309 vs 310S – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos de grados 309 y 310S se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión y a la oxidación. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia a la corrosión a altas temperaturas, la soldabilidad y el costo del material. Algunos contextos típicos de decisión incluyen componentes de hornos, dispositivos de tratamiento térmico, conductos de alta temperatura y equipos para procesos químicos, donde la temperatura, el calentamiento cíclico y la integridad de la soldadura son factores determinantes.

La principal diferencia técnica entre estas dos calidades radica en el equilibrio de la aleación: la 310S está diseñada con un contenido de cromo y níquel considerablemente mayor y un menor contenido de carbono que la 309, lo que mejora su resistencia a la corrosión en caliente y reduce el riesgo de sensibilización; la 309 contiene menos níquel y un contenido de carbono relativamente mayor (en la calidad estándar), lo que la hace más económica, pero ligeramente más susceptible a la precipitación de carburos bajo ciertos ciclos térmicos. Debido a que sus aplicaciones se solapan, los diseñadores las comparan principalmente en función de su comportamiento ante la oxidación a altas temperaturas, su soldabilidad (riesgo de sensibilización) y su coste.

1. Normas y designaciones

• Especificaciones y designaciones comunes:
• ASTM/ASME: A240 / SA240 (aceros inoxidables resistentes al calor)
• EN: Familia EN 10088 (diversas designaciones nacionales y paneuropeas)
• JIS/GB: Equivalentes japoneses y chinos para aceros inoxidables resistentes al calor.
• UNS: UNS S30900 (309), UNS S31008 (310S)
• Clasificación de materiales:
• Tanto el 309 como el 310S son aceros inoxidables austeníticos (categoría inoxidable).
• No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA. Son aceros inoxidables aleados diseñados para servicio a altas temperaturas.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los elementos de aleación clave que definen el comportamiento metalúrgico del acero 309 frente al 310S. Los valores se presentan cualitativamente como rangos típicos y diferencias relativas en lugar de valores puntuales certificados por el fabricante; confirme siempre con el certificado del fabricante antes de la compra.

Elemento	309 (rangos típicos / notas)	310S (rangos típicos / notas)
C (carbono)	Moderado (el estándar 309 tiene un límite C superior al de las versiones 'S')	Bajo contenido de carbono (C máximo sustancialmente reducido; limita la precipitación de carburos)
Mn (manganeso)	Hasta moderado (mejora la resistencia al calor; común hasta ~2%)	Similar al 309 (con una tolerancia de Mn comparable)
Si (silicio)	Pequeñas adiciones para resistencia a la oxidación (silicio hasta ~1%)	Si pequeño similar para resistencia a la oxidación
P (fósforo)	Mantenido bajo (control de impurezas)	Manteniéndose bajo
S (azufre)	Se mantiene bajo (solo mejora la conformabilidad de los grados de fácil mecanizado)	Manteniéndose bajo
Cr (cromo)	Alta (buena resistencia a la oxidación; inferior a 310S)	Mayor (la mejor de las dos; mejora la resistencia a la oxidación y corrosión a altas temperaturas)
Ni (níquel)	Elevado (pero inferior a 310S)	Elevado y superior a 309 (estabiliza la austenita, mejora la ductilidad y la resistencia a la fluencia a altas temperaturas)
Mo (molibdeno)	Generalmente no está presente en cantidades significativas.	Generalmente no está presente (limita las mejoras en la resistencia a la corrosión por picaduras).
V, Nb, Ti, B	No son elementos de aleación primarios en ninguno de los dos; pueden aparecer en trazas o variantes de estabilización.	El Nb/Ti rara vez se usa en estos grados; el 310S es de bajo carbono en lugar de estabilizado.
N (nitrógeno)	De bajo a muy bajo	De bajo a muy bajo

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo aumenta la resistencia a la oxidación y forma una capa de óxido protectora a altas temperaturas. - El níquel estabiliza la fase austenítica, mejora la ductilidad y la resistencia a altas temperaturas, y aumenta la resistencia a las tensiones térmicas cíclicas. - El carbono aumenta la resistencia pero permite la precipitación de carburos (sensibilización) durante el enfriamiento lento a través de 450–850 °C; los grados “S” de bajo carbono reducen ese riesgo. - El molibdeno mejora la resistencia a las picaduras, pero normalmente no está presente en el acero 309/310S.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura:
• Tanto el acero 309 como el 310S son completamente austeníticos en estado recocido. Su microestructura consiste en austenita cúbica centrada en las caras (FCC) con posibles precipitados de carburo o fase sigma bajo ciertas exposiciones térmicas.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Los aceros inoxidables austeníticos no se pueden endurecer mediante las estrategias de temple y revenido utilizadas para los aceros ferríticos/martensíticos. El ajuste de su resistencia depende del trabajo en frío, el recocido de solubilización, la recristalización y el endurecimiento por deformación.
• El recocido de solubilización (práctica típica de la industria) restaura la ductilidad y disuelve los precipitados; las temperaturas comunes de recocido de solubilización se encuentran en el rango general utilizado para las aleaciones austeníticas resistentes al calor (consulte el producto/estándar para conocer las temperaturas exactas).
• Sensibilización: Un mayor contenido de carbono en el acero estándar 309 puede provocar la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano si se expone a 450–850 °C; el acero 310S (bajo en carbono) reduce este riesgo, por lo que se prefiere cuando el recocido posterior a la soldadura no es factible o cuando los ciclos de servicio pasan repetidamente por el rango de sensibilización.
• Fase sigma y otros compuestos intermetálicos: Las exposiciones prolongadas entre aproximadamente 600 y 900 °C pueden promover la formación de la fase sigma en aleaciones ricas en cromo, lo que fragiliza el material; la composición y el historial térmico influyen en la susceptibilidad.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas varían según la forma del producto (lámina, placa, barra) y las condiciones de trabajo en frío. En lugar de basarse en valores absolutos, se recomienda consultar los certificados de fábrica. A continuación, se presenta una tabla comparativa cualitativa para condiciones típicas de recocido.

