321 frente a 347: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos de tipo 321 y tipo 347, ambos con alto contenido en cromo-níquel, se utilizan ampliamente en sistemas de ingeniería donde se requiere resistencia a la corrosión, conformabilidad y estabilidad a altas temperaturas. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen elegir entre ellos al considerar el equilibrio entre el comportamiento ante la corrosión, la facilidad de fabricación, la estabilidad a largo plazo a diferentes temperaturas y el costo.

La principal diferencia técnica entre los dos grados radica en la elección del elemento estabilizador de carburos: el tipo 321 se estabiliza con titanio (Ti), mientras que el tipo 347 se estabiliza con niobio (columbio, Nb). Esta diferencia determina la resistencia de cada grado a la precipitación de carburos de cromo (sensibilización) durante la soldadura o el servicio a 450–850 °C, e influye en la estabilidad a largo plazo, especialmente para aplicaciones a altas temperaturas o cíclicas.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: A240 / SA-240 (común para placas y láminas).
• UNS: 321 = UNS S32100; 347 = UNS S34700.
• Existen equivalentes a EN: 321 / 347, pero consulte los números EN (por ejemplo, EN 1.4541 para 321 a veces, verifique las referencias cruzadas actuales).
• JIS / GB: Las normas japonesas y chinas tienen austenitas estabilizadas similares; consulte las tablas de referencias cruzadas locales para obtener la designación precisa.

Clasificación: Tanto el 321 como el 347 son aceros inoxidables (austeníticos, no magnéticos en estado recocido). No son aceros al carbono, aceros para herramientas de aleación de carbono ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla — Rangos típicos de composición nominal (porcentaje en peso). Los valores son indicativos para material recocido con especificaciones comerciales; consulte la norma específica o el certificado de fábrica del proveedor para conocer los límites exactos.

Elemento	Gama típica – Tipo 321	Gama típica – Tipo 347
C (Carbono)	≤ 0,08 (máx.)	≤ 0,08 (máx.)
Mn (manganeso)	≤ 2.0	≤ 2.0
Si (silicio)	≤ 1.0	≤ 1.0
P (Fósforo)	≤ 0,045	≤ 0,045
S (Azufre)	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr (Cromo)	~17.0–19.0	~17.0–19.0
Ni (níquel)	~9.0–13.0	~9.0–13.0
Mo (Molibdeno)	0 (típicamente)	0 (típicamente)
V (Vanadio)	solo traza	solo traza
Nb (niobio/columbio)	mínimo/rastro	típicamente presente (estabilizador)
Ti (titanio)	presente (estabilizador), cantidad controlada	mínimo/rastro
B (Boro)	solo traza	solo traza
N (Nitrógeno)	pequeño (por ejemplo, ~0,10 típico)	pequeño (por ejemplo, ~0,10 típico)

Notas: La aleación 321 utiliza adiciones de titanio, cuyo tamaño es relativo al carbono, para fijar este elemento como TiC/Ti(C,N) y evitar la formación de Cr₂₃C₆. Las normas suelen exigir una concentración de Ti ≥ 5 × C hasta un máximo práctico. La norma 347 utiliza niobio (a menudo con una pequeña cantidad de tantalio como impureza natural) para formar NbC/Nb(C,N) con el mismo fin. Los límites de especificación y el contenido típico de Nb varían según la norma y la forma del producto. Ninguno de los dos grados contiene normalmente cantidades significativas de molibdeno; no son familias dúplex ni superausteníticas que contengan molibdeno.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo proporciona resistencia general a la corrosión por película pasiva. - El níquel estabiliza la fase austenítica y mejora la tenacidad y la conformabilidad. - El titanio o el niobio previenen la sensibilización al formar carburos y carbonitruros estables, protegiendo al cromo de quedar atrapado como carburos de Cr en los límites de grano durante la exposición a temperaturas sensibilizantes. - Pequeñas adiciones de N aumentan la resistencia mediante el fortalecimiento intersticial.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura (recocido): Ambos grados son totalmente austeníticos con una matriz cúbica centrada en las caras (FCC). Presentan carburos/nitruros estabilizadores (TiC/TiN en 321, NbC/Nb(C,N) en 347), generalmente como precipitados finos distribuidos en los límites de grano y dentro de los granos.
• Resistencia a la sensibilización: Los estabilizadores forman preferentemente carburos; esto evita zonas con deficiencia de cromo en los límites de grano y protege contra la corrosión intergranular tras la exposición a 450–850 °C.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Recocido (típico): Recocido de solución a ~1010–1150 °C seguido de enfriamiento rápido para conservar la estructura austenítica y disolver los precipitados indeseables.
• Normalización/Temple y Revenido: Estos no son procesos estándar para los aceros inoxidables austeníticos; no se endurecen mediante temple y revenido como los aceros martensíticos. El procesamiento termomecánico influye en el tamaño y la textura del grano, pero la estabilización química es el factor que determina principalmente su comportamiento a altas temperaturas.
• Servicio a alta temperatura: Tras exposiciones prolongadas a temperaturas elevadas, el acero 321 estabilizado con titanio puede formar precipitados complejos ricos en titanio y, si la relación Ti/C es insuficiente o si la exposición es prolongada, puede desarrollar precipitados secundarios de carburo de cromo. El acero 347 estabilizado con niobio tiende a mantener mejor su resistencia y a resistir mejor el agotamiento de cromo en los límites de grano durante el servicio prolongado a altas temperaturas, por lo que el acero 347 (y la variante 347H con mayor contenido de carbono) se suele especificar para operaciones prolongadas a altas temperaturas.

4. Propiedades mecánicas

Tabla — Rangos típicos de propiedades mecánicas para material recocido a temperatura ambiente (indicativos; la forma y las especificaciones del producto determinan los valores garantizados).

Propiedad (recocida)	Tipo 321 (típico)	Tipo 347 (típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~520–750	~520–750
Límite elástico, 0,2% de deformación (MPa)	~205–310	~205–310
Alargamiento (%)	~40–60	~40–60
Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	Buena, alta resistencia	Buena, alta resistencia
Dureza (HRB)	~70–95	~70–95

Interpretación: En estado recocido a temperatura ambiente, las propiedades mecánicas de los aceros 321 y 347 son muy similares. El elemento estabilizador tiene un efecto mínimo sobre la resistencia a la tracción estática, el límite elástico y la ductilidad en condiciones ambientales. - A temperaturas elevadas y durante largos periodos de exposición, el acero 347 (estabilizado con niobio) puede mostrar una retención superior de ductilidad y resistencia a la fluencia porque los carburos de niobio son más estables y menos propensos a engrosarse en ciertos regímenes de servicio en comparación con los precipitados de titanio; esto es particularmente relevante para el servicio a alta temperatura de larga duración y la exposición térmica cíclica.

5. Soldabilidad

• Tanto el 321 como el 347 tienen buena soldabilidad, típica de los aceros inoxidables austeníticos: el bajo contenido de carbono y la presencia de estabilizadores reducen el riesgo de ataque intergranular después de la soldadura.
• Consideraciones clave sobre la soldadura:
• La correcta selección del material de aporte y el procedimiento de soldadura siguen siendo importantes para evitar el agrietamiento en caliente y para controlar la ferrita delta cuando sea necesario.
• