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

Introducción

Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo se enfrentan a la decisión de elegir entre los aceros inoxidables 316 y 310S al especificar piezas para entornos corrosivos o de alta temperatura. La decisión suele sopesar la resistencia a la corrosión y la soldabilidad frente a la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación, así como el coste inicial y las consideraciones de suministro. Si bien ambos son aceros inoxidables austeníticos y comparten muchas características de fabricación, el 316 se suele seleccionar para entornos con cloruros y aplicaciones sensibles a la soldabilidad, mientras que el 310S se elige cuando se requiere una resistencia sostenida a la oxidación a altas temperaturas y resistencia a la fluencia.

La principal diferencia práctica radica en que el acero 316 prioriza una mayor resistencia a la corrosión (especialmente a la corrosión por picaduras) mediante la aleación con molibdeno, mientras que el 310S prioriza la estabilidad a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación gracias a su elevado contenido de cromo y níquel. Estas diferentes estrategias de aleación generan diferencias en el comportamiento mecánico, el proceso de fabricación y la idoneidad para diversas aplicaciones.

1. Normas y designaciones

• Normas y especificaciones comunes:
• ASTM/ASME: 316 (familia A240/A312/A403, UNS S31600 / S31603 para 316L de bajo carbono) y 310S (A240, UNS S31008).
• ES: 1.4401 / 1.4404 equivalentes para 316 / 316L; 1.4845 para 310S.
• JIS: SUS316 / SUS316L y SUS310S.
• Se puede encontrar la nomenclatura GB: 06Cr19Ni10 (aprox. 316), 0Cr25Ni20 (aprox. 310S).
• Clasificación: ambos son aceros inoxidables (austeníticos). No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos para aceros recocidos comerciales. Los rangos varían según la norma y el fabricante; los valores que se muestran a continuación son representativos.

Elemento	Típico 316 (en peso %)	310S típico (en peso %)
do	≤ 0,08 (316) / ≤ 0,03 (316L)	≤ 0,08 (310S)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0,75–1,0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	16.0–18.0	24.0–26.0
Ni	10.0–14.0	19.0–22.0
Mes	2.0–3.0	rastro / ninguno
V	rastro	rastro
Nb (Cb)	trazas (a menos que sea grado estabilizado)	rastro
Ti	trazas (a menos que sea grado estabilizado)	rastro
B	rastro	rastro
norte	traza (hasta ~0,1)	traza (hasta ~0,2)

Estrategia y efectos de la aleación: El cromo (Cr) forma la película de óxido pasiva y proporciona resistencia a la oxidación a altas temperaturas. El acero 310S tiene un contenido de Cr considerablemente mayor para una mejor resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la ductilidad; el 310S tiene mayor contenido de Ni para mantener la ductilidad a altas temperaturas y resistir la fluencia. - El molibdeno (Mo) en 316 mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros y aumenta la resistencia a la corrosión localizada (no presente en 310S). - El contenido de carbono influye en la precipitación y sensibilización de los carburos; las variantes con bajo contenido de carbono (316L / 310S) reducen el ataque intergranular después de la soldadura. - Se utilizan adiciones menores (Nb, Ti) en grados estabilizados para fijar el carbono y prevenir la sensibilización.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura: Tanto el acero 316 como el 310S son completamente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido típico a temperatura ambiente. No experimentan transformación martensítica durante el enfriamiento.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• El tratamiento estándar para disolver los precipitados y restaurar la resistencia a la corrosión en ambas aleaciones es el recocido de solución (por ejemplo, 1040–1100 °C) seguido de un enfriamiento rápido.
• Ninguno de los dos grados puede endurecerse significativamente mediante tratamientos convencionales de temple y revenido; el fortalecimiento se logra mediante trabajo en frío o mediante fortalecimiento por solución sólida a alta temperatura (por ejemplo, para 310S).
• A temperaturas intermedias (aproximadamente entre 450 y 900 °C), ambas aleaciones son susceptibles a la precipitación de la fase sigma o de carburos si se mantienen a esa temperatura durante un tiempo prolongado. El mayor contenido de níquel en la aleación 310S mejora la estabilidad de fase a ciertas temperaturas, mientras que el molibdeno en la aleación 316 puede favorecer la formación de la fase sigma en determinadas condiciones. Un tratamiento térmico adecuado y la selección de variantes con bajo contenido de carbono o estabilizadas mitigan la sensibilización.
• El procesamiento termomecánico (laminado, forjado) seguido de un recocido adecuado producirá austenita de grano fino en ambas aleaciones; el trabajo en frío aumenta la resistencia pero también el endurecimiento por deformación y reduce la ductilidad.

