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

Introducción

El 316L y el 316Ti son dos aceros inoxidables austeníticos de uso común, derivados de la familia 316. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen considerar la resistencia a la corrosión, la soldabilidad y el coste al elegir entre ellos. Las decisiones se toman típicamente en contextos como sistemas de presión soldados (donde el bajo contenido de carbono o la estabilización son importantes), tuberías e intercambiadores de calor de alta temperatura (donde la precipitación de carburos es un problema) y componentes para servicio corrosivo en general, donde se prefieren los aceros inoxidables de la serie 300 con contenido de molibdeno.

La principal diferencia metalúrgica entre ambas aleaciones radica en cómo cada una previene la precipitación de carburo de cromo a altas temperaturas: una minimiza el contenido de carbono, mientras que la otra lo fija mediante un elemento estabilizador. Esta diferencia conlleva distintas opciones en cuanto a fabricación, tolerancia a la exposición térmica y algunas propiedades mecánicas, razón por la cual las aleaciones 316L y 316Ti se comparan habitualmente en las especificaciones de diseño o fabricación.

1. Normas y designaciones

• Especificaciones y designaciones comunes:
• ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (placa/lámina para acero inoxidable); otras normas de producto ASTM para barras, tuberías y accesorios.
• EN: 1.4404 (comúnmente referenciado para 316L), 1.4571 (comúnmente referenciado para 316Ti).
• Las normas JIS, GB y otras normas nacionales a menudo tienen grados equivalentes (por ejemplo, equivalentes de SUS316L).
• Clasificación: ambos son aceros inoxidables (austeníticos, con molibdeno, serie Cr-Ni). No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla a continuación muestra los rangos de composición típicos para 316L y 316Ti que se encuentran en los estándares comunes (los valores se dan como porcentaje en peso y son indicativos; consulte el estándar específico para conocer los límites vinculantes).

Elemento	316L (rango típico, % en peso)	316Ti (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,03	≤ 0,08
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0,75–1,0	≤ 0,8
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	rastro	rastro
Nótese bien	rastro / ninguno	rastro / ninguno
Ti	rastro / ninguno	~0,4 – 0,7
B	rastro	rastro
norte	≤ ~0.10	≤ ~0.11

Cómo afecta la aleación al comportamiento: El cromo y el molibdeno proporcionan la resistencia a la corrosión y a las picaduras en el núcleo. El níquel estabiliza la matriz austenítica y mejora la tenacidad. - El carbono aumenta la resistencia pero promueve la precipitación de carburo de cromo ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) a 425–850 °C, lo que agota el Cr en los límites de grano y conduce a la corrosión intergranular (sensibilización). El acero 316L reduce ese riesgo al limitar el contenido de carbono. El acero 316Ti utiliza titanio para formar compuestos estables de Ti-carbono (por ejemplo, TiC) que se unen preferentemente al carbono, evitando la formación de carburo de cromo durante la exposición a temperaturas sensibilizantes.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: - Ambos grados son predominantemente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido, con una microestructura típica de granos de austenita equiaxiales y posibles pequeñas cantidades de fase sigma o carburos después de una exposición prolongada a altas temperaturas. - 316L: el bajo contenido de carbono significa menos carburos después de los ciclos térmicos; la microestructura permanece como austenita limpia a menos que se someta a un trabajo en frío severo o se exponga a ciclos térmicos muy agresivos. - 316Ti: el titanio precipita como partículas finas de TiC/TiN, comúnmente en los límites de grano y dentro de los granos; estos actúan como estabilizadores.

