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

Introducción

Los aceros inoxidables tipo 316 y 316L son dos de los grados de acero inoxidable austenítico más comunes utilizados en las industrias de procesos, naval, química y médica. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción evalúan constantemente las ventajas y desventajas entre la resistencia a la corrosión, la soldabilidad, la resistencia mecánica y el costo al especificar uno u otro. Los contextos de decisión típicos incluyen conjuntos soldados donde el riesgo de corrosión posterior a la soldadura es una preocupación, piezas sometidas a presión que requieren una mayor resistencia a la fluencia o componentes embutidos donde la ductilidad es importante.

La principal diferencia técnica entre ambos aceros radica en su contenido de carbono: el 316L presenta un nivel máximo de carbono deliberadamente inferior al del 316 estándar. Esta diferencia en el contenido de carbono genera diferencias en la susceptibilidad a la sensibilización durante la soldadura y el servicio a altas temperaturas, además de producir diferencias moderadas en las propiedades mecánicas y el comportamiento de conformado. Dado que los contenidos de cromo, níquel y molibdeno son similares en otros aspectos, ambos grados suelen ser intercambiables en cuanto a resistencia a la corrosión, pero difieren cuando los requisitos de soldadura y mecánicos son los factores determinantes.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (lámina/placa); ASTM A312 (tubo); ASTM A276 (barra) — designaciones UNS comunes UNS S31600 (316) y UNS S31603 (316L).
• EN: EN 1.4401 (316) y EN 1.4404 (316L) son designaciones europeas comunes.
• JIS: SUS316 / SUS316L (Normas Industriales Japonesas).
• GB: GB/T 20878 / GB/T 3280 (las normas nacionales chinas enumeran composiciones similares).

Clasificación: tanto el 316 como el 316L son aceros inoxidables austeníticos (inoxidables), no aceros al carbono, ni aceros para herramientas, ni HSLA. Se clasifican como aleaciones austeníticas resistentes a la corrosión con molibdeno para una mayor resistencia a la corrosión por picaduras en comparación con el 304.

2. Composición química y estrategia de aleación

La principal diferencia en la composición radica en el contenido máximo de carbono; los demás elementos de aleación principales son similares. Rangos de composición típicos (representativos; consulte la especificación correspondiente para conocer los límites de aceptación):

Elemento	316 (rango típico/especificado)	316L (rango típico/especificado)
C (en peso %)	≤ 0,08 (máx.)	≤ 0,03 (máx.)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	≈ 16,0–18,0	≈ 16,0–18,0
Ni	≈ 10,0–14,0	≈ 10,0–14,0
Mes	≈ 2,0–3,0	≈ 2,0–3,0
V	traza/controlado	traza/controlado
Nb/Ti	no se ha añadido intencionadamente (a menos que se especifique).	no se ha añadido intencionadamente (a menos que se especifique).
B	rastro	rastro
norte	≤ 0,10 (depende de las especificaciones)	≤ 0,10 (depende de las especificaciones)

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Cromo (Cr): proporciona la película pasiva para la resistencia general a la corrosión y la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. - Níquel (Ni): estabiliza la microestructura austenítica y mejora la tenacidad y la formabilidad. - Molibdeno (Mo): aumenta la resistencia a la corrosión localizada (corrosión por picaduras y corrosión por grietas) en ambientes clorados. - Carbono (C): aumenta ligeramente la resistencia (endurecimiento por solución sólida y carburo), pero en niveles más altos promueve la precipitación de carburo de cromo (sensibilización) a 450–850 °C, lo que agota el Cr adyacente a los límites de grano y aumenta el riesgo de corrosión intergranular. - Los elementos menores como el nitrógeno pueden mejorar la resistencia y la resistencia a las picaduras; el niobio (Nb) o el titanio (Ti) a veces se utilizan para estabilizar el carbono (prevenir la sensibilización) en variantes especialmente especificadas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el acero 316 como el 316L son totalmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) tras el trabajo en caliente/frío convencional y el recocido. Comportamiento microestructural típico:

• Estado recocido: matriz austenítica uniforme con posibles cantidades menores de ferrita delta, dependiendo de la composición y el proceso de enfriamiento. Pueden estar presentes carburos (M23C6) si el material ha estado expuesto a temperaturas de sensibilización durante un tiempo suficiente y si contiene carbono.
• Sensibilización: El acero inoxidable 316 estándar (con mayor contenido de carbono) es más propenso a la precipitación de carburos de cromo en los límites de grano tras su exposición al rango de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C), lo que puede producir corrosión intergranular. El bajo contenido de carbono del acero inoxidable 316L reduce considerablemente la precipitación de carburos, manteniendo el cromo en solución sólida adyacente a los límites de grano.
• Variantes estabilizadas: Cuando se agrega Nb o Ti intencionalmente (por ejemplo, 316Ti, 316Nb), estos fijan el carbono como carburos o carbonitruros estables y reducen el riesgo de sensibilización incluso con un mayor contenido de carbono.
• Tratamiento térmico: Estos aceros inoxidables austeníticos no se endurecen mediante los tratamientos convencionales de temple y revenido. Se utiliza un recocido de solubilización seguido de un enfriamiento rápido para disolver los carburos y recuperar la resistencia a la corrosión. Práctica estándar: recocido de solubilización a ~1020–1120 °C seguido de temple en agua (consulte las especificaciones para conocer las temperaturas exactas).

