304L frente a 316L: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 304L y 316L son dos de los más utilizados. Al elegir entre ellos, ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas e inconvenientes de la resistencia a la corrosión, la facilidad de fabricación y el coste. Algunos ejemplos típicos de estas decisiones incluyen la especificación de materiales para tuberías y recipientes en entornos corrosivos, la selección de chapas o placas para equipos de la industria alimentaria y farmacéutica, y la elección de conjuntos soldados donde se prefiere un bajo contenido de carbono para evitar la sensibilización.

La principal diferencia metalúrgica entre estas calidades radica en que la 316L contiene un elemento de aleación adicional que mejora notablemente su resistencia a la corrosión localizada, en particular a la corrosión por picaduras y por hendiduras en ambientes con cloruros. Debido a que su matriz base es el mismo sistema austenítico de la serie 300, ambas calidades se comparan frecuentemente cuando los criterios de diseño priorizan el rendimiento frente a la corrosión, el costo y la conformabilidad.

1. Normas y designaciones

Las normas y designaciones comunes para cada grado incluyen:

• ASTM/ASME: A240 / SA240 (placa, lámina); A312 (tubería) — comúnmente utilizado en el contexto de EE. UU./ASME.
• EN (Europa): Serie EN 10088; 304L corresponde a X2CrNi18-9 / 1.4306; 316L corresponde a X2CrNiMo17-12-2 / 1.4404.
• JIS (Japón): Equivalentes SUS304L / SUS316L.
• GB (China): Equivalentes a GB/T 1220 y GB/T 3280.

Clasificación: tanto el 304L como el 316L son aceros inoxidables (austeníticos). No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni aceros de alta resistencia; son aceros aleados resistentes a la corrosión con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras (austenítica) en estado recocido.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos para especificaciones comerciales comunes (expresados ​​en porcentaje en peso). Los límites exactos dependen de las normas específicas (ASTM, EN, JIS, GB) y de la forma del producto; los valores mostrados son representativos.

Elemento	304L (rangos típicos)	316L (rangos típicos)
do	≤ 0,03	≤ 0,03
Minnesota	≤ 2.00	≤ 2.00
Si	≤ 0,75	≤ 0,75
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	17,5–19,5 (≈18–20)	16.0–18.0
Ni	8.0–12.0	10.0–14.0
Mes	— (solo rastro)	2.0–3.0
V	—	—
Nb (Cb)	—	— (poco frecuente en el acero 316L; presente en los grados estabilizados)
Ti	—	—
B	—	—
norte	≤ 0,10	≤ 0,10

Explicación de la estrategia de aleación: El cromo (Cr) proporciona el comportamiento básico del acero inoxidable mediante la formación de una película pasiva de óxido de cromo. Los niveles típicos de Cr en ambos grados producen una superficie pasiva austenítica estable. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica, mejorando la tenacidad y la formabilidad; el 316L a menudo tiene un contenido de Ni ligeramente superior. - El molibdeno (Mo), presente en el acero 316L, aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros y mejora la resistencia a ciertos ácidos reductores. - Los grados de bajo carbono (L) (≤0,03% C) minimizan el riesgo de precipitación de carburos intergranulares (sensibilización) durante la soldadura, preservando la resistencia a la corrosión en la zona afectada por el calor.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: Tanto el 304L como el 316L son completamente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido a temperatura ambiente. No responden al temple y revenido tradicionales para desarrollar microestructuras martensíticas; en cambio, el trabajo en frío puede inducir martensita por deformación en las aleaciones de la serie 300, especialmente en las variantes 304, dependiendo de la composición y el grado de deformación. - La adición de Mo al 316L no cambia la matriz austenítica, pero afecta el comportamiento de precipitación y la estabilidad de la película pasiva.

Respuesta al tratamiento térmico: - Recocido: El recocido de solución típico a 1010–1150 °C seguido de un enfriamiento rápido restaura una estructura totalmente austenítica y resistente a la corrosión para ambos grados. Sensibilización: Ambos grados son susceptibles a la precipitación de carburo de cromo cuando se mantienen entre aproximadamente 450 y 850 °C si hay presencia de carbono. Las variantes «L» con bajo contenido de carbono reducen este riesgo; el 316L y el 304L se seleccionan para estructuras soldadas para evitar la corrosión intergranular. Normalización, temple y revenido: Estos procesos térmicos no son aplicables para el fortalecimiento de los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300, ya que no se endurecen mediante transformaciones martensíticas. Las propiedades mecánicas se ajustan mediante trabajo en frío o procesos termomecánicos especializados. - Procesamiento termomecánico: El trabajo en frío aumenta la resistencia a expensas de la ductilidad; el 304L es algo más propenso a la martensita inducida por deformación durante el trabajo en frío intenso que el 316L debido a diferencias sutiles en la energía de falla de apilamiento.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de ambos grados varían según la forma del producto (lámina, placa, barra, tubo) y su historial de procesamiento. La tabla a continuación muestra rangos de recocido representativos que se encuentran comúnmente en las especificaciones de ingeniería; los valores reales deben verificarse en los certificados de fábrica del proveedor.

