310S frente a 253MA: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen elegir entre aleaciones de acero inoxidable en función de su resistencia a la corrosión, su comportamiento a altas temperaturas, su soldabilidad y su coste. Tanto el 310S como el 253MA son aceros inoxidables resistentes a la corrosión que se utilizan en entornos de alta temperatura, pero están optimizados para diferentes condiciones de servicio: uno para una resistencia general a la oxidación a altas temperaturas con una excelente ductilidad, y el otro para una resistencia a largo plazo a altas temperaturas, resistencia a la formación de óxido y estabilidad a la fluencia.

La principal diferencia práctica radica en que el acero 253MA está diseñado para mantener una capa protectora de óxido y resistencia a la fluencia a temperaturas muy elevadas mediante adiciones controladas de bajo contenido de carbono, silicio y niobio, mientras que el 310S es una aleación austenítica de alto cromo y níquel optimizada principalmente para una amplia resistencia a la oxidación a altas temperaturas y una buena conformabilidad. Por ello, los diseñadores suelen sopesar la facilidad de fabricación y el coste del 310S frente al rendimiento superior a largo plazo del 253MA en condiciones extremas de oxidación térmica.

1. Normas y designaciones

• 310S
• Designaciones comunes: UNS S31008, EN 1.4845 (para 310), las especificaciones ASTM/ASME suelen hacer referencia a AISI/UNS. El 310S es un acero inoxidable austenítico.
• 253MA
• Existen presentaciones comerciales y estandarizadas (por ejemplo, nombres de productos de Sandvik y otros proveedores). Generalmente se suministra como un acero inoxidable austenítico de alta temperatura diseñado para resistir la oxidación y la fluencia.
• Identificación de categoría:
• 310S: Acero inoxidable austenítico.
• 253MA: Acero inoxidable austenítico aleado para servicio a alta temperatura (acero inoxidable austenítico estabilizado/modificado).

Nota: Los números estándar exactos para 253MA pueden variar según el fabricante y la forma del producto; consulte los certificados del proveedor para conocer la especificación que los rige.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos que figuran en las fichas técnicas públicas para cada grado. Estos son rangos nominales típicos para presentaciones comerciales comunes (recocidas). Para los cálculos de adquisición y diseño, se deben consultar los certificados de materiales y las fichas técnicas de los proveedores.

Elemento	310S (rangos nominales típicos)	253 mA (rangos nominales típicos)
do	≤ 0,08%	≤ 0,02% (muy bajo)
Minnesota	≤ 2,0%	≤ 2,0%
Si	≤ 1,5%	~0,4–1,0% (elevado para el comportamiento del óxido)
PAG	≤ 0,045%	≤ 0,03%
S	≤ 0,03%	≤ 0,01%
Cr	24–26%	~21–23%
Ni	19–22%	~11–13%
Mes	≤ 0,75% (normalmente ninguno)	≤ 0,5% (normalmente bajo)
V	rastro	rastro
Nb (Cb)	—	pequeña adición (estabilizadora; ~0,2–0,8%)
Ti	—	traza a pequeña si se estabiliza
B	—	rastro (si lo hubiera)
norte	≤ 0,1%	nivel bajo controlado

Comentarios sobre la estrategia de aleación: El acero 310S utiliza alto contenido de cromo y níquel para estabilizar la austenita y proporcionar resistencia a la oxidación y ductilidad. Su mayor contenido de níquel mejora la tenacidad y la conformabilidad. El acero 253MA utiliza un nivel de níquel inferior, pero incluye adiciones controladas de silicio y pequeñas cantidades de niobio (columbio) como estabilizador, además de un contenido muy bajo de carbono para evitar la precipitación de carburos y formar una capa de óxido estable y adherente. Estos ajustes mejoran la resistencia a altas temperaturas a largo plazo y la resistencia a la oxidación/corrosión en atmósferas cíclicas o agresivas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• 310S
• Microestructura típica: totalmente austenítica en estado recocido. El tamaño de grano depende de la fabricación y el recocido. No presenta endurecimiento por precipitación; puede producirse precipitación de carburos si se mantiene dentro del rango de sensibilización (pero un menor contenido de carbono en el acero inoxidable 310S reduce este riesgo).
• Tratamiento térmico: el recocido de solubilización y el enfriamiento rápido restauran la ductilidad y la resistencia a la corrosión. El acero 310S no se endurece mediante temple/revenido.
• 253MA
• Microestructura típica: matriz austenítica con dispersión controlada de fases estables (carburos/nitruros estabilizados con niobio) diseñada para reducir el agotamiento de la matriz y fijar los límites de grano a altas temperaturas.
• Tratamiento térmico: el recocido de solubilización se utiliza para disolver fases indeseables y reprecipitar fases estabilizadoras controladas. El procesamiento termomecánico y el tratamiento térmico controlado mejoran las propiedades de fluencia. No responde al endurecimiento por temple/revenido; las mejoras en la resistencia provienen de la aleación y la precipitación controlada.