Propiedad	309 (recocido)	310S (recocido)
Resistencia a la tracción	Comparable a los aceros inoxidables austeníticos; ligeramente inferior al 310S en algunos casos.	Similar o ligeramente superior debido a un mayor contenido de Ni que mejora la resistencia a altas temperaturas
límite elástico	Similares; ambos tienen un límite elástico relativamente bajo en comparación con los aceros ferríticos/martensíticos.	De forma similar, el acero 310S podría conservar mejor su resistencia a altas temperaturas.
Alargamiento (ductilidad)	Alta ductilidad típica de los aceros inoxidables austeníticos	Alta ductilidad; el contenido de níquel ayuda a mantener la ductilidad a temperaturas elevadas.
Tenacidad al impacto	Buena tenacidad a temperatura ambiente; no es sensible a las muescas como los aceros martensíticos.	Buena tenacidad; el bajo contenido de carbono reduce el riesgo de fragilización tras la soldadura.
Dureza	Baja dureza en estado recocido (blando, dúctil)	Baja dureza en estado recocido

Interpretación: - Ninguna de las dos calidades se utiliza principalmente por su alta resistencia estática a temperatura ambiente; se seleccionan por su rendimiento a altas temperaturas y su comportamiento ante la corrosión y la oxidación. - El acero 310S generalmente ofrece una retención de resistencia y una resistencia a la oxidación ligeramente mejores a temperaturas elevadas debido a su mayor contenido de Cr y Ni; el acero 309 es un compromiso entre el costo y la capacidad de soportar temperaturas elevadas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos es generalmente excelente en términos de evitar fases duras y quebradizas, pero se debe prestar atención a la sensibilización, la distorsión y el agrietamiento en caliente.

Índices útiles: - Equivalente de carbono (forma IIW) para comparar las tendencias de templabilidad (cualitativo para aleaciones inoxidables): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM para evaluar la tendencia al agrietamiento en frío y la soldabilidad: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El acero 310S tiene un menor contenido de carbono, lo que reduce el riesgo de corrosión intergranular (sensibilización) después de la soldadura y minimiza la precipitación de carburos, mejorando así el rendimiento frente a la corrosión posterior a la soldadura. - El mayor contenido de níquel en el 310S estabiliza la austenita y reduce la tendencia al agrietamiento en caliente; el menor contenido de níquel del 309 lo hace ligeramente más propenso a problemas relacionados con la soldadura en determinadas condiciones, pero en general sigue siendo soldable con metales de aporte austeníticos estándar. - Normalmente no se requieren temperaturas de precalentamiento ni entre pasadas para estos grados austeníticos; sin embargo, las opciones de sujeción, diseño de juntas y tratamiento térmico posterior a la soldadura deben considerar el riesgo de precipitación de la fase sigma si las piezas estarán expuestas durante largos períodos en el rango de 600–900 °C.

