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

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las opciones de acero inoxidable frente a una serie de prioridades contrapuestas: resistencia a la corrosión en medios agresivos, soldabilidad y coste de fabricación, rendimiento mecánico a temperatura de servicio y disponibilidad en la cadena de suministro. Dos aceros inoxidables austeníticos que suelen aparecer en estas comparaciones son el 316Ti (una variante del 316 estabilizada con titanio) y el 904L (un acero austenítico de alta aleación y bajo contenido en carbono con un contenido elevado de níquel, molibdeno y cobre).

La principal diferencia metalúrgica entre estas calidades radica en su estrategia de aleación: una utiliza titanio para estabilizar el carbono y evitar la precipitación de carburos intergranulares, mientras que la otra se basa en un mayor contenido de níquel y molibdeno (y cobre añadido) para lograr una mayor resistencia a la corrosión, tanto general como localizada. Por ello, las aleaciones 316Ti y 904L ocupan ámbitos de aplicación que se solapan, pero que son distintos, donde el régimen de corrosión, la estabilidad térmica, la soldabilidad y el coste determinan su selección.

1. Normas y designaciones

• 316Ti
• Designaciones comunes: UNS S31635, EN 1.4571, ASTM A240 (como parte de la familia 316 con estabilización de Ti en algunas especificaciones).
• Clasificación: Acero inoxidable austenítico / aleación de acero inoxidable.
• 904L
• Designaciones comunes: UNS N08904, EN 1.4539.
• Clasificación: Acero inoxidable austenítico de alta aleación (a menudo utilizado en entornos altamente corrosivos).

Otras normas regionales (JIS, GB) pueden referirse a una química equivalente o similar bajo identificadores diferentes; especifique la norma exacta y el certificado de material requerido al realizar el pedido.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla enumera los elementos que se especifican habitualmente para estos grados. Los valores que se muestran son rangos de composición típicos utilizados en las especificaciones de la industria; los valores reales deben confirmarse mediante la certificación de materiales de los proveedores.

Elemento	316Ti (rango típico, % en peso)	904L (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,08 (estabilizado por Ti)	≤ 0,02 (C bajo)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	~16–18	~19–23
Ni	~10–14	~23–28
Mes	~2–3	~4–5,5
V	rastro/ninguno	rastro/ninguno
Nótese bien	ninguno	ninguno (no se añade normalmente)
Ti	~0,5–0,7 (o una cantidad estequiométrica para unir C)	ninguno
B	rastro/ninguno	rastro/ninguno
norte	bajo (traza)	≤ 0,1 (a menudo cantidades pequeñas)
Cu	ninguno	~1–2

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El titanio en 316Ti forma preferentemente carbonitruros estables (TiC/TiN) que previenen la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano durante la exposición a temperaturas intermedias (sensibilización), preservando la resistencia a la corrosión intergranular después de ciclos térmicos o soldadura. El acero 904L logra resistencia a la corrosión principalmente gracias a un mayor contenido de níquel (que estabiliza la austenita y aumenta la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros) y un elevado contenido de molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. La adición de cobre mejora la resistencia a los ácidos reductores (en particular, el ácido sulfúrico).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Ambos grados son esencialmente austeníticos en estado normalizado/recocido en solución.

• 316Ti
• Microestructura: Matriz austenítica con carburos/nitruros estabilizados con Ti distribuidos durante las etapas de procesamiento a alta temperatura. En el material sometido a un tratamiento térmico de solubilización adecuado, se suprime la precipitación de carburos y se minimiza la sensibilización de los límites de grano.
• Respuesta al tratamiento térmico: Lo habitual es realizar un recocido de solubilización (p. ej., entre 1040 y 1150 °C para aceros inoxidables austeníticos) seguido de un enfriamiento rápido para mantener una fase única de austenita. El acero 316Ti no se endurece mediante temple y revenido como los aceros ferríticos/martensíticos; su resistencia se modifica principalmente mediante deformación en frío.

• Resistencia a la sensibilización: Mejorada con respecto al 316/316L porque el Ti fija el carbono, evitando la formación de carburo de Cr.

• 904L

• Microestructura: Totalmente austenítica, generalmente libre de estabilizadores añadidos intencionalmente. El bajo contenido de carbono elimina el riesgo significativo de precipitación de carburos; pequeñas adiciones de nitrógeno (si las hay) fortalecen aún más la austenita.
• Respuesta al tratamiento térmico: El recocido de solubilización y el enfriamiento rápido se utilizan para disolver cualquier precipitado indeseable. Al igual que otros aceros inoxidables austeníticos, sus propiedades mecánicas se ajustan mediante deformación en frío en lugar de tratamientos térmicos de endurecimiento.
• Resistencia a la sensibilización: Formación intrínsecamente baja de carburo de cromo debido al bajo contenido de C; no se requiere Ti ni Nb.

