316 vs 316Ti – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos tipo 316 y tipo 316Ti se utilizan ampliamente en las industrias química, naval, alimentaria y de intercambiadores de calor. Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse al dilema de elegir entre materiales con características ligeramente diferentes en cuanto a resistencia a la corrosión, soldabilidad, estabilidad térmica y coste; por ejemplo, optar por un material de menor coste inicial con excelente resistencia general a la corrosión y una variante estabilizada diseñada para una exposición prolongada a altas temperaturas.

La principal diferencia metalúrgica radica en que el 316Ti contiene titanio añadido deliberadamente para fijar el carbono y reducir el riesgo de precipitación de carburo de cromo durante la exposición a altas temperaturas; el 316 es la aleación austenítica convencional con molibdeno, sin estabilización. Debido a esta estrategia de estabilización, ambas aleaciones se comparan frecuentemente cuando los diseños deben tolerar la exposición posterior a la soldadura, un servicio prolongado a altas temperaturas o al seleccionar el material de aporte y los parámetros del proceso de soldadura.

1. Normas y designaciones

• ASTM / ASME:
• 316: ASTM A240/ASME SA240 (UNS S31600)
• 316Ti: ASTM A240 / ASME SA240 (comúnmente especificado como 316Ti, UNS S31635 o EN 1.4571)
• EN (europeo):
• 316: EN 1.4401
• 316Ti: EN 1.4571
• JIS (Japón): existen equivalentes (por ejemplo, SUS316).
• GB (China): existen equivalentes (por ejemplo, 0Cr17Ni12Mo2)

Clasificación: tanto el 316 como el 316Ti 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 (en % peso) según las normas comunes (los rangos reflejan las especificaciones estándar, no un análisis propio). La composición exacta varía según la especificación y el fabricante.

Elemento	316 (rango típico, % en peso)	316Ti (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,08	≤ 0,08
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	2.0–2.5
V	traza / no especificado	traza / no especificado
Nótese bien	típicamente ninguno	típicamente ninguno
Ti	rastro / ninguno	0,5–0,8
B	traza / no especificado	traza / no especificado
norte	≤ 0,11 (a menudo ≤ 0,10)	≤ 0,11 (a menudo ≤ 0,10)

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - El cromo (Cr) proporciona la película pasiva que otorga a los aceros inoxidables su resistencia a la corrosión. - El níquel (Ni) estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la ductilidad. - El molibdeno (Mo) aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes clorados. - El carbono (C) aumenta ligeramente la resistencia, pero promueve la formación de carburos de cromo en los límites de grano cuando se expone al rango de temperatura de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C), reduciendo la resistencia a la corrosión intergranular. - El titanio (Ti) en 316Ti forma preferentemente carburos y nitruros de titanio estables, evitando que el carbono se adhiera al cromo y reduciendo así el riesgo de sensibilización después de la exposición a rangos de temperatura críticos.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: Tanto el acero 316 como el 316Ti son totalmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado de recocido de solubilización. La microestructura típica consiste en una matriz austenítica; pueden aparecer fases minoritarias como carburos (M23C6), nitruros o compuestos intermetálicos dependiendo de su historial térmico. - En el acero 316, el carbono puede combinarse con el cromo en los límites de grano para formar carburos de cromo (M23C6) cuando el material se enfría lentamente a través del rango de sensibilización o se mantiene dentro de él, lo que lleva a zonas con deficiencia de cromo y susceptibilidad a la corrosión intergranular. - En el acero 316Ti, el titanio forma preferentemente TiC y TiN durante la exposición térmica, lo que limita la formación de carburo de cromo y ayuda a preservar el cromo en los límites de grano.

Respuesta al tratamiento térmico: - Recocido de solubilización (rango típico para aceros austeníticos): calentar a aproximadamente 1040–1150 °C y enfriar rápidamente. Esto disuelve los precipitados y restaura la resistencia a la corrosión. - El normalizado no se suele utilizar en aceros inoxidables austeníticos, ya que tiene poco efecto y no endurece la estructura. - Ni el 316 ni el 316Ti se pueden endurecer mediante temple y revenido convencionales; se endurecen por deformación en frío o se pueden fortalecer mediante trabajo en frío o endurecimiento por precipitación en diferentes sistemas de aleación (no típico de la familia 316). - El procesamiento termomecánico (trabajo en frío, programas de recocido) afecta el tamaño del grano, la textura y las propiedades mecánicas de manera similar para ambos grados, pero el 316Ti conserva una mejor resistencia al ataque intergranular después de la exposición a altas temperaturas.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades que se muestran a continuación reflejan las condiciones típicas de recocido de solución (recocido); los valores exactos dependen de la forma del producto y del tratamiento de la planta de fabricación.