Propiedad (recocida, típica)	304L	316L
Resistencia a la tracción (MPa)	≈ 480–620	≈ 480–620
Límite elástico al 0,2% (MPa)	≈ 170–300	≈ 170–300
Alargamiento (%), típico	≥ 40	≥ 40
Resistencia al impacto (Charpy, J, ambiente)	Alto, de primera categoría, duro	Alto, de primera categoría, duro
Dureza (HRC/HV)	Moderado (ej., HB ~120–200)	Moderado (similar al 304L)

Interpretación: Resistencia: Ambos grados presentan resistencias a la tracción y a la fluencia similares en estado recocido; las diferencias suelen ser pequeñas y dependen del contenido de níquel y del endurecimiento por deformación. El trabajo en frío incrementa la resistencia de forma comparable en ambos grados. - Tenacidad y ductilidad: Ambos materiales permanecen altamente dúctiles y tenaces a temperatura ambiente; el 316L puede presentar una tenacidad ligeramente mejor en algunas formas de producto debido a la mayor influencia del Ni y el Mo en la energía de falla de apilamiento, pero las diferencias son marginales para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería. - Dureza: Comparable en estado recocido; el trabajo en frío aumenta la dureza en ambos casos.

5. Soldabilidad

Tanto el acero 304L como el 316L son altamente soldables mediante procesos comunes de soldadura por fusión y resistencia, en parte debido a su bajo contenido de carbono, que reduce la sensibilización.

Índices de soldabilidad (uso cualitativo): - El equivalente de carbono IIW proporciona una perspectiva cualitativa rápida sobre la soldabilidad: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Un parámetro más detallado que a veces se utiliza en Europa es $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: - Debido a que los aceros 304L y 316L tienen muy bajo contenido de carbono, contenido moderado de Mn y carecen de adiciones de microaleación significativas, ambos producen números $CE_{IIW}$/$P_{cm}$ bajos en comparación con los aceros de alta resistencia; esto implica una excelente soldabilidad, baja susceptibilidad al agrietamiento en frío y poca necesidad de precalentamiento en la mayoría de los casos. - El Mo del 316L contribuye ligeramente a esos términos en las expresiones $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, pero el efecto sobre la soldabilidad es pequeño; sin embargo, la selección del material de aporte es importante para garantizar una resistencia a la corrosión adecuada en el metal de soldadura (por ejemplo, seleccionar consumibles 316L o 316 compatibles para soldar metal base 316L). - El tratamiento térmico posterior a la soldadura (alivio de tensiones) rara vez es necesario para los aceros inoxidables austeníticos y se utiliza únicamente para la estabilidad dimensional o para cumplir con requisitos de servicio específicos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Acero inoxidable: Ambos grados se basan en la película pasiva de óxido de cromo. La presencia de molibdeno en el 316L mejora significativamente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruros, como agua de mar o corrientes de proceso ricas en cloruros.

Uso de PREN para ilustrar la resistencia a la corrosión localizada: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretación: Dado que el acero 316L contiene molibdeno y el 304L no, su índice de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) es mayor, lo que indica una resistencia superior a la corrosión por picaduras. La adición de nitrógeno también aumenta el PREN cuando está presente. - El índice PREN es más útil para comparar aleaciones de acero inoxidable donde la resistencia a la corrosión por picaduras es un factor determinante en el diseño; no es un predictor de corrosión universal para todos los entornos.

Aceros no inoxidables: En el caso de los aceros que no son inoxidables (no aplicable en este caso), la protección contra la corrosión suele basarse en recubrimientos como el galvanizado en caliente, pinturas orgánicas o el chapado. Para los aceros 304L y 316L, los recubrimientos se utilizan generalmente con fines estéticos o de protección contra la abrasión, más que para la prevención primaria de la corrosión.

Implicaciones prácticas: - Elija el acero 316L para servicios expuestos a cloruros (marino, procesamiento químico, implantes biomédicos en ciertos casos) donde la corrosión por picaduras y grietas sea una preocupación. - Elija el acero 304L para una resistencia a la corrosión de uso general (equipos de servicio de alimentos, molduras arquitectónicas, ambientes corrosivos acuosos sin cloruros) donde no se requiere protección a nivel de molibdeno.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: Ambos grados se conforman bien debido a su alta ductilidad; el 304L suele ser ligeramente más fácil de conformar debido a su composición y a su tendencia marginalmente mayor al endurecimiento por deformación; el utillaje y el control de la recuperación elástica son similares.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos suelen ser más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono. El 316L tiende a ser ligeramente más difícil de mecanizar que el 304L debido a su mayor tenacidad y tendencia al endurecimiento por deformación; el uso de herramientas, avances y refrigerante adecuados reduce los problemas.
• Acabado superficial y pulido: Ambos pueden lograr un acabado de alta calidad. El acero inoxidable 316L suele preferirse cuando la integridad superficial final debe resistir la corrosión por picaduras (por ejemplo, acabados pulidos para accesorios alimentarios/farmacéuticos o navales).
• Conformado y soldadura: Los grados de bajo carbono reducen los problemas de corrosión posteriores a la soldadura; las soldaduras 316L requieren un material de aporte adecuado para mantener el rendimiento de corrosión en ambientes agresivos.

8. Aplicaciones típicas

304L — Aplicaciones típicas	316L — Aplicaciones típicas
Equipamiento de cocina, fregaderos, servicio de alimentos, molduras arquitectónicas	Accesorios marinos, intercambiadores de calor, tuberías de agua de mar
Equipos farmacéuticos y de laboratorio (sin cloruro)	Equipos de procesos químicos para el manejo de cloruros
Intercambiadores de calor, depósitos (servicio acuoso general)	Dispositivos biomédicos, instrumental quirúrgico (casos selectos)
Componentes decorativos y estructurales	Estructuras costeras y marinas, equipos de desalinización

Justificación de la selección: - El acero 304L se selecciona cuando la resistencia general a la corrosión, la buena conformabilidad y el menor costo son prioridades, y el ambiente carece de cloruros agresivos. - El acero 316L se selecciona cuando se requiere resistencia a la corrosión localizada (picaduras/grietas), particularmente en medios que contienen cloruros, o cuando una resistencia química y a altas temperaturas ligeramente mejorada justifica el precio superior.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 316L suele ser más caro que el 304L debido a la adición de molibdeno y, por lo general, a un contenido de níquel ligeramente superior. Los precios varían según los mercados internacionales de materias primas de níquel y molibdeno.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles a nivel mundial en placas, láminas, barras, tuberías y accesorios. El 304L es el acero inoxidable austenítico más común y suele tener la mayor disponibilidad y los plazos de entrega más cortos. El 316L también se encuentra ampliamente en stock, pero ciertos formatos (tuberías sin soldadura de gran diámetro, accesorios especiales) pueden tener plazos de entrega más largos y precios más elevados.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	304L	316L
Soldabilidad	Excelente	Excelente
Resistencia-Tenacidad	Rangos comparables (similares)	Rangos comparables (similares)
Resistencia a la corrosión por picaduras/grietas	Bueno (general)	Superior (especialmente en cloruros)
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendaciones: - Elija 304L si: la aplicación requiere buena resistencia general a la corrosión, excelente conformabilidad y soldabilidad, y el costo o la amplia disponibilidad son limitaciones primordiales — por ejemplo, equipos para servicios de alimentos, conductos de climatización o componentes arquitectónicos no expuestos a cloruros. - Elija 316L si: el servicio implica cloruros, agua de mar o entornos químicos agresivos donde la corrosión localizada (picaduras/grietas) es una preocupación, o donde se necesita una resistencia a altas temperaturas/productos químicos ligeramente mejor; por ejemplo, equipos marinos, procesamiento químico, desalinización y muchos componentes biomédicos o farmacéuticos donde se exige una resistencia a la corrosión superior.

Nota final: Para aplicaciones críticas, especifique los requisitos exactos de aleación y acabado, y solicite los certificados de fábrica y los datos de ensayos de corrosión para la forma del producto elegida. En caso de duda sobre la exposición a cloruros, elija el acero inoxidable 316L con contenido de molibdeno o grados de aleación superiores para reducir el riesgo de corrosión localizada.