Respuesta al tratamiento térmico y al procesamiento: El tratamiento térmico de solubilización (normalmente a 1000–1100 °C, seguido de un enfriamiento rápido) restaura una estructura austenítica uniforme y disuelve las fases perjudiciales. Ambos grados se someten rutinariamente a tratamiento térmico de solubilización para aplicaciones críticas. - La normalización/templado/revenido no es típica de los aceros inoxidables austeníticos; el procesamiento termomecánico (trabajo en frío, alivio de tensiones) afecta la densidad de dislocaciones y las propiedades mecánicas en lugar de transformar las fases. - El acero 316Ti es especialmente tolerante a las variaciones térmicas dentro del rango de sensibilización porque el Ti secuestra el carbono; sin embargo, si el Ti está insuficientemente presente en relación con el carbono o si se produce un envejecimiento prolongado a alta temperatura, aún pueden formarse precipitados secundarios (por ejemplo, fase sigma) que fragilizan el acero.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los aceros inoxidables austeníticos dependen en gran medida de la forma del producto (chapa, placa, barra), el trabajo en frío y el historial térmico. La tabla siguiente muestra rangos indicativos, en estado recocido, que se suelen reportar para estos grados. Para obtener los valores de diseño, consulte los certificados del proveedor o de ensayo.

Propiedad (recocida, indicativa)	316L	316Ti
Resistencia a la tracción (UTS), MPa	480 – 620	490 – 630
Límite elástico (0,2 % de deformación), MPa	170 – 300	180 – 310
Alargamiento (A, % en 50 mm o calibre especificado)	40 – 60	35 – 55
Resistencia al impacto (Charpy V-notch, temperatura ambiente, J)	Generalmente alta; buena resistencia	Generalmente altas; comparables, a veces ligeramente inferiores si se producen precipitaciones.
Dureza (HRB o HB)	HRB ≈ 90 – 100 (recocido suave)	HRB ≈ 95 – 110 (puede ser ligeramente superior)

Interpretación: - El titanio 316Ti puede presentar una resistencia ligeramente superior en estado recocido debido a un mayor contenido de carbono y precipitados estabilizadores, pero las diferencias son modestas para la mayoría de las aplicaciones en recipientes a presión y tuberías. - La ductilidad y la tenacidad son en general similares; el 316L puede ofrecer una ductilidad ligeramente mejor y un comportamiento de bajo carbono garantizado después de la soldadura, mientras que el 316Ti ofrece estabilidad contra la sensibilización a temperaturas de servicio elevadas.

5. Soldabilidad

Tanto el acero 316L como el 316Ti se consideran altamente soldables en comparación con los aceros ferríticos o martensíticos, pero presentan diferentes consideraciones prácticas.

Índices de soldabilidad relevantes: - Equivalente de carbono para austeníticos (ejemplo): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro empírico de corrosión por picaduras/fisuración de soldadura (ejemplo): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 316L: excelente soldabilidad debido a su bajo contenido de carbono; riesgo mínimo de sensibilización y corrosión intergranular tras ciclos de soldadura típicos. En muchas aplicaciones, el recocido de solubilización posterior a la soldadura suele ser innecesario para lograr resistencia a la corrosión. - 316Ti: también soldable y a menudo se elige específicamente para componentes soldados expuestos a temperaturas en el rango de sensibilización, ya que el titanio estabiliza el carbono y reduce la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Es necesario tener cuidado para asegurar una relación Ti:C adecuada y evitar una excesiva incompatibilidad del material de aporte; los metales de aporte suelen ser consumibles de tipo 316L/316 para preservar la resistencia a la corrosión. - En general, ambos grados no requieren precalentamiento; evite el enfriamiento lento a través de 500–800 °C en aplicaciones sensibles; se puede especificar un recocido de solución posterior a la soldadura para servicios críticos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ambos son aceros inoxidables resistentes a la corrosión (no galvanizados ni pintados por defecto).
• Para la evaluación de la corrosión por picaduras y grietas, utilice PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice enfatiza el Cr, el Mo y el N. Los valores típicos de PREN para los aceros de la familia 316 se encuentran en un rango moderado; el 316L y el 316Ti tienen valores de PREN muy similares porque sus contenidos de Cr y Mo son comparables y el N es bajo.
• Cuando la selección de acero inoxidable no es apropiada (por ejemplo, en ambientes altamente reductores o alcalinos), los aceros no inoxidables requieren protección superficial como galvanización, recubrimiento o revestimiento; esto no es la norma para las piezas de la familia 316.
• Nota práctica: El acero 316Ti es preferible para aplicaciones donde la exposición térmica podría causar la precipitación de carburo de cromo (p. ej., intercambiadores de calor, tuberías de vapor) debido a que el titanio reduce la sensibilización. El acero 316L logra el mismo resultado práctico gracias a su muy bajo contenido de carbono.