Cómo afecta el procesamiento a cada uno: - El proceso de normalización/recocido restaura la austenita y alivia las tensiones en ambos grados; las ventajas del 253MA en cuanto a fluencia y adherencia de la capa de óxido se derivan de su composición química y de la estabilidad de las fases de óxido y precipitado después de un tratamiento térmico adecuado. - El temple y revenido no es aplicable a estos grados austeníticos; el trabajo en frío aumentará la resistencia mediante el endurecimiento por deformación, pero puede reducir la ductilidad.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas dependen en gran medida de la forma del producto y del tratamiento térmico. La tabla muestra valores representativos para productos recocidos de uso común; verifique los valores reales con los informes de ensayo de fábrica.

Propiedad	310S (recocido, típico)	253MA (recocido, típico)
Resistencia a la tracción (UTS)	~500–600 MPa	Generalmente más alta a temperatura ambiente; a menudo entre 550 y 750 MPa.
Límite elástico (0,2% de deformación)	~200–300 MPa	Generalmente superior a 310S; mayor resistencia a la fluencia/límite elástico a altas temperaturas.
Alargamiento (A%)	~35–50%	De moderado a bueno; generalmente inferior a 310S pero aún dúctil (varía entre un 20 y un 45%).
Resistencia al impacto (Charpy)	Buena resistencia a temperatura ambiente; conserva su dureza.	Funciona bien a temperatura ambiente; diseñado para mantener su resistencia a temperaturas elevadas.
Dureza (HB o HRB)	Relativamente bajo (blando, dúctil)	Ligeramente superior debido a la microaleación y los precipitados.

Interpretación: - El acero 253MA generalmente proporciona mayor resistencia, especialmente para cargas a temperatura elevada a largo plazo y resistencia a la fluencia, mientras que el acero 310S tiende a ser más dúctil y más fácil de formar y mecanizar. - La resistencia al impacto a temperatura ambiente es generalmente aceptable para ambos; el 253MA está diseñado para preservar una resistencia útil después de largas exposiciones a altas temperaturas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de ambos grados es buena en comparación con muchos aceros, pero las diferencias son importantes en la práctica.

Factores clave que influyen: - Carbono y nitrógeno: un menor contenido de carbono reduce el riesgo de sensibilización y corrosión intergranular; el nitrógeno puede estabilizar la austenita. - El contenido de aleación y los estabilizadores (por ejemplo, Nb) afectan al agrietamiento en caliente y a los ciclos térmicos de la soldadura.

Índices empíricos útiles: - Equivalente de carbono para austeníticos (tipo IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 310S: Su alto contenido en níquel mejora la soldabilidad y la ductilidad del metal de soldadura; su contenido relativamente bajo de carbono (en el 310S) reduce la sensibilidad a la sensibilización. Generalmente no se requiere precalentamiento para secciones delgadas; el recocido posterior a la soldadura puede utilizarse para restaurar las propiedades cuando sea necesario. - 253MA: Soldable, pero requiere atención: la estabilización con niobio y el elevado contenido de silicio pueden alterar la composición química del metal de soldadura; el muy bajo contenido de carbono minimiza la sensibilización, pero la selección del material de aporte es importante para mantener las propiedades a altas temperaturas. Para un servicio prolongado a altas temperaturas, puede ser necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura y el uso de metales de aporte compatibles o aprobados para evitar la degradación localizada y preservar la resistencia a la fluencia y la oxidación.