Efecto del procesamiento termomecánico: El trabajo en frío aumenta la densidad de dislocaciones y endurece el material por deformación; posteriormente, el recocido restaura la ductilidad y disuelve los precipitados si se realiza a temperaturas de recocido de solución. - Una deformación severa combinada con una exposición inadecuada al calor puede causar sensibilización en el acero 316, pero es menos problemática para el acero 316L.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas del acero recocido son comparables, aunque el 316 generalmente presenta una resistencia a la fluencia y a la tracción ligeramente superiores debido a su mayor contenido de carbono; el 316L suele presentar una ductilidad marginalmente mayor. Los valores que se muestran a continuación son rangos típicos representativos del acero recocido; siempre confirme los valores de diseño en el certificado de materiales del proveedor o en la especificación correspondiente.

Propiedad (recocida, típica)	316	316L
Resistencia a la tracción (MPa)	~480–620 (típico)	~485–620 (típico)
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	~200–260 (típico)	~170–240 (típico)
Alargamiento (%, en 50 mm)	≥ 40% (típico)	≥ 40% (típico) — a menudo ligeramente superior
Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	Bien — depende del producto y del calor	Bueno — comparable o ligeramente mejor debido a su menor contenido de C
Dureza (HB)	~80–200 (dependiendo del endurecimiento por deformación)	~70–200 (dependiendo del endurecimiento por deformación)

Interpretación: - Resistencia: El acero 316 generalmente presenta una resistencia a la tracción y a la fluencia ligeramente superior a la del acero 316L en el mismo temple, debido a que el carbono contribuye a la resistencia. - Ductilidad/tenacidad: el menor contenido de carbono del 316L mejora ligeramente la ductilidad y reduce el riesgo de fragilización de los límites de grano; en piezas muy soldadas o trabajadas en frío, el 316L suele preferirse por su tenacidad. - Para servicios criogénicos o a muy bajas temperaturas, ambas aleaciones conservan la tenacidad austenítica, pero los valores exactos de tenacidad dependen de la forma del producto y del tratamiento térmico.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un factor decisivo frecuente entre el acero 316 y el 316L.

Consideraciones clave: - Carbono y sensibilización: Un mayor contenido de carbono en el acero 316 aumenta el riesgo de precipitación de carburo de cromo en la zona afectada por el calor (ZAC) durante la soldadura, lo que puede provocar corrosión intergranular. El menor contenido de carbono del acero 316L minimiza este riesgo. - Templabilidad y agrietamiento de la ZAT de soldadura: Los aceros inoxidables austeníticos no suelen ser susceptibles al agrietamiento en frío inducido por hidrógeno, pero se debe controlar el agrietamiento en caliente, la deformación y la distorsión; tanto el 316 como el 316L requieren metales de aporte con una química compatible para un rendimiento óptimo contra la corrosión. - Tratamiento térmico posterior a la soldadura: El recocido de solución puede restaurar la resistencia a la corrosión disolviendo los carburos, pero es poco práctico para muchos componentes fabricados; elegir 316L evita la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura únicamente para mitigar la sensibilización.

Índices comunes de soldabilidad (para interpretación, sin sustitución numérica): - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Un $CE_{IIW}$ más bajo generalmente indica una soldabilidad más fácil para evitar el endurecimiento en los aceros; para los aceros inoxidables austeníticos, esta es solo una guía cualitativa. - Índice de soldabilidad por corrosión por picaduras (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Este índice es útil para evaluar la susceptibilidad a la corrosión intergranular después de la soldadura en aceros inoxidables.

Interpretación cualitativa: - El acero 316L es el preferido para estructuras soldadas de gran espesor, tuberías de procesos químicos y tanques donde existe riesgo de exposición prolongada a temperaturas en el rango de sensibilización o corrosión posterior a la soldadura. - Para secciones delgadas o conjuntos que reciben una exposición mínima a altas temperaturas, el acero 316 puede ser aceptable; los procedimientos de soldadura que limitan la entrada de calor y el enfriamiento rápido pueden mitigar los riesgos de sensibilización. - Selección del metal de aporte: al soldar, utilice un aporte equivalente de carbono igual o bajo (por ejemplo, aporte 316L para material base 316 cuando la resistencia a la corrosión en la ZAT es crítica).

