316Ti frente a 321H: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 316Ti y 321H se utilizan donde se requiere una combinación de resistencia a la corrosión y buen desempeño a altas temperaturas. Elegir entre ellos es un dilema recurrente para los ingenieros y los equipos de compras, quienes deben equilibrar la resistencia a la corrosión, la resistencia a altas temperaturas, la soldabilidad y el costo del ciclo de vida. El 316Ti es un acero con molibdeno estabilizado con titanio para una mayor resistencia a la sensibilización, mientras que el 321H es un acero al cromo-níquel estabilizado con titanio y con mayor contenido de carbono para una mayor resistencia a la fluencia y a altas temperaturas. Estas diferencias hacen que ambos aceros sean atractivos para rangos de servicio que se superponen, pero que son distintos: el 316Ti, donde se prioriza la resistencia a la corrosión por picaduras y la resistencia general a la corrosión, y el 321H, donde son importantes la estabilidad a largo plazo en ambientes oxidantes a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia.

1. Normas y designaciones

Normas y designaciones internacionales comunes donde se encuentran estas calificaciones:

• ASTM/ASME: A240 (placa, lámina y tira), A312 (tubería), A403 (accesorios) — se especifican variantes 316Ti y 321/321H.
• EN: En las normas europeas se utilizan equivalentes a EN 1.4571 (316Ti) y EN 1.4878 (321H).
• JIS: La familia JIS G4303/G4313 incluye austeníticos estabilizados con designaciones locales.
• GB (China): Las normas GB/T enumeran grados de acero inoxidable comparables a 316Ti y 321H.

Clasificación: - Tanto el 316Ti como el 321H son aceros inoxidables (austeníticos). No son aceros al carbono, aceros aleados, aceros para herramientas ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: rangos de composición típicos (expresados ​​en porcentaje en peso). Los valores varían según la especificación y la forma del producto; la tabla muestra rangos representativos comúnmente citados en las normas. Consulte siempre la norma o el certificado de fábrica correspondiente para conocer la composición exacta.

Elemento	316Ti (rango típico)	321H (rango típico)
do	≤ 0,08 (control a bajo carbono)	~0,04–0,10 (variante con mayor contenido de C de 321)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	~16–18	~17–19
Ni	~10–14	~9–12
Mes	~2.0–3.0	≤ 0,5 (normalmente ninguno)
V	traza o no especificado	traza o no especificado
Nótese bien	— (no es un estabilizador principal)	— (El titanio es el estabilizador; el niobio se usa a veces en grados relacionados)
Ti	adición controlada (≥ 5 × C, hasta ~0,7)	adición controlada (≥ 5 × C, hasta ~0,7)
B	rastro	rastro
norte	rastreo a pequeñas adiciones posibles	rastro

Notas sobre la estrategia de aleación: - 316Ti: basado en la familia 316 (cromo, níquel y molibdeno), proporciona una resistencia superior a la corrosión general y por picaduras. El titanio se añade para estabilizar el carbono, formando precipitados de carbono-titanio que evitan la precipitación de carburo de cromo durante la exposición en el rango de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C). - 321H: derivado del 321 (Cr-Ni con estabilización de Ti), pero con mayor contenido de carbono para mejorar la resistencia a la fluencia y las propiedades a altas temperaturas. El titanio en el 321H actúa como estabilizador del carbono y reduce la sensibilización, manteniendo un mayor contenido de carbono para una mayor resistencia a la fluencia.

Efectos de aleación: - El cromo proporciona pasividad y resistencia general a la corrosión. - El níquel estabiliza la estructura austenítica y mejora la tenacidad. - El molibdeno en el titanio 316 aumenta la resistencia a la corrosión localizada (picaduras/grietas). - El titanio fija el carbono libre para prevenir la corrosión intergranular después de la soldadura o la exposición a temperaturas sensibilizantes; en el 321H, el mayor contenido de carbono aumenta la resistencia a temperaturas elevadas, pero requiere un contenido correcto de titanio para prevenir la sensibilización.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: Ambos grados son totalmente austeníticos en estado recocido, con carburos o intermetálicos dispersos dependiendo de su historial térmico. - El titanio forma precipitados de TiC o Ti(C,N) preferentemente antes de la formación de carburo de cromo, manteniendo el cromo en solución en los límites de grano.

Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento: - El recocido (tratamiento de solubilización) a temperaturas típicas de austenización, seguido de un enfriamiento rápido, devuelve a ambos materiales una microestructura austenítica dúctil y monofásica. - Para el 316Ti, el recocido de solución estándar elimina la precipitación previa de carburos; los precipitados de Ti–C permanecen estables si el Ti es suficiente en relación con el carbono. - El acero 321H se suministra normalmente en estado recocido de solución; el mayor contenido de carbono proporciona un mayor fortalecimiento por precipitación en exposiciones más prolongadas a temperatura elevada, mejorando la resistencia a la fluencia. - La normalización, el temple y el revenido no son aplicables a los aceros inoxidables austeníticos en el mismo sentido que a los aceros ferríticos/perlíticos; las propiedades mecánicas se logran principalmente mediante el trabajo en frío, el recocido de solubilización y los efectos de envejecimiento/precipitación a la temperatura de servicio. - El procesamiento termomecánico (trabajo en frío + recocido) puede aumentar la resistencia mediante endurecimiento por deformación; una exposición prolongada en servicio entre aproximadamente 500 y 800 °C puede causar precipitación compleja de carburos e intermetálicos que afecta la tenacidad y la resistencia a la corrosión si el titanio es inadecuado.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen de la forma del producto (lámina, placa, tubo), el tratamiento térmico y la norma de ensayo. La tabla siguiente proporciona descriptores comparativos cualitativos en lugar de valores numéricos absolutos; consulte los certificados de fábrica para obtener cifras precisas.