4. Propiedades mecánicas

Rangos típicos de propiedades a temperatura ambiente tras el recocido (nota: los valores reales dependen de la forma del producto, el grosor y el proveedor):

Propiedad	316 (rango típico de recocido)	310S (rango de recocido típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~480–650	~550–750
Límite elástico al 0,2% de deformación (MPa)	~170–310	~200–350
Elongación (%)	~40–60	~30–50
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	En general, buena fractura dúctil a temperatura ambiente	Bien, pero ligeramente inferior a 316 a bajas temperaturas.
Dureza (HB o HRC)	Grado Brinell típico recocido ~150–200	Grado Brinell típico recocido ~160–220

Interpretación: - El acero 310S normalmente presenta mayor resistencia a la tracción y al límite elástico en estado recocido debido a una aleación más pesada y un mayor fortalecimiento por solución sólida (mayor contenido de Cr y Ni). - El 316 generalmente muestra mayor ductilidad y tiende a ser más resistente a temperaturas ambiente y subambiente, gracias a su contenido de Ni y menor contribución de fortalecimiento por solución sólida del Cr. Ninguno de los dos grados está diseñado para una alta dureza en estado recocido; el trabajo en frío aumenta la resistencia a expensas de la ductilidad.

5. Soldabilidad

Los aceros inoxidables austeníticos se encuentran entre las familias de aceros inoxidables más soldables, pero las diferencias importan en la práctica.

• Factores:
• El nivel de carbono, los elementos residuales y el contenido de aleación influyen en la susceptibilidad al agrietamiento en caliente, el modo de solidificación y la resistencia a la corrosión posterior a la soldadura.
• Debido a que ambos son austeníticos, el riesgo de transformación martensítica y de agrietamiento relacionado con la templabilidad es bajo.
• Índices útiles:
• Equivalente de carbono para soldabilidad general:
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Los valores más altos indican una mayor templabilidad y potencial de agrietamiento en los aceros ferríticos; para los austeníticos, esta fórmula se utiliza cualitativamente para comparar los efectos de aleación.
• Parámetros de soldadura 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 mayor de $P_{cm}$ sugiere una mayor propensión a fenómenos de agrietamiento intergranular durante la soldadura.
• Interpretación cualitativa:
• El acero 316 se beneficia del molibdeno para una mayor resistencia a la corrosión, pero presenta un índice CE/Pcm moderado en general; se suelda fácilmente con metales de aporte estándar (p. ej., 316/316L o 309 para uniones disímiles) y muestra buena ductilidad en las zonas afectadas por el calor de la soldadura. El uso de grados con bajo contenido de carbono o estabilizados reduce la sensibilización.
• La soldadura 310S es eficiente en diversas condiciones, pero su mayor contenido de aleación puede aumentar la susceptibilidad al agrietamiento por solidificación, lo que hace que la selección del material de aporte y las prácticas previas y posteriores a la soldadura sean más importantes, especialmente para secciones gruesas y soldaduras de múltiples pasadas. Se suelen utilizar materiales de aporte 310/310L o 309 para uniones disímiles con puentes.
• El precalentamiento rara vez es necesario para ninguno de los dos grados por razones metalúrgicas, pero la atención al aporte de calor, la temperatura entre pasadas y la química del relleno es importante para controlar la distorsión y evitar la precipitación de la fase sigma.

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento del acero inoxidable:
• El uso del PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras) ayuda a comparar la resistencia a la corrosión localizada:
  $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
  • El contenido de Mo del 316 eleva el PREN en relación con el 310S, lo que le confiere al 316 una mejor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros.
  • El acero 310S, al carecer de Mo, tiene un PREN determinado principalmente por un mayor contenido de Cr: buena resistencia general a la corrosión y a la oxidación, pero menor resistencia a la corrosión por picaduras que los grados que contienen Mo.
• Oxidación a alta temperatura:
• El acero 310S sobresale por su resistencia a la oxidación y a la formación de incrustaciones a temperaturas elevadas (por ejemplo, en hornos, componentes de escape) debido a su mayor contenido de Cr y Ni.
• Cuando no se utiliza protección de acero inoxidable:
• En el caso de los aceros no inoxidables, la protección se realiza mediante galvanizado, pintura o recubrimientos. Esto no aplica al comparar estas dos aleaciones de acero inoxidable, excepto cuando se utilizan tratamientos superficiales (pasivación, decapado) para restaurar la película pasiva después de la fabricación.
• Aclaración: El PREN es significativo para comparar la resistencia a la corrosión por picaduras entre aceros inoxidables; no es aplicable a mecanismos de corrosión generales como el ataque ácido uniforme o la oxidación a alta temperatura.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado y doblado:
• El acero 316 es generalmente más fácil de formar y doblar debido a su ductilidad ligeramente mejor y a su menor tasa de endurecimiento por deformación.
• El acero 310S es más resistente a la deformación y a la recuperación elástica debido a su mayor resistencia y mayor tendencia al endurecimiento por deformación.
• Maquinabilidad:
• Ambos grados se mecanizan peor que los aceros al carbono. El 316 suele ser ligeramente más fácil de mecanizar que el 310S; ambos requieren configuraciones rígidas, herramientas afiladas y cambios frecuentes de herramienta. Es común el uso de herramientas de carburo con alto avance y ángulo de ataque positivo, y refrigerante por inundación.
• Acabado superficial:
• Tanto el pulido como el acabado son buenos; la menor formación de óxido del 316 a temperaturas moderadas facilita la obtención de un acabado uniforme después de la soldadura.
• Nota de fabricación:
• Para componentes de alta temperatura (310S), las tolerancias de mecanizado y los planes de tratamiento térmico deben tener en cuenta la distorsión y la formación de escamas.