Propiedad (recocida)	316 (típico)	316Ti (típico)
Resistencia a la tracción (Rm)	~480–620 MPa	~480–620 MPa
Límite elástico (0,2% de prueba)	~170–300 MPa	~170–300 MPa
Alargamiento (A%)	~40% (en calibre de 50 mm)	~35–45%
Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	Alta — buena resistencia	Alto — similar a 316
Dureza (HB)	~140–190 HB	Ligeramente superior para 316Ti en algunas fases de calentamiento.

Explicación: - La resistencia y la ductilidad son en general similares; la estabilización con titanio no aumenta sustancialmente la resistencia a la tracción a temperatura ambiente en estado recocido. - El titanio 316Ti puede presentar un límite elástico o una dureza mínima ligeramente superiores en algunos lotes de producción debido a la precipitación de TiC/TiN, pero las diferencias son pequeñas en la mayoría de los contextos de diseño estructural. - Ambos materiales presentan una alta tenacidad; ninguno es un material quebradizo a bajas temperaturas.

5. Soldabilidad

Ambos grados se consideran fácilmente soldables con las prácticas estándar de soldadura de acero inoxidable austenítico, pero existen diferencias prácticas.

Índices importantes de soldabilidad: Las formas equivalentes de carbono pueden utilizarse para evaluar la templabilidad y la susceptibilidad al agrietamiento. Un índice estándar es: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Un parámetro más detallado para aceros inoxidables: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretación cualitativa: - Tanto el 316 como el 316Ti tienen un bajo contenido de carbono en comparación con muchos aceros estructurales, por lo que no son propensos al agrietamiento en frío por formación de martensita; los rellenos de acero inoxidable austenítico y los gases de protección son estándar. - El acero 316L (variante de bajo carbono) suele preferirse cuando se prevé una soldadura extensa, ya que su menor contenido de carbono elimina la necesidad de estabilización. Para el 316 (estándar) y el 316Ti: El titanio 316Ti ofrece mayor resistencia a la sensibilización posterior a la soldadura cuando las temperaturas de la zona afectada por el calor (ZAC) superan el rango de sensibilización, debido a que el titanio fija el carbono. Esto puede resultar ventajoso para la fabricación de componentes sometidos a ciclos repetidos de alta temperatura. Sin embargo, la presencia de titanio en el metal base puede complicar la selección del metal de aporte y exige prestar atención al procedimiento de soldadura para evitar la formación de precipitados gruesos de titanio en el metal de soldadura, que podrían afectar localmente la ductilidad o la resistencia a la corrosión. En muchas aplicaciones de soldadura, se utiliza metal de aporte 316L para reducir el riesgo de sensibilización en el metal de soldadura. El tratamiento térmico de solubilización previo y posterior a la soldadura puede restaurar la resistencia a la corrosión donde sea necesario. Para aplicaciones críticas, se utilizan ensayos de corrosión intergranular (p. ej., según las prácticas de la norma ASTM A262).

6. Corrosión y protección de superficies

• Para aceros inoxidables como el 316 y el 316Ti, la resistencia general a la corrosión se deriva de la película pasiva de óxido de cromo; el Mo mejora la resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes que contienen cloruros.
• Utilice el Número Equivalente de Resistencia a la Picadura (PREN) para la resistencia comparativa a la picadura cuando sea pertinente: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Nota: El titanio no interviene en la expresión PREN; la adición de Ti no aumenta directamente el PREN, pero ayuda a mantener el cromo en solución al prevenir la formación de carburo de cromo.
• Sensibilización: El acero 316 (sin estabilizar) puede sensibilizarse si se expone a temperaturas de entre 450 y 850 °C durante un tiempo suficiente, lo que provoca corrosión intergranular debido a la precipitación de carburo de cromo. El acero 316Ti está diseñado específicamente para reducir este riesgo mediante la formación de TiC/TiN.
• La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión (SCC) en ambientes clorados es una consideración de diseño para los aceros inoxidables austeníticos; la reducción del carbono no previene la SCC; se requiere la selección del material, el control de las tensiones residuales y el control del ambiente.
• Protección de la superficie: Para los aceros que no son inoxidables, las medidas comunes incluyen la galvanización o la pintura; para el 316/316Ti, estas no suelen ser necesarias a menos que se requiera protección estética o contra el desgaste abrasivo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos suelen ser más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono debido al endurecimiento por deformación y su baja conductividad térmica. Los aceros 316 y 316Ti presentan características similares; la estabilización con titanio puede reducir ligeramente la maquinabilidad en algunas coladas debido a la presencia de partículas duras de TiC/TiN.
• Conformabilidad: Ambos grados presentan una excelente ductilidad y pueden embutirse, doblarse y conformarse mediante técnicas estándar. Para el conformado, se prefiere el material recocido para evitar una recuperación elástica excesiva o un endurecimiento por deformación.
• Acabado superficial: Ambos aceros pueden rectificarse, pulirse y electropulirse. Los precipitados de titanio en el acero 316Ti suelen ser de tamaño micrométrico y no impiden obtener acabados superficiales de alta calidad.
• Soldadura y tratamientos posteriores a la soldadura: a menudo se utilizan metales de aporte 316L; cuando se prevé fluencia a alta temperatura o exposición prolongada a temperaturas elevadas, se puede seleccionar un aporte especializado que coincida con la estrategia del metal base.