Propiedad	316Ti (recocido, comportamiento típico)	321H (recocido o estabilizado)
Resistencia a la tracción	Moderado — consistente con la familia austenítica 316	Similar o ligeramente superior a temperaturas elevadas debido al fortalecimiento del carbono
Fuerza de fluencia	Ductilidad moderada — buena	Rendimiento ligeramente superior a altas temperaturas; rendimiento a temperatura ambiente similar al del 316Ti.
Alargamiento	Alta (buena ductilidad y conformabilidad)	Bueno, pero puede reducirse ligeramente si la temperatura es más alta o si se trabaja en frío.
resistencia al impacto	Alta a temperatura ambiente; buena resistencia a bajas temperaturas.	Buena resistencia a temperatura ambiente; conserva su resistencia a temperaturas elevadas, pero la exposición prolongada puede afectarla si hay precipitaciones.
Dureza	De baja a moderada dureza (blando, dúctil, fácilmente trabajable en frío)	Comparable; un valor de C más alto puede aumentar ligeramente la dureza.

Interpretación: - A temperatura ambiente, ambos grados presentan la ductilidad y tenacidad características de los aceros inoxidables austeníticos. - El mayor contenido de carbono y la estrategia de estabilización del 321H le confieren una ventaja en cuanto a la resistencia a la fluencia a altas temperaturas y la retención de resistencia durante un servicio prolongado, mientras que el 316Ti ofrece una resistencia ligeramente mejor a la corrosión localizada debido al molibdeno.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos es generalmente buena; dos aspectos son importantes aquí: la susceptibilidad a la sensibilización/corrosión intergranular y los efectos del trabajo en frío/endurecimiento cerca de las soldaduras.

Índices clave de soldabilidad: - El equivalente de carbono (fórmula IIW) es útil para evaluar la tendencia al endurecimiento en la soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - La fórmula del equivalente de cromo o Pcm también se utiliza para evaluar la susceptibilidad al agrietamiento de la soldadura: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 316Ti: En general, presenta una excelente soldabilidad. Su bajo contenido en carbono y la estabilización con titanio reducen el riesgo de corrosión intergranular tras la soldadura. El molibdeno no afecta gravemente la soldabilidad, pero en raras ocasiones aumenta la tendencia de la aleación a formar fases de bajo punto de fusión; el uso de metalurgia de aporte estándar y el control del aporte térmico evitan estos problemas. - 321H: También soldable, pero su mayor contenido de carbono eleva los valores teóricos de carbono equivalente, lo que aumenta la necesidad de un aporte térmico controlado y posibles tratamientos posteriores a la soldadura en secciones gruesas. La estabilización con titanio reduce la formación de carburo de cromo, pero cuando el contenido de carbono es deliberadamente mayor (como en el 321H), el control de la relación Ti:C es fundamental. El precalentamiento suele ser innecesario para secciones delgadas; para secciones gruesas y servicio cíclico a alta temperatura, se recomienda la cualificación del procedimiento de soldadura.

En general: ambos grados se consideran soldables con procedimientos estándar; el 316Ti se considera a menudo más fácil con menos requisitos de controles adicionales cuando la resistencia a la corrosión es la principal preocupación, mientras que el 321H requiere atención cuando se utiliza en secciones gruesas o en aplicaciones donde el tratamiento térmico posterior a la soldadura y el comportamiento de fluencia son importantes.

6. Corrosión y protección de superficies

• En el caso de los aceros inoxidables, el comportamiento frente a la corrosión viene determinado principalmente por el contenido de cromo y la presencia de molibdeno y nitrógeno.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la picadura) es útil para comparar la resistencia a la picadura: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Aplicación de PREN: El 316Ti se beneficia de su contenido de molibdeno, lo que produce un PREN más alto que el 321H en composiciones típicas; la falta de Mo del 321H significa una menor resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes de cloruro.

Aceros no inoxidables: —No aplica en este caso, ya que ambos grados son inoxidables. Si se utilizaran aceros al carbono alternativos, serían necesarios recubrimientos (galvanizado, pintura, revestimientos).