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento del acero inoxidable: Tanto el 316 como el 316L se basan en una película pasiva rica en cromo para la protección general contra la corrosión. Debido a que sus contenidos de Cr y Mo son similares, la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes clorados es comparable bajo condiciones metalúrgicas equivalentes.
• PREN: Para evaluar la resistencia a la corrosión por picaduras, se suele utilizar el Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Los aceros 316 y 316L tienen valores PREN similares porque el Mo y el Cr son similares; las variaciones o adiciones de nitrógeno pueden alterar sustancialmente el PREN.
• Cuando el PREN u otros índices de corrosión localizada son bajos en relación con el entorno de servicio (por ejemplo, alta concentración de cloruros, temperatura elevada), pueden requerirse aceros austeníticos dúplex o de mayor aleación o aleaciones de níquel.
• Protección superficial para aceros no inoxidables: No aplicable a 316/316L, ya que son inoxidables. Para aceros al carbono, se considerarían opciones como galvanización, pintura o recubrimientos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen rápidamente por deformación y son más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono comunes. El 316 y el 316L tienen una maquinabilidad similar; el 316L puede ser ligeramente más fácil debido a su menor resistencia y menor endurecimiento por deformación en algunas operaciones.
• Conformabilidad: La menor resistencia a la fluencia del 316L y su reducida tendencia a la sensibilización después de las operaciones de conformado le confieren una ventaja para el embutido profundo, el hilado y el conformado complejo donde es probable la soldadura posterior al conformado o la exposición al calor.
• Acabado superficial: Ambos grados admiten acabados superficiales similares; el decapado y la pasivación son prácticas habituales para restaurar la película pasiva después de la soldadura o la fabricación.
• Uniones y elementos de fijación: Utilice elementos de fijación compatibles y considere medidas para mitigar el gripado al ensamblar aceros inoxidables austeníticos (por ejemplo, lubricación, par de apriete especificado).

8. Aplicaciones típicas

316	316L
Tuberías de intercambiadores de calor, accesorios marinos, ejes de bombas, equipos para procesos químicos donde una mayor resistencia en estado recocido es beneficiosa y la exposición a la soldadura es limitada.	Tuberías para procesos químicos, recipientes y tanques a presión soldados, equipos para la industria farmacéutica y alimentaria donde minimizar la sensibilización durante la soldadura es fundamental.
Elementos de fijación y componentes que requieren resistencia y resistencia a la corrosión moderadas.	Estructuras soldadas de gran tamaño, recipientes criogénicos (donde se prefiere una ductilidad uniforme) y componentes embutidos o conformados.
Componentes industriales generales expuestos a ambientes clorados pero no sometidos a exposiciones sensibilizantes prolongadas.	Implantes médicos (se requieren aleaciones específicas y certificación), equipos sanitarios y conjuntos soldados en entornos agresivos

Justificación de la selección: - Elija el acero 316 cuando se priorice una resistencia ligeramente superior o la disponibilidad de existencias estandarizadas en ciertas formas de producto y se controle la soldadura o la exposición al calor. - Elija 316L cuando los requisitos de soldadura, secciones gruesas, resistencia a la corrosión posterior a la soldadura o conformado sean los predominantes en las especificaciones.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 316L suele tener un precio ligeramente superior al del 316 debido a un control de carbono más estricto y al procesamiento necesario para lograr un bajo contenido de carbono. La diferencia de precio es pequeña en comparación con las adiciones de aleación (Ni, Mo) y fluctúa según las condiciones del mercado.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en láminas, placas, barras, tuberías, tubos y forjados. El 316 puede ser más común en algunas regiones y formatos, pero el 316L es el estándar para muchas aplicaciones soldadas y sanitarias, por lo que las cadenas de suministro suelen ofrecer ambos.
• Notas de adquisición: Para aplicaciones críticas, especifique la designación exacta del material (por ejemplo, número UNS o grado EN) y el tratamiento térmico o las pruebas requeridas (por ejemplo, prueba de corrosión, PMI) para evitar sustituciones.

10. Resumen y recomendación

Atributo	316	316L
Soldabilidad (resistencia a la sensibilización en la ZAT)	Bueno, pero con mayor riesgo de precipitación de carburos.	Mejor: una menor emisión de carbono minimiza la sensibilización.
Resistencia-Tenacidad (recocido)	Resistencia a la tracción ligeramente superior	Ligeramente más dúctil, resistencia comparable
Costo	Ligeramente más bajo (normalmente)	Ligeramente más alto (normalmente)

Recomendaciones: - Elija 316 si: necesita una resistencia a la fluencia ligeramente superior en estado recocido, la pieza no se soldará intensamente ni se expondrá a temperaturas de sensibilización prolongadas, o si la especificación/disponibilidad dicta 316 y los procedimientos de soldadura controlan la entrada de calor. - Elija 316L si: el componente se someterá a soldadura significativa, fabricación de gran espesor o exposición posterior a la soldadura a medios corrosivos; si debe evitar la sensibilización sin recocido de solución; o si se requiere una formabilidad superior para embutición profunda.

Nota final: Los aceros 316 y 316L suelen ser intercambiables en cuanto a resistencia general a la corrosión, pero el procedimiento de soldadura, el historial de temperaturas de servicio y el proceso de fabricación determinan la elección correcta para un rendimiento a largo plazo. Siempre confirme las propiedades y la certificación del material con los proveedores y utilice los códigos de diseño y las especificaciones de materiales adecuados para la industria y el entorno de servicio.