8. Aplicaciones típicas

316 (usos comunes)	316Ti (usos comunes)
Equipos para procesos químicos (reactores, tanques)	Intercambiadores de calor y componentes de hornos expuestos a temperaturas elevadas
Herrajes marinos, accesorios para agua de mar (servicio con cloruros moderados)	Componentes sometidos a ciclos repetidos de alta temperatura (por ejemplo, tubos de calderas, revestimientos de sobrecalentadores)
Equipos para el procesamiento de alimentos y bebidas	Tuberías y bridas de alta temperatura donde existe riesgo de sensibilización
Componentes de dispositivos médicos y equipos quirúrgicos	Equipos petroquímicos expuestos a altas temperaturas intermitentes
Molduras arquitectónicas, fijaciones	Conjuntos soldados especializados que requieren estabilidad a alta temperatura posterior a la soldadura

Justificación de la selección: - Elija el acero 316 por su resistencia general a la corrosión, su rentabilidad y su amplia disponibilidad. - Elija 316Ti cuando el servicio incluya una exposición repetida o prolongada a temperaturas en las que la sensibilización sea una preocupación, o cuando se requiera una estabilidad térmica a largo plazo de los límites de grano.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero 316 suele ser más común y ligeramente menos costoso que el 316Ti, ya que este último incluye una adición deliberada de titanio y, a menudo, un control de procesamiento más estricto. Las diferencias de precio suelen ser modestas en relación con los costes totales del proyecto, pero pueden variar según los precios del titanio en el mercado y el procesamiento de la aleación.
• Disponibilidad: El acero 316 está ampliamente disponible en láminas, placas, tubos, barras y forjados. El acero 316Ti también está ampliamente disponible, pero puede tener plazos de entrega más largos para ciertas formas de producto, espesores o acabados especiales. Para grandes volúmenes de stock estándar, el acero 316 suele ser más fácil de conseguir.

10. Resumen y recomendación

Atributo	316	316Ti
Soldabilidad	Muy bueno; utilice relleno 316L para una resistencia crítica a la corrosión.	Muy bueno; mejora la resistencia a la sensibilización posterior a la soldadura, pero la selección del material de aporte y el control de la soldadura son importantes.
Resistencia-Tenacidad	Excelente tenacidad; resistencia típica de la aleación austenítica	Resistencia y tenacidad similares; posible ligero aumento de la dureza.
Costo	Inferior (más común)	Ligeramente superior (aleación estabilizada)

Recomendaciones: - Elija 316 si: necesita un acero inoxidable austenítico versátil y rentable para resistencia general a la corrosión, componentes de bombas y válvulas, equipos de procesamiento de alimentos, o cuando se vaya a realizar soldadura extensa en taller o en campo y el menor costo total de la aleación sea una prioridad (considere 316L para soldadura pesada). Elija 316Ti si: el componente estará expuesto de forma prolongada o repetida al rango de temperatura de sensibilización (p. ej., intercambiadores de calor, piezas de hornos, algunos servicios petroquímicos), o cuando la preservación del cromo en los límites de grano tras los ciclos térmicos sea fundamental. El 316Ti es la opción preferida cuando se busca un acero inoxidable austenítico estabilizado sin recurrir a un grado de bajo carbono.

Nota final: Para cualquier aplicación crítica, especifique la designación exacta del grado ASTM/EN, la forma del producto requerida y cualquier tratamiento térmico posterior a la soldadura o recocido de solubilización. Se recomienda realizar pruebas de corrosión, cualificar el procedimiento de soldadura y obtener la certificación del proveedor para garantizar que el grado seleccionado cumpla con las expectativas de servicio.