Nota: Los ciclos convencionales de normalización, temple y revenido utilizados para los aceros al carbono o martensíticos no son aplicables a estos grados austeníticos.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen de la forma del producto (chapa, placa, barra), el trabajo en frío y el tratamiento térmico. La tabla siguiente proporciona rangos representativos de temperatura de recocido comúnmente citados para estos tipos de aceros inoxidables austeníticos; utilice los certificados de fábrica del proveedor para los cálculos de diseño.

Propiedad (recocida)	316Ti (representativo)	904L (representativo)
Resistencia a la tracción (UTS)	~480–620 MPa	~500–700 MPa
Límite elástico (0,2% de prueba)	~170–300 MPa	~200–350 MPa
Alargamiento (A, %)	~40% (buena ductilidad)	~35–45% (buena ductilidad)
resistencia al impacto	Bueno, conserva su resistencia a bajas temperaturas.	Comparable; generalmente buena resistencia
Dureza (HRB/HRC)	Recocido: bajo (~70–95 HRB)	Recocido: rango similar

Interpretación: Ambos son grados austeníticos dúctiles y tenaces. El mayor contenido de níquel y molibdeno del 904L suele resultar en una resistencia comparable o ligeramente superior en algunos productos en comparación con el 316Ti estabilizado, pero las diferencias suelen ser modestas en comparación con los efectos del trabajo en frío. - La tenacidad en ambos grados es generalmente alta; ninguno muestra una transición dúctil-frágil marcada como sí lo hacen los aceros ferríticos/martensíticos.

5. Soldabilidad

Los aceros inoxidables austeníticos se encuentran entre las aleaciones metálicas más soldables, pero la composición influye en el comportamiento de la soldadura.

Ecuaciones clave de soldabilidad utilizadas para la evaluación cualitativa: - Equivalente típico de cromo para evaluar la templabilidad y la tendencia al agrietamiento de la soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro combinado para estimar la susceptibilidad al agrietamiento por frío: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 316Ti: La estabilización con titanio reduce notablemente el riesgo de corrosión intergranular tras la soldadura al prevenir la precipitación de carburo de cromo. Sin embargo, el titanio aumenta la tendencia a la formación de inclusiones difíciles de mecanizar y puede requerir una selección adecuada del material de aporte; los metales de aporte comúnmente utilizados son variantes de 316L/316 para evitar el agotamiento del estabilizador en la zona de soldadura. Normalmente no se requiere un tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura, aunque se controla el aporte térmico para evitar la precipitación excesiva de fases ricas en titanio. - 904L: Excelente soldabilidad en términos de ductilidad y fusión; su bajo contenido de carbono reduce el riesgo de precipitación de carburos. El alto contenido de níquel y molibdeno implica que la selección del material de aporte debe ajustarse a los requisitos químicos y mecánicos (material de aporte de alta aleación para mantener la resistencia a la corrosión); los consumibles de soldadura de alta aleación son más costosos. El riesgo de fisuración en caliente no suele ser mayor que en otros aceros austeníticos, pero los parámetros de soldadura deben considerar su mayor tendencia a la expansión y contracción térmica.

En ambos grados, los consumibles de soldadura, el diseño de la junta y el control del aporte térmico son importantes para mantener la resistencia a la corrosión en la zona afectada por el calor.

6. Corrosión y protección de superficies

• Para los aceros que no son inoxidables, los sistemas de protección incluyen galvanizado, pintura, revestimientos epoxi o protección catódica; tales medidas no son consideraciones primordiales para estos grados de acero inoxidable.
• Para los aceros inoxidables, la resistencia a la corrosión por picaduras se cuantifica comúnmente mediante el Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras (PREN): $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Este índice ofrece una indicación aproximada de la resistencia a la corrosión localizada (por picaduras) en ambientes que contienen cloruros.

Comportamiento a la corrosión: - 316Ti: Ofrece una buena resistencia general a la corrosión, típica de la familia 316, gracias a su contenido de cromo y molibdeno, que le confiere resistencia a la corrosión por picaduras. La estabilización con titanio preserva principalmente la resistencia a la corrosión tras la exposición a ciclos térmicos sensibilizantes o soldadura, al prevenir la precipitación de carburo de cromo. 904L: Diseñado para una resistencia superior a la corrosión general y localizada. Su mayor contenido de níquel y molibdeno aumenta el índice de resistencia a la corrosión (PREN) en comparación con el 316Ti, mejorando la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruros. El cobre mejora la resistencia a los ácidos reductores (p. ej., ácido sulfúrico). El acero 904L se suele elegir en entornos con corrosión por picaduras de cloruros o entornos ácidos agresivos, donde es fundamental minimizar el mantenimiento.

