.4306 (304L), EN 1.4948 se utiliza a veces para acero inoxidable austenítico de alto contenido en carbono equivalente a 304H u otro; las variantes nacionales de EN hacen referencia a las bandas de composición.
• JIS (Japón): Nomenclatura SUS304L y SUS304H en normas tipo JIS G4303/G4312.
• GB (China): equivalentes 06Cr19Ni10/06Cr19Ni10-2L para 304/304L; existen designaciones locales para 304H.
• Clasificación: Ambos son aceros inoxidables (austeníticos). No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	304L típico (en peso %)	304H típico (en peso %)	Notas
do	≤ 0,03	0,04 – 0,10	El contenido de 304L se mantuvo bajo para evitar la precipitación de carburos; el de 304H se aumentó para mejorar la resistencia a altas temperaturas.
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0	El manganeso es un estabilizador de la austenita; límites similares.
Si	≤ 0,75	≤ 1.0	Silicio para desoxidación; tolerancia ligeramente mayor para 304H.
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045	Límite de impurezas; se mantiene bajo.
S	≤ 0,03	≤ 0,03	Impureza; afecta a la maquinabilidad.
Cr	18.0 – 20.0	18.0 – 20.0	Elemento principal resistente a la corrosión.
Ni	8.0 – 12.0	8.0 – 11.0	Estabiliza la austenita, mejora la tenacidad y la resistencia a la corrosión.
Mes	- / rastro	- / rastro	Las variantes típicas del 304 no incluyen Mo.
V, Nb, Ti, B	—	—	No es estándar para 304/304L/304H; los grados estabilizados especiales (por ejemplo, 321, 347) incluyen Ti o Nb.
norte	≤ 0,1 (traza)	≤ 0,1 (traza)	El nitrógeno puede estar presente en pequeñas cantidades; aumenta la fuerza y ​​afecta a la PREN.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: El cromo (Cr) proporciona el óxido pasivo responsable de la resistencia a la corrosión. Ambos grados tienen un contenido similar de Cr, por lo que su comportamiento base ante la corrosión es similar. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la resistencia a la corrosión; contenidos similares implican una ductilidad similar. - El carbono (C) influye en la formación de carburos: un mayor contenido de C aumenta la resistencia (especialmente a temperaturas elevadas) pero promueve la precipitación de carburo de cromo y la posible corrosión intergranular si no se controla adecuadamente. Los elementos minoritarios (Mn, Si, N) influyen en la resistencia mecánica y el endurecimiento por deformación; el nitrógeno aumenta la resistencia y la resistencia a la corrosión por picaduras, el Mo mejoraría la resistencia a la corrosión por picaduras pero no está presente.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

La microestructura típica tanto del 304L como del 304H es totalmente austenítica (cúbica centrada en las caras) en estado recocido. Debido a que la austenita es estable a temperatura ambiente en estas composiciones, no se produce transformación martensítica durante el enfriamiento en los procesos estándar.

• 304L: Su bajo contenido en carbono minimiza la precipitación de carburo de cromo ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) en los límites de grano durante el enfriamiento de la soldadura o la exposición al calor de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C). Como resultado, la microestructura permanece libre de carburos significativos en los límites de grano tras la fabricación convencional, preservando la resistencia a la corrosión intergranular.
• 304H: Un mayor contenido de carbono incrementa la fuerza impulsora para la precipitación de carburos durante la exposición térmica. A temperaturas elevadas, puede formarse algo de Cr₂₃C₆ en los límites de grano, lo que puede reducir localmente la resistencia a la corrosión a menos que se apliquen estabilizadores o tratamientos térmicos posteriores a la soldadura. Sin embargo, el mayor contenido de carbono también incrementa el fortalecimiento por solución sólida y la resistencia a la fluencia a temperaturas típicamente superiores a 500-600 °C.