Notas prácticas: - 316Ti: preferido para entornos que contienen cloruros (agua de mar, corrientes de procesos químicos) debido a la resistencia mejorada a la corrosión por picaduras gracias al Mo y a la estabilización con Ti para prevenir la sensibilización. - 321H: más adecuado para entornos oxidantes de alta temperatura (sistemas de escape, calentadores, calderas) donde la resistencia a la fluencia y la resistencia a la corrosión/oxidación a alta temperatura son prioritarias; no es óptimo para entornos agresivos con cloruros a menos que esté protegido.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos suelen ser más adhesivos y endurecibles por deformación que los aceros ferríticos. El 316Ti y el 321H se mecanizan de forma similar, aunque el mayor contenido de carbono en el 321H puede mejorar ligeramente la interacción con la herramienta, pero también puede aumentar el endurecimiento por deformación localmente.
• Conformabilidad: Ambos grados se conforman bien en estado recocido; el 316Ti suele tener una conformabilidad ligeramente mejor debido a su menor contenido de carbono, y la presencia de molibdeno no impide la conformación. El 321H es conformable, pero los procesos deben tener en cuenta la posible recuperación elástica y el endurecimiento por deformación.
• Acabado superficial: Ambos tipos admiten tratamientos estándar de esmerilado, pulido y pasivación. Los productos químicos y parámetros de pasivación son los mismos que para otros grados austeníticos, pero se recomienda verificar la resistencia a la corrosión posterior al procesamiento, especialmente después de la soldadura.
• Trabajo en frío: La deformación en frío aumenta la resistencia pero reduce la ductilidad; el recocido final puede utilizarse para restaurar la formabilidad y la resistencia a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

316Ti — Usos típicos	321H — Usos típicos
Equipos de procesos químicos expuestos a cloruros, intercambiadores de calor, tanques y tuberías en ambientes corrosivos, accesorios marinos, equipos farmacéuticos donde la resistencia a la corrosión por picaduras es importante.	Chimeneas de escape, componentes de hornos y calderas, tuberías de procesos de alta temperatura, accesorios resistentes al calor, escapes de aeronaves y motores donde se requiere una exposición prolongada a altas temperaturas y resistencia a la fluencia.
Equipos para la industria alimentaria y de bebidas donde se requiere resistencia a la corrosión y facilidad de limpieza	Componentes estructurales de alta temperatura y juntas de expansión en calentadores petroquímicos/industriales

Justificación de la selección: - Elija 316Ti para entornos donde la corrosión por picaduras y grietas causada por cloruros o fluidos de proceso agresivos sean las principales preocupaciones y donde los conjuntos soldados deban evitar la corrosión intergranular. - Elija 321H para un servicio sostenido a altas temperaturas donde la resistencia a la fluencia, la resistencia a la oxidación y la estabilidad después de una exposición prolongada son más importantes que la máxima resistencia a la corrosión por picaduras.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 316Ti suele tener un precio superior al del 316 sin estabilizar y algunas variantes del 321 debido a su contenido de molibdeno y titanio. El costo del 321H depende del tratamiento térmico, su mayor contenido de carbono y su disponibilidad en el mercado; al carecer de molibdeno, puede ser menos costoso que el 316Ti en términos de contenido de aleación en bruto, pero la disponibilidad de materiales especiales y las presentaciones del producto pueden afectar el precio.
• Disponibilidad: Ambos aceros inoxidables están ampliamente disponibles en formatos comunes (láminas, placas, tubos, barras y accesorios) de los principales productores. El 316Ti es omnipresente en las industrias de procesos; el 321H se encuentra comúnmente en almacenes de aleaciones para altas temperaturas. Los plazos de entrega pueden ser prolongados para diámetros grandes, secciones gruesas o requisitos especiales de acabado/trazabilidad.

10. Resumen y recomendación

Criterio	316Ti	321H
Soldabilidad	Muy bueno: la estabilización con titanio reduce el riesgo de sensibilización.	Bien — un valor más alto de C requiere atención al aporte de calor y al control de Ti:C
Resistencia-Tenacidad	Buena combinación a temperatura ambiente; intensidad moderada a altas temperaturas.	Mayor resistencia/fluencia sostenida a altas temperaturas para exposiciones prolongadas
Costo	Mayor coste de aleación (Mo), pero con amplio stock.	Coste de aleación comparable o inferior; la demanda de materiales especiales para altas temperaturas puede variar la disponibilidad.

Recomendación: - Elija 316Ti si su requisito principal es la resistencia a la corrosión en ambientes con cloruros o químicos agresivos, junto con la necesidad de mantener la resistencia a la corrosión después de la soldadura y buenas propiedades mecánicas generales. - Elija 321H si su aplicación expone componentes a temperaturas elevadas prolongadas donde la resistencia a la fluencia, la resistencia a la oxidación y la estabilidad dimensional a largo plazo son la prioridad, y donde la corrosión por picaduras en ambientes de cloruro no es el modo de falla dominante.

Nota final: ambos materiales cumplen funciones importantes, pero diferentes. En la documentación de adquisición, especifique la aleación exacta, la forma del producto, el tratamiento térmico y las pruebas de aceptación, y solicite los certificados de fábrica. Para conjuntos soldados críticos o para servicio prolongado a altas temperaturas, realice evaluaciones específicas de la aplicación (calificación del procedimiento de soldadura, pruebas de corrosión y estimación de la vida útil por fluencia) en lugar de basarse en la selección de un grado genérico.