316L frente a 904L: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Al seleccionar aceros inoxidables austeníticos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción se enfrentan habitualmente a un dilema entre resistencia a la corrosión, rendimiento mecánico, facilidad de fabricación y coste. Los aceros 316L y 904L son ambos grados de acero inoxidable austenítico utilizados donde se requiere resistencia a la corrosión, pero cada uno ocupa un lugar diferente en el espectro rendimiento-coste: el 316L es la opción económica y ampliamente disponible, ideal para entornos con cloruros, mientras que el 904L es una opción de alta aleación y mayor coste, optimizada para entornos químicos agresivos, ácidos y con presencia de cloruros.

La principal diferencia práctica reside en la estrategia de aleación: el acero 316L se basa principalmente en cromo, níquel y molibdeno para lograr una resistencia general a la corrosión y una buena soldabilidad; el acero 904L aumenta el contenido de níquel y molibdeno, e incorpora cobre para mejorar su resistencia a los ácidos reductores y al ataque localizado. Esto hace que ambos grados se comparen frecuentemente en las decisiones de diseño y adquisición, donde la mayor resistencia a la corrosión debe justificarse frente a los mayores costes de materiales y procesamiento.

1. Normas y designaciones

Entre los principales estándares e identificadores comunes utilizados para especificar estas calificaciones se incluyen: - 316L - UNS: S31603 - Especificaciones comunes ASTM/ASME para láminas/placas y barras: por ejemplo, ASTM A240 (láminas/placas), ASTM A276 (barras) y especificaciones de tuberías relacionadas. - EN: comúnmente referenciado como EN 1.4404 - JIS: comúnmente conocido como SUS316L - GB: existen equivalentes disponibles en las normas chinas (especificadas por su composición química). - Clasificación: Acero inoxidable austenítico (inoxidable) - 904L - UNS: N08904 - Se suele incluir en los documentos ASTM/ASME cuando corresponde (por ejemplo, A240 para placas cuando lo especifica UNS). - EN: comúnmente referenciado como EN 1.4539 (utilizado como equivalencia general para la industria) - JIS/GB: disponible como aleaciones especiales o composiciones equivalentes - Clasificación: Acero inoxidable austenítico de alta aleación con contenido de níquel (inoxidable)

Ambos son aceros inoxidables (familia austenítica), no aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA. Se especifican en diversas normas para diferentes formatos de producto (placa, tubo, barra, alambre, accesorios) según su aplicación.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos o límites de composición típicos que se encuentran en las especificaciones comunes. Estos son rangos representativos utilizados en la selección y las normas; siempre confirme con el certificado de material específico para la adquisición.

Elemento	316L (típico)	904L (típico)
do	≤ 0,03 % en peso	≤ 0,02 % en peso
Minnesota	≤ 2,0 % en peso	≤ 2,0 % en peso
Si	≤ 0,75 % en peso	≤ 1,0 % en peso
PAG	≤ 0,045 % en peso	≤ 0,045 % en peso
S	≤ 0,03 % en peso	≤ 0,035 % en peso
Cr	16,0–18,0 % en peso	19,0–23,0 % en peso
Ni	10,0–14,0 % en peso	23,0–28,0 % en peso
Mes	2,0–3,0 % en peso	4,0–5,0 % en peso
Cu	— (rastro/ninguno)	~1,0–2,0 % en peso
norte	≤ 0,10 % en peso	≤ 0,10 % en peso
Nb/Ti/V/B	Normalmente no es significativo	Normalmente no es significativo

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Cromo (Cr): proporciona la película de óxido pasiva y resistencia general a la corrosión. - Níquel (Ni): estabiliza la microestructura austenítica y mejora la ductilidad y la tenacidad; un mayor contenido de Ni también mejora la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros y reduce la permeabilidad magnética. - Molibdeno (Mo): mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros. - Cobre (Cu) en 904L: mejora la resistencia al ácido sulfúrico y otros ácidos reductores y aumenta la resistencia a la corrosión local en algunos medios clorurados ácidos. - Bajo contenido de carbono (grados L): limita la sensibilización y la corrosión intergranular después de la soldadura.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el 316L como el 904L son totalmente austeníticos en estado recocido a temperatura ambiente. Puntos clave de la microestructura y el tratamiento térmico: - Microestructura típica: austenita cúbica centrada en las caras (FCC) monofásica con posibles pequeñas cantidades de carburos o intermetálicos si se expone a temperaturas de sensibilización. - Recocido de solubilización / recristalización: Ambos grados se someten comúnmente a recocido de solubilización (las temperaturas típicas de recocido de solubilización para los aceros inoxidables austeníticos están en el rango de 1040 a 1120 °C según la especificación) y se enfrían rápidamente para mantener una estructura austenítica homogénea y disolver los carburos de cromo. - Sensibilización: El bajo contenido de carbono (316L, 904L) reduce la susceptibilidad a la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano (sensibilización) en comparación con las variantes con mayor contenido de carbono; por lo tanto, ambos son preferibles para estructuras soldadas que requieren resistencia a la corrosión. Precipitación y fase sigma: La exposición prolongada en el rango de 500–900 °C puede favorecer la formación de fases intermetálicas (p. ej., sigma) que fragilizan la aleación y reducen su resistencia a la corrosión. El alto contenido de níquel en la aleación 904L tiende a modificar el comportamiento de precipitación, por lo que deben respetarse los periodos de procesamiento anti-sigma y las prácticas de recocido de solubilización. - Endurecimiento: Ninguno de los dos grados se puede endurecer mediante el tratamiento convencional de temple y revenido porque son austeníticos; la resistencia se ajusta principalmente mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación) o utilizando un mayor espesor de sección/forma del producto.

4. Propiedades mecánicas

La siguiente tabla proporciona características comparativas cualitativas que se observan típicamente en la condición recocida (los valores específicos dependen de la forma del producto, el tratamiento térmico y las certificaciones del proveedor).

Propiedad	316L (recocido)	904L (recocido)
Resistencia a la tracción	Moderado	Generalmente más alta (debido a un mayor contenido de aleación y al fortalecimiento por solución sólida).
Resistencia a la fluencia	Moderado	Un poco más alto
Alargamiento / Ductilidad	Alta (excelente conformabilidad)	Alta, pero a veces ligeramente inferior a 316L en secciones gruesas o estados trabajados en frío.
Dureza al impacto	Funciona bien en un amplio rango de temperaturas.	Bueno; conserva la tenacidad con mayor resistencia.
Dureza (recocida)	Inferior (fácil de formar)	Ligeramente más alto (puede ser más endurecimiento por deformación)

Explicación: El mayor contenido de níquel y molibdeno (y cobre) del acero 904L da como resultado un mayor fortalecimiento por solución sólida y, a menudo, una resistencia a la fluencia y a la tracción ligeramente superiores en estado recocido en comparación con el acero 316L. Ambas aleaciones conservan una ductilidad y tenacidad considerables; el acero 316L se utiliza ampliamente donde se requiere un conformado extenso o un embutido profundo debido a sus características de conformado bien conocidas.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos dependen del contenido de carbono, nitrógeno y aleación, además de los ciclos térmicos. - Nivel de carbono: El bajo contenido de carbono (316L, 904L) reduce el riesgo de corrosión intergranular después de la soldadura; ambos se consideran soldables sin precalentamiento en la mayoría de las aplicaciones. Templabilidad y fisuración en frío: Los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen como los aceros martensíticos; la fisuración en frío inducida por hidrógeno no es una preocupación principal. Sin embargo, el control de la distorsión y la gestión de las tensiones residuales son importantes. - Efectos de aleación: El alto contenido de níquel y molibdeno en el 904L aumenta la tendencia al agrietamiento en caliente en algunas combinaciones de metal de aporte/proceso y puede hacer que la selección del material de aporte adecuado y la calificación del procedimiento sean más críticas. - Ecuaciones comunes de soldabilidad utilizadas para la interpretación (sin datos numéricos). El equivalente de carbono (IIW) se utiliza a menudo cualitativamente para evaluar la soldabilidad: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Y el índice Pcm más detallado: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretación: Un mayor contenido de aleación incrementa estos índices, lo que indica la necesidad de procedimientos de soldadura controlados. En la práctica, el acero 316L es más fácil de soldar y cumple con los requisitos de los metales de aporte comunes (p. ej., material de aporte para soldadura 316L), mientras que el acero 904L suele requerir consumibles de soldadura homologados, procedimientos especializados y pruebas de corrosión posteriores a la soldadura para entornos exigentes.

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento inoxidable: Ambos son inoxidables y dependen de una película pasiva de óxido de cromo para la resistencia general a la corrosión.
• PREN para la resistencia a la corrosión localizada: El número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) se utiliza comúnmente para comparar la resistencia a la corrosión localizada en ambientes que contienen cloruros: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretación: Un PREN más alto indica una mayor resistencia a la corrosión por picaduras; el 904L generalmente tiene un PREN más alto que el 316L debido a un mayor contenido de Mo y Cr y, a veces, un mayor contenido de Ni que facilita la resistencia al ataque localizado.
• Comportamientos específicos de corrosión:
• 316L: Buena resistencia a salpicaduras de agua de mar, ambientes con cloruros moderados y muchas condiciones de procesos químicos.
• 904L: Resistencia superior a los ácidos reductores (por ejemplo, ácido sulfúrico), mejor resistencia a la corrosión por hendiduras y picaduras en ambientes que contienen cloruros y mejor rendimiento en servicios con mezcla de ácido/cloruro debido al Cu y al mayor contenido de aleación.
• Cuando el acero inoxidable no es aplicable (por ejemplo, en aceros al carbono no inoxidables), las opciones de protección superficial incluyen galvanizado, pintura y revestimientos poliméricos. Estas opciones no son relevantes para las comparaciones entre 316L y 904L, ya que ambos son aceros inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Ambos grados son más difíciles de mecanizar que los aceros de baja aleación. El 316L se mecaniza razonablemente bien con las herramientas y velocidades adecuadas; el 904L suele ser más difícil de mecanizar debido a su alto contenido de níquel y endurecimiento por deformación; a menudo requiere cortes más ligeros, herramientas robustas y cambios de herramienta más frecuentes.
• Conformabilidad/doblabilidad: El acero 316L presenta una excelente conformabilidad y capacidad de embutición profunda en estado recocido. El acero 904L se conforma bien, pero puede endurecerse por deformación más rápidamente y podría requerir un recocido intermedio para operaciones de conformado exigentes.
• Acabado superficial: Ambos tipos de aleación admiten técnicas de acabado comunes (pulido, pasivación). La alta aleación del 904L puede requerir procedimientos de decapado/limpieza más agresivos y una pasivación cuidadosa para restaurar la película pasiva después de la fabricación.

8. Aplicaciones típicas

316L — Usos típicos	904L — Usos típicos
Equipos para procesos químicos en medios moderadamente corrosivos (tuberías, tanques, intercambiadores de calor)	Equipos para procesos químicos en medios altamente corrosivos/reductores (plantas de ácido sulfúrico, mezclas agresivas de cloruro y ácido)
Procesamiento de alimentos, equipos farmacéuticos, accesorios náuticos, componentes arquitectónicos	Unidades petroquímicas y de refinería, intercambiadores de calor de alto rendimiento, componentes de válvulas en servicio ácido agresivo
Dispositivos médicos e implantes (con grados/especificaciones apropiados)	Equipos especializados de alta gama que requieren resistencia a largo plazo a la corrosión por picaduras/hendiduras.
Accesorios para plataformas marinas (exposición moderada a cloruros), pretratamiento para desalinización	Aplicaciones donde la vida útil de la aleación justifica un mayor costo inicial de material y fabricación

Justificación de la selección: Utilice acero inoxidable 316L cuando la resistencia moderada a los cloruros, la excelente soldabilidad y la rentabilidad sean prioritarias. Utilice acero inoxidable 904L cuando las condiciones químicas específicas del proceso (ácidos reductores fuertes, entornos con mezclas de ácido/cloruro) o la resistencia a la corrosión localizada a largo plazo justifiquen los mayores costes de material y fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 904L es considerablemente más caro que el 316L debido a su contenido significativamente mayor de níquel y molibdeno (y a la adición de cobre). La diferencia de precio puede ser considerable y varía según el mercado de metales básicos.
• Disponibilidad: El acero 316L es común a nivel mundial en múltiples presentaciones y calidades; los plazos de entrega suelen ser cortos. El acero 904L está disponible, pero en menos presentaciones en stock y a menudo requiere plazos de entrega más largos o fabricación bajo pedido para ciertas presentaciones y espesores.
• Implicaciones para la adquisición: Debe evaluarse el costo total de propiedad (material + fabricación + inspección + vida útil de mantenimiento); en muchos casos, el 316L es la opción económica a menos que las condiciones del proceso hagan necesario el 904L para evitar fallas o un mantenimiento frecuente.

10. Resumen y recomendación

Criterio	316L	904L
Soldabilidad	Excelente (metales de aporte y procedimientos estándar)	Es bueno, pero requiere procedimientos y rellenos especializados; controles más estrictos.
Resistencia-Tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad; resistencia moderada	Resistencia ligeramente superior con tenacidad conservada; mayor endurecimiento por deformación.
Costo	Inferior (ampliamente disponible)	Mayor calidad (aleación premium; formatos de stock limitado)

Elige 316L si: - El entorno implica una exposición moderada a cloruros, servicio químico general, atmósferas marinas, o donde el coste y la facilidad de fabricación son preocupaciones primordiales. - Para la fabricación en grandes volúmenes o para trabajos de fabricación extensos, se requiere una excelente soldabilidad y conformabilidad.

Elige 904L si: - El servicio implica el uso de ácidos reductores fuertes (por ejemplo, ácido sulfúrico) o mezclas agresivas de cloruro/ácido donde el acero 316L muestra picaduras, corrosión por hendiduras o una vida útil reducida. - Su larga vida útil sin mantenimiento y su resistencia al ataque localizado justifican un mayor gasto en materiales y procesamiento, o cuando así lo especifique la química del proceso y la evaluación de la ingeniería de corrosión.

Nota final: En las órdenes de compra, especifique siempre la aleación exacta, la forma del producto, el tratamiento térmico y los requisitos de ensayo. Consulte con especialistas en corrosión o ingenieros de materiales cuando las condiciones de servicio sean ambiguas. Se recomienda obtener certificados de materiales y realizar ensayos de corrosión específicos del sitio al actualizar de acero inoxidable 316L a 904L para equipos de proceso críticos.