Nota: PREN es un índice, no un sustituto de las pruebas de corrosión específicas para cada aplicación, ya que el rendimiento real depende de la microestructura, el acabado superficial, la temperatura, las condiciones de flujo y el entorno químico.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad
• 316Ti: Se endurece por deformación; la estabilización con titanio puede hacer que el desgaste de las herramientas sea algo mayor que para el 316L. Se aplican las prácticas estándar de mecanizado de acero inoxidable austenítico (herramientas afiladas, configuraciones rígidas, alto flujo de refrigerante, velocidades controladas).
• 904L: Generalmente más difícil de mecanizar que las aleaciones de clase 316 debido a su mayor contenido de níquel y tenacidad; la vida útil de la herramienta de corte es más corta y los parámetros de corte deben ser conservadores.
• Formabilidad
• Ambas calidades se conforman fácilmente en estado recocido. El 316Ti conserva una conformabilidad similar a otras variantes del 316; el 904L puede conformarse en frío, pero debe tenerse en cuenta la recuperación elástica y el endurecimiento por deformación.
• Acabado de superficies
• Ambos tipos de acero pueden pulirse, pasivarse y electropulirse. El electropulido uniforme del acero 904L puede resultar más complejo debido a las diferencias en su aleación.

8. Aplicaciones típicas

316Ti — Usos típicos	904L — Usos típicos
Componentes de alta temperatura donde la sensibilización es un problema (por ejemplo, componentes de hornos, intercambiadores de calor, tubos de calderas y sobrecalentadores).	Equipos de procesamiento químico en entornos altamente corrosivos (por ejemplo, producción de ácido sulfúrico, líneas de decapado)
Tuberías y recipientes de proceso sometidos a ciclos térmicos o soldadura donde se requiere estabilización	Manipulación de agua de mar y equipos marinos donde el riesgo de corrosión por picaduras y grietas es elevado.
Sistemas de escape, componentes del turbocompresor y accesorios de hornos	Sistemas de desulfuración de gases de combustión, manipulación de ácidos y entornos con ácidos reductores debido a la adición de cobre.
Componentes de uso general resistentes a la corrosión donde las propiedades de la familia 316 son suficientes, pero se requiere estabilidad frente a la sensibilización.	Aplicaciones de alta integridad donde la vida útil prolongada en medios químicos agresivos compensa el costo del material.

Justificación de la selección: - Elija 316Ti cuando los ciclos térmicos o la fabricación puedan causar sensibilización y donde la resistencia a la corrosión estándar del 316 sea adecuada. - Elija 904L cuando se requiera una mayor resistencia a la corrosión por picaduras/grietas y resistencia a ácidos específicos (especialmente ácido sulfúrico) y cuando el costo del ciclo de vida justifique un mayor costo del material.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 904L es significativamente más caro que el 316Ti por kilogramo debido a su mayor contenido de níquel y molibdeno, así como a la adición de cobre. El costo del material puede afectar considerablemente los presupuestos de proyectos de equipos de gran tamaño.
• Disponibilidad: El acero 316Ti está ampliamente disponible en placas, láminas, tubos y barras en numerosas acerías y distribuidores. El acero 904L también está disponible, pero es menos común; para secciones grandes o formas personalizadas, pueden requerirse plazos de entrega más largos o fabricación bajo pedido. Los metales de aporte para soldar acero 904L tienen un costo mayor y su disponibilidad puede ser limitada en algunas regiones.

10. Resumen y recomendación

Atributo	316Ti	904L
Soldabilidad	Muy bueno; el titanio reduce el riesgo de sensibilización en la zona afectada por el calor.	Muy bien; un bajo contenido de vitamina C ayuda, pero la selección del relleno es importante.
Resistencia-Tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad; comportamiento austenítico típico	Resistencia comparable o ligeramente superior en algunas formas; resistente y dúctil.
Rendimiento ante la corrosión	Buena resistencia a la corrosión general y localizada; estabilizado para exposición térmica.	Resistencia superior a la corrosión localizada (picaduras/grietas) y a los ácidos reductores.
Costo relativo	Más bajo	Más alto

Conclusión y guía de selección: - Elija 316Ti si: - La principal preocupación es prevenir la sensibilización después de la soldadura o la exposición a temperaturas intermedias (por ejemplo, piezas soldadas a presión, componentes afectados por el calor). - La resistencia a la corrosión estándar de clase 316 (con Mo para picaduras) es adecuada para el entorno de servicio. - Necesitas una opción más económica con amplia disponibilidad y un comportamiento de fabricación predecible.

• Elige 904L si:
• El servicio incluye entornos clorurados altamente agresivos, condiciones propensas a la corrosión por grietas o picaduras, o ácidos reductores (por ejemplo, ácido sulfúrico), y se requiere una resistencia superior a la corrosión.
• La larga vida útil y el menor mantenimiento en entornos químicos agresivos justifican los mayores costes de materiales y fabricación.
• El departamento de compras puede adaptarse a consumibles de alta aleación y mayor coste, así como a posibles plazos de entrega.

Siempre verifique la selección de materiales con datos de corrosión específicos del entorno, requisitos mecánicos, calificación del procedimiento de soldadura y análisis del costo del ciclo de vida. Para sistemas críticos, realice pruebas de corrosión específicas de la aplicación o consulte con especialistas en metalurgia y certificaciones de fábrica antes de la especificación final.