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. El 316Ti puede ser ligeramente más difícil de mecanizar que el 316L, ya que la estabilización y el mayor contenido de carbono pueden aumentar el endurecimiento por deformación y el desgaste de la herramienta. Utilice herramientas robustas, avances, velocidades de corte y refrigerante adecuados.
• Conformabilidad: El acero 316L generalmente ofrece mejor conformabilidad y capacidad de embutición profunda debido a su menor límite elástico y mayor ductilidad en estado recocido. El acero 316Ti se conforma de manera similar, pero puede requerir fuerzas ligeramente mayores y un control más preciso del radio de curvatura.
• Acabado: ambos admiten acabados superficiales estándar y pasivación; el decapado/neutralización después de la soldadura puede utilizarse para restaurar la película pasiva y eliminar la coloración por calor.

8. Aplicaciones típicas

316L — Usos típicos	316Ti — Usos típicos
Equipos y tanques para el procesamiento químico (soldados)	Intercambiadores de calor y componentes de hornos expuestos a temperaturas intermedias
Equipos sanitarios para alimentos, bebidas y productos farmacéuticos	Tuberías de vapor y de alta temperatura donde la sensibilización es un factor de riesgo.
Componentes marinos y elementos estructurales costeros	Tuberías de alta temperatura para la industria automotriz y petroquímica
Componentes de dispositivos médicos donde se especifica una baja emisión de carbono	Componentes que requieren estabilidad durante ciclos térmicos intermitentes
Recipientes criogénicos y equipos a presión (debido a su buena resistencia).	Calderas industriales, tubos de sobrecalentador (diseños específicos)

Justificación de la selección: - Elija 316L cuando la resistencia a la corrosión posterior a la soldadura, el embutido profundo y la disponibilidad/costo sean factores primordiales. - Elija 316Ti cuando el servicio incluya una exposición prolongada o cíclica a temperaturas que de otro modo causarían sensibilización, y cuando el componente no vaya a ser sometido a un tratamiento térmico de solución después de su fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• El acero 316L es más común y suele estar disponible en una gama más amplia de formas de producto y acabados de fábrica; generalmente es la opción de menor costo entre los dos.
• El acero 316Ti tiene un precio ligeramente superior debido a la adición de titanio y a un menor volumen de mercado general; la disponibilidad sigue siendo buena para las formas comunes (tubería, placa, tubo), pero los plazos de entrega para tamaños o acabados especiales pueden ser más largos.
• Para la adquisición: especifique el estándar exacto (por ejemplo, ASTM A240 316L o EN 1.4571) y el acabado/tratamiento térmico requerido para evitar problemas en la cadena de suministro.

10. Resumen y recomendación

Criterio	316L	316Ti
Soldabilidad	Excelente (bajo en carbono)	Excelente, diseñado para resistir la sensibilización; requiere atención al Ti:C
Resistencia-Tenacidad	Buena resistencia, rendimiento ligeramente inferior	Tenacidad comparable, potencial de resistencia a la tracción/límite elástico ligeramente superior
Costo	Menor / ampliamente disponible	Precio ligeramente superior / buena disponibilidad

Recomendaciones: - Elija 316L si necesita la mejor resistencia a la corrosión de uso general con máxima soldabilidad y conformabilidad, y cuando el costo y la amplia disponibilidad sean prioridades. - Elija 316Ti si la aplicación experimentará ciclos térmicos o exposiciones prolongadas en el rango de temperatura de sensibilización (aproximadamente 425–850 °C) y no puede o no realizará un recocido de solución después de la fabricación; 316Ti proporciona estabilidad contra el ataque intergranular en esas condiciones.

Nota práctica final: para diseños críticos, especifique siempre la norma exacta, la forma del producto y los tratamientos térmicos o posteriores a la soldadura necesarios, y solicite los certificados de fábrica/ensayo. En caso de duda sobre la exposición térmica a largo plazo o los mecanismos de corrosión específicos, consulte los datos de ensayos de corrosión o realice ensayos de calificación de materiales para el entorno de servicio previsto.