8. Aplicaciones típicas

316 — Usos típicos	310S — Usos típicos
Equipos de procesos químicos para el manejo de cloruros (bombas, válvulas, tuberías, intercambiadores de calor)	Componentes de hornos de alta temperatura, tubos radiantes, revestimientos de quemadores, muflas
Accesorios marinos y costeros, aptos para agua de mar (donde se requiere resistencia a la corrosión por picaduras).	Revestimientos de hornos, accesorios para tratamiento térmico, bandejas protectoras a altas temperaturas
Dispositivos médicos y equipos para el procesamiento de alimentos (316L para soldadura)	Componentes de gases de combustión y escape, conductos petroquímicos de alta temperatura
Tanques para alimentos y bebidas, equipos farmacéuticos	Componentes expuestos a oxidación o incrustaciones cíclicas a alta temperatura

Justificación de la selección: - Elija el acero 316 para entornos donde la corrosión por picaduras inducida por cloruros, la corrosión por hendiduras y la soldabilidad con resistencia a la corrosión conservada sean preocupaciones principales. - Elija 310S cuando la temperatura de funcionamiento, la formación de incrustaciones por oxidación o la resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas sean los requisitos de diseño predominantes.

9. Costo y disponibilidad

• Costo:
• El acero 310S es generalmente más caro que el 316 por kilogramo debido a su contenido significativamente mayor de níquel y cromo.
• El 316 suele ser menos costoso y a menudo está disponible en una gama más amplia de formas de productos básicos.
• Disponibilidad por formato de producto:
• 316: amplia disponibilidad en placas, láminas, tuberías, tubos, barras, sujetadores y una amplia selección de variantes trabajadas en frío y de bajo carbono (316L).
• 310S: disponible en láminas, placas y formas especiales para altas temperaturas, pero menos común en sujetadores de uso común o formas de bajo costo.
• Recomendaciones de compra: para proyectos de gran volumen donde no se requiere resistencia a altas temperaturas, el acero inoxidable 316 puede ofrecer un mejor coste total y mayor seguridad de suministro. Para componentes especiales de alta temperatura, la disponibilidad de acero inoxidable 310S suele ser suficiente, pero cabe esperar plazos de entrega más largos y costes más elevados.

10. Resumen y recomendación

Atributo	316	310S
Soldabilidad	Muy buena; baja sensibilización con acero inoxidable 316L o grados estabilizados.	Es bueno, pero requiere mayor atención a la selección del relleno y al aporte térmico.
Resistencia – Tenacidad (a temperatura ambiente)	Buena tenacidad, resistencia moderada	Mayor resistencia a altas temperaturas, resistencia ligeramente superior a temperatura ambiente, menor ductilidad
Resistencia a la corrosión (cloruros/picaduras)	Resistencia superior a picaduras y grietas gracias al molibdeno.	Resistencia superior a la oxidación a altas temperaturas gracias a la alta relación Cr/Ni.
Costo	Menor (más ampliamente disponible)	Mayor (mayor contenido de aleación)

Recomendación: Elija acero inoxidable 316 (o 316L) si sus principales necesidades son resistencia a la corrosión por picaduras inducida por cloruros, excelente soldabilidad con buen comportamiento frente a la corrosión, buena ductilidad y tenacidad, y un menor coste del material o una amplia disponibilidad. Aplicaciones típicas: aplicaciones marinas, procesamiento químico, tanques y tuberías para la industria alimentaria y farmacéutica. Elija 310S si sus principales necesidades son la resistencia a la oxidación a altas temperaturas a largo plazo, la resistencia a la formación de incrustaciones o el servicio a temperaturas elevadas donde la fluencia y la estabilidad térmica son críticas. Casos de uso típicos: componentes de hornos, tubos radiantes, herrajes para hornos de cocción y conductos de alta temperatura.

Nota final: ambas aleaciones se especifican mejor con una forma, acabado y requisitos de tratamiento térmico o estabilización posteriores a la soldadura explícitos. Consulte a los proveedores de materiales y las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) para la selección de la aleación de aporte, las prácticas previas y posteriores a la soldadura y los límites de temperatura específicos de la aplicación para evitar la formación de la fase sigma, la sensibilización y las fallas prematuras.