6. Corrosión y protección de superficies

• Corrosión general y oxidación a alta temperatura:
• Ambos grados dependen del cromo para desarrollar una capa de óxido protectora. El 310S, con mayor contenido de cromo y níquel, normalmente ofrece una resistencia superior a la oxidación a altas temperaturas en comparación con el 309.
• Corrosión por picaduras y grietas:
• Ni el acero 309 ni el 310S contienen cantidades significativas de molibdeno; por lo tanto, presentan una resistencia limitada a la corrosión por picaduras inducida por cloruros en comparación con los aceros que contienen molibdeno. El uso del índice PREN para la propensión a la corrosión por picaduras (donde el molibdeno es significativo) se muestra a continuación: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• En aplicaciones 309/310S, el PREN tiene una utilidad limitada porque el Mo suele estar ausente y el N es bajo; por lo tanto, la resistencia a la corrosión por picaduras es modesta.
• Protección de superficies para aceros no inoxidables:
• No aplicable; ambos son aceros inoxidables. Para componentes donde se prevean daños superficiales localizados o entornos con altos niveles de cloruros, considere aceros con contenido de molibdeno o recubrimientos protectores.
• Cuándo conviene preferir el 310S al 309:
• Para la oxidación sostenida a altas temperaturas, atmósferas carburantes y exposición térmica cíclica, se prefiere el acero 310S debido a su adherencia superior a la capa de óxido y su mayor contenido de aleación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formabilidad y flexión:
• Ambos materiales se conforman fácilmente en estado recocido y presentan una excelente ductilidad. El mayor contenido de níquel en el acero 310S proporciona una conformabilidad ligeramente superior a temperaturas elevadas y una mayor resistencia al endurecimiento por deformación durante el proceso de conformado.
• Maquinabilidad:
• Los aceros inoxidables austeníticos suelen ser "gomosos" y se endurecen por deformación durante el corte; su maquinabilidad es menor que la de los aceros al carbono. Los aceros 309 y 310S presentan una maquinabilidad similar, aunque el 310S a veces resulta un poco más difícil de trabajar debido a su mayor contenido de aleación y tenacidad.
• Acabado superficial:
• Ambos materiales aceptan bien los acabados comunes de acero inoxidable (pulido, rectificado, granallado), pero la dureza de las herramientas utilizadas y los parámetros de corte deben adaptarse para evitar el endurecimiento por deformación y la acumulación de material en los filos de las herramientas.

8. Aplicaciones típicas

309 — Usos típicos	310S — Usos típicos
Muflas para hornos, accesorios para tratamiento térmico donde se requiere resistencia a la oxidación a un costo moderado	Componentes de hornos de alta temperatura, muflas y retortas que requieren una resistencia superior a la oxidación y una estabilidad cíclica.
Componentes del intercambiador de calor en entornos de aire a alta temperatura menos severos	Componentes expuestos a atmósferas oxidantes más fuertes, tubos radiantes, revestimientos de cestas para tratamiento térmico
Hornos industriales, revestimientos de hornos donde el coste es importante y el servicio extremo es limitado.	Aplicaciones con exposición prolongada a 900–1100 °C o servicio cíclico a alta temperatura donde la sensibilización reducida es crítica

Justificación de la selección: - Elija el acero 309 cuando se necesite resistencia a la oxidación a altas temperaturas, pero sean importantes las limitaciones presupuestarias y un menor contenido de níquel. - Elija 310S cuando la máxima resistencia a la oxidación a altas temperaturas, la resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas y el menor contenido de carbono para evitar la sensibilización compensen el costo del material.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo:
• El acero 310S suele tener un precio más alto que el 309 debido a su mayor contenido de níquel y cromo.
• El acero 309 se ofrece comúnmente como una opción rentable de acero inoxidable de alta temperatura.
• Disponibilidad por formato de producto:
• Ambos grados están ampliamente disponibles en forma de láminas, placas, tubos y barras en múltiples fábricas. La disponibilidad puede variar según la región y el tamaño del producto; el departamento de compras debe confirmar los plazos de entrega para la forma y el acabado requeridos.
• Formularios de acciones:
• Los formatos de producto estándar (chapa laminada en frío, placa laminada en caliente, tubo soldado) son comunes; los tamaños especializados o las secciones gruesas pueden tener plazos de entrega más largos.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Atributo	309	310S
Soldabilidad	Bien; riesgo de sensibilización ligeramente mayor en el 309 estándar que en el 310S.	Muy bueno; las bajas emisiones de carbono reducen el riesgo de sensibilización
Resistencia-Tenacidad (Alta temperatura)	Adecuado para muchos usos a altas temperaturas; inferior a 310S a temperaturas muy altas	Retención de resistencia y ductilidad superiores a altas temperaturas
Costo	Más bajo (más económico)	Mayor (prima debido al contenido de Ni/Cr)

Recomendación (orientación práctica) - Elige 309 si: Su aplicación requiere una buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas, pero el presupuesto es limitado. Las temperaturas de servicio son moderadas para los aceros resistentes al calor y el diseño permite tratamientos posteriores a la soldadura o una exposición limitada en el rango de sensibilización. - Necesitas una solución rentable para cestas de hornos, componentes de hornos o conductos donde la estabilidad térmica cíclica extrema no sea crítica. - Elige 310S si: - Se requiere una resistencia superior a la oxidación a altas temperaturas, una vida útil más larga bajo cargas térmicas cíclicas o una mejor resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. - Es necesario soldar sin recocido posterior a la soldadura y es importante minimizar el riesgo de sensibilización. - La aplicación implica atmósferas oxidantes más agresivas o un funcionamiento prolongado cerca del límite superior de temperatura que soportan estas aleaciones.

Nota final: El rendimiento y la rentabilidad dependen de la composición exacta, la forma del material y las condiciones de servicio. Siempre verifique los certificados de fábrica y realice una validación de ingeniería (ensayos de laboratorio, calificación del procedimiento de soldadura o análisis térmico de elementos finitos) al seleccionar entre 309 y 310S para aplicaciones críticas.