Siga siempre los procedimientos de soldadura del fabricante y realice soldaduras de calificación para los componentes críticos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Acero no inoxidable frente a acero inoxidable: tanto el 310S como el 253MA son grados inoxidables (austeníticos); las estrategias de protección de la superficie difieren de las de los aceros al carbono.
• Oxidación y corrosión a alta temperatura:
• 310S: El alto contenido de Cr y Ni confiere una buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas de hasta aproximadamente 1000–1150 °C en muchos entornos; forma capas protectoras de óxido de Cr en muchas condiciones.
• 253MA: Formulado para formar un óxido estable y adherente (a menudo un óxido superficial rico en Si) y para resistir el desprendimiento de incrustaciones y la oxidación agresiva bajo exposiciones cíclicas y a largo plazo; superior para uso a largo plazo en entornos agresivos de alta temperatura.
• Índices de corrosión localizada:
• Cuando la resistencia a la corrosión localizada se evalúa mediante PREN, utilice: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Tanto para el 310S como para el 253MA, el Mo es bajo y los valores PREN son moderados; ninguno de los dos grados está diseñado para un servicio de corrosión severa por picaduras de cloruro en comparación con las aleaciones dúplex o superausteníticas que contienen Mo.
• Cuando la protección del acero inoxidable resulta insuficiente, se pueden utilizar recubrimientos (proyección térmica, aluminizado, recubrimientos cerámicos) o atmósferas controladas para ambos grados.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• 310S
• Excelente conformabilidad y capacidad de embutición profunda gracias a su alto contenido en Ni y su estructura totalmente austenítica.
• La maquinabilidad es aceptable; se aplican las prácticas típicas de mecanizado de acero inoxidable (configuración rígida, herramientas afiladas, avances reducidos si se produce gripado).
• 253MA
• Una buena conformabilidad, pero un mayor endurecimiento por deformación y una matriz más resistente pueden requerir mayores fuerzas de conformado.
• El mecanizado puede ser más exigente que el del acero 310S debido a su mayor resistencia y posible endurecimiento; la vida útil de la herramienta y las velocidades deben optimizarse para la aleación.

Los acabados superficiales y los tratamientos posteriores a la fabricación destinados a aliviar la tensión y controlar la capa de óxido pueden diferir en función de la temperatura y el entorno de aplicación final.

8. Aplicaciones típicas

310S – Usos típicos	253MA – Usos típicos
Silenciadores de hornos, tubos radiantes, elementos de intercambiadores de calor, revestimientos de cámaras de combustión, piezas resistentes al calor en general	Componentes de quemadores de alta temperatura, accesorios para hornos industriales, tubos radiantes en atmósferas agresivas, accesorios para tratamientos térmicos de larga duración, componentes expuestos a oxidación cíclica y fluencia.
Equipos para procesos químicos que requieren alta resistencia a la corrosión a altas temperaturas y buena conformabilidad.	Aplicaciones que requieren estabilidad dimensional a largo plazo y adhesión de la capa de óxido bajo cargas térmicas cíclicas.

Justificación de la selección: - Elija 310S cuando la aplicación requiera una buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas, combinada con una excelente conformabilidad y una buena relación costo-beneficio. - Elija 253MA cuando la exposición a largo plazo, las condiciones cíclicas y la resistencia al crecimiento/desprendimiento de incrustaciones y a la fluencia sean críticas.

9. Costo y disponibilidad

• 310S
• Disponible a nivel mundial en láminas, placas, tubos y barras, procedente de numerosas acerías. Su coste es relativamente moderado entre los austeníticos de alta aleación debido a su mayor contenido de níquel, pero la producción en masa y la disponibilidad reducen los plazos de entrega.
• 253MA
• Se trata generalmente de una aleación especial producida en formatos y volúmenes más limitados. El coste unitario suele ser superior al del acero 310S y los plazos de entrega pueden ser más largos, sobre todo para grandes cantidades o formatos de producto especializados.

Consejo de compras: especifique el estándar de material exacto, la forma del producto y los certificados requeridos; para 253MA, tenga en cuenta los plazos de entrega del proveedor y confirme las dimensiones disponibles.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	310S	253MA
Soldabilidad	Excelente (buenas opciones de relleno)	Bien, pero requiere control de procedimientos
Resistencia-Tenacidad	Buena ductilidad; resistencia moderada	Mayor resistencia a altas temperaturas a largo plazo; buena tenacidad.
Coste y disponibilidad	Más económico y ampliamente disponible	Mayor costo; disponibilidad especializada

Conclusión — recomendaciones: - Elija 310S si necesita una aleación austenítica económica y de disponibilidad general con excelente conformabilidad y resistencia confiable a la oxidación a altas temperaturas para un servicio de corto a mediano plazo (por ejemplo, componentes de hornos, piezas resistentes al calor en general), y cuando la facilidad de fabricación y una menor complejidad de adquisición sean prioridades. - Elija 253MA si su aplicación requiere una resistencia superior a la oxidación a largo plazo, una adhesión estable de la capa de óxido y resistencia a la fluencia en entornos agresivos o cíclicos de alta temperatura donde la vida útil y la estabilidad dimensional justifican mayores costos de materiales y un control de proceso más estricto.

Recomendación final: especifique los requisitos de rendimiento (temperatura de funcionamiento, atmósfera, vida útil prevista, cargas mecánicas, diseño de soldaduras/uniones) y solicite los certificados de fábrica o las fichas técnicas del proveedor. Para componentes críticos sometidos a altas temperaturas, realice un análisis comparativo del coste del ciclo de vida: la mayor inversión inicial en 253MA se justifica por la reducción del tiempo de inactividad, los intervalos más prolongados entre sustituciones y un mejor rendimiento a altas temperaturas.