Respuesta al tratamiento térmico: El recocido (recocido de solubilización completo seguido de enfriamiento rápido) restaura la ductilidad y disuelve la mayoría de los carburos en ambos grados. Para el acero 304H, la temperatura y la cinética de disolución son similares, pero la reprecipitación durante el enfriamiento lento es más probable. - La normalización no se suele utilizar en los aceros inoxidables austeníticos porque la fase austenítica es estable; las propiedades mecánicas se controlan principalmente mediante el trabajo en frío y el recocido de solubilización. - El procesamiento termomecánico (trabajo en frío seguido de recocido) modifica el límite elástico y el comportamiento a la tracción de manera similar en ambos grados, pero el 304H conservará un límite elástico/resistencia a la tracción ligeramente superior a temperaturas elevadas.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad (típica, recocida)	304L	304H	Comentarios
Resistencia a la tracción (UTS)	Aproximadamente moderado; rango típico de recocido	Ligeramente superior a 304 L a temperatura ambiente y elevada.	El mayor valor de C del acero 304H aumenta la resistencia a la tracción, especialmente a altas temperaturas.
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Moderado	Un poco más alto	El acero 304H adquiere resistencia a la fluencia gracias al carbono y al posible endurecimiento por solución sólida.
Alargamiento (ductilidad)	Alta (buena conformabilidad)	Comparable o ligeramente reducido	Un valor de C más elevado puede reducir ligeramente la ductilidad después de la exposición a altas temperaturas.
resistencia al impacto	Alta temperatura ambiente	Alta a temperatura ambiente; puede descender a temperaturas elevadas.	Los aceros inoxidables austeníticos mantienen una buena tenacidad; el riesgo de fragilización aumenta con el envejecimiento térmico a largo plazo.
Dureza	Relativamente bajo (recocido)	Un poco más alto	Las diferencias son modestas en estado recocido; la tasa de endurecimiento por deformación es similar.

Nota: Los valores numéricos exactos dependen de la forma del producto (lámina, placa, tubo), el tratamiento térmico y el trabajo en frío. En resumen: el acero 304H suele ofrecer mayor resistencia a altas temperaturas, a costa de una resistencia ligeramente menor a la precipitación de carburos y márgenes de maquinabilidad algo inferiores.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos es generalmente excelente debido a su matriz austenítica y su baja propensión a formar martensita.

Consideraciones clave sobre la soldadura: - El contenido de carbono importa: un menor contenido de carbono en el acero 304L reduce el riesgo de sensibilización (corrosión intergranular) después de la soldadura y permite omitir el recocido de solubilización posterior a la soldadura en muchas aplicaciones. - El mayor contenido de carbono del acero 304H aumenta el riesgo de sensibilización; pueden ser necesarios controles en el procedimiento de soldadura (selección del material de aporte, enfriamiento rápido o recocido de solución posterior a la soldadura) para entornos corrosivos o para cumplir con las normas. La templabilidad es baja en ambos casos; la susceptibilidad al agrietamiento por microestructuras duras es limitada.

Fórmulas empíricas útiles para evaluar la soldabilidad/templabilidad: - Equivalente de carbono (IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - La disminución de la soldabilidad se correlaciona con un mayor $CE_{IIW}$. - Equivalente de cromo o PCM para aceros inoxidables: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$ - Un valor más alto de $P_{cm}$ sugiere una mayor tendencia a formar problemas de equilibrio ferrita/austenita y puede informar sobre los requisitos de precalentamiento/post-soldadura.

Interpretación: - El acero 304L suele obtener puntuaciones más bajas en los índices sensibles al carbono y se prefiere cuando se requiere integridad de la soldadura sin tratamiento térmico posterior a la soldadura. - El acero 304H puede requerir un control de soldadura más estricto en aplicaciones corrosivas o sujetas a códigos específicos, pero ofrece una mejor resistencia para conjuntos soldados a altas temperaturas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el 304L como el 304H son inoxidables (contienen aproximadamente un 18 % de Cr) y dependen de una película pasiva de Cr2O3 para la resistencia general a la corrosión en muchos entornos.
• La resistencia a la corrosión por picaduras y grietas es moderada debido a la ausencia de Mo. Para la evaluación de la resistencia a la corrosión por picaduras, el PREN es un índice común. $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Para 304 variantes (Mo ≈ 0), PREN está determinado por Cr y N; con Cr similar y N bajo, ambos grados tienen una resistencia general y a picaduras comparable.
• Riesgo de sensibilización: El mayor contenido de carbono del acero 304H favorece la formación de carburo de cromo en los límites de grano al exponerse a temperaturas sensibilizantes, lo que puede reducir localmente la resistencia a la corrosión (ataque intergranular). El acero 304L se elige para mitigar este riesgo.
• La protección de la superficie de los aceros no inoxidables (no aplicable en este caso) incluiría la galvanización o los recubrimientos; para estos grados de acero inoxidable, la limpieza, la pasivación y la evitación de ambientes que contengan cloruros son medidas primarias.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad/doblado: El acero 304L presenta una excelente conformabilidad y capacidad de embutición profunda debido a su menor límite elástico y mayor ductilidad en estado recocido. El acero 304H también es trabajable, pero puede presentar límites de conformado ligeramente reducidos.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen por deformación y tienen menor maquinabilidad que los aceros al carbono. El mayor contenido de carbono y la potencial mayor resistencia del 304H pueden reducir ligeramente la vida útil de la herramienta y requerir herramientas más robustas o avances lentos; las versiones de corte libre o con azufre añadido mejoran la maquinabilidad, pero reducen la resistencia a la corrosión.
• Acabado superficial: Ambos grados se pulen y pasivan bien; sin embargo, el esmerilado o el acabado agresivo que calienta la superficie podría sensibilizar localmente el 304H más fácilmente que el 304L.
• Fabricación mediante soldadura: el acero 304L suele ser la opción preferida para estructuras soldadas, a menos que se requiera resistencia a altas temperaturas.

8. Aplicaciones típicas

304L — Usos típicos	304H — Usos típicos
Equipos para el procesamiento de alimentos, componentes para la industria láctea y cervecera, y recipientes farmacéuticos donde el recocido posterior a la soldadura resulta impráctico y la resistencia a la corrosión es primordial.	Tubos de calderas, piezas de hornos, intercambiadores de calor y componentes expuestos a un servicio prolongado a temperaturas elevadas donde se requiere mayor resistencia/resistencia a la fluencia
Tanques, tuberías y accesorios para procesos químicos en entornos ligeramente corrosivos	Piezas de retención de presión para servicio a altas temperaturas y algunos equipos de transferencia de calor petroquímicos
Molduras arquitectónicas, lavabos y electrodomésticos	Conjuntos soldados a alta temperatura donde el código exige tensiones admisibles más elevadas a temperatura

Justificación de la selección: - Elija 304L cuando la simplicidad de soldadura, la resistencia a la corrosión intergranular y la capacidad de conformado sean prioridades mayores. - Elija 304H cuando se requiera resistencia sostenida a altas temperaturas y resistencia a la fluencia, y cuando las medidas posteriores a la soldadura o fabricación puedan controlar el riesgo de sensibilización.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 304L se produce y almacena ampliamente; su costo relativo es similar al del acero 304 estándar, pero ligeramente superior debido a un procesamiento controlado con bajas emisiones de carbono. El acero 304H es una calidad más especializada; el costo del material puede ser comparable o ligeramente superior debido a una especificación de carbono más estricta y posiblemente a menores volúmenes de producción.
• Disponibilidad: El acero 304L está ampliamente disponible en diversos formatos (lámina, placa, bobina, tubo, barra, forjado). El acero 304H también está disponible, pero es menos común en algunos mercados y formatos; los plazos de entrega para formas especiales o grandes cantidades pueden ser mayores.
• Nota de compras: Al especificar, incluya la designación ASTM/EN/JIS correcta y la forma del producto deseada para evitar la sustitución de grados estándar 304 o estabilizados.

10. Resumen y recomendación

Atributo	304L	304H
Soldabilidad	Excelente (menor riesgo de sensibilización)	Bueno, pero con mayor riesgo de sensibilización; requiere control.
Resistencia-Tenacidad (temperatura ambiente)	Buena tenacidad; resistencia moderada	Resistencia ligeramente superior; tenacidad comparable a temperatura ambiente
Resistencia/fluencia a altas temperaturas	Moderado	Superior a temperaturas elevadas
Resistencia a la corrosión en servicio sensibilizante	Mejor (resiste el ataque intergranular)	Menor a menos que se mitigue mediante tratamiento térmico o elección de relleno.
Costo/Disponibilidad	Ampliamente disponible; rentable	Especializado; coste/plazo de entrega potencialmente más elevado

Elige 304L si: - El componente se soldará extensamente y el tratamiento térmico posterior a la soldadura resulta impráctico. - La resistencia a la corrosión intergranular (por ejemplo, en tuberías para alimentos, productos farmacéuticos o agua potable) es una prioridad. - Se requiere buena conformabilidad y capacidad de embutición profunda.

Elige 304H si: - La aplicación implica un servicio sostenido a temperaturas elevadas donde se requiere una mayor resistencia a la tracción o a la fluencia (por ejemplo, intercambiadores de calor, calderas, componentes de hornos). - El plan de adquisición y fabricación contempla controles de soldadura, selección de metales de aporte compatibles y, si es necesario, recocido de solubilización posterior a la soldadura o mitigación alternativa para controlar la sensibilización.

Nota final: Tanto el acero 304L como el 304H son opciones válidas dentro de sus límites de diseño. Al elegir entre ellos, especifique la temperatura de servicio prevista, el ambiente corrosivo (exposición a cloruros, acidez), la secuencia de fabricación y los códigos/normas aplicables para garantizar el equilibrio adecuado entre soldabilidad, resistencia a la corrosión y rendimiento a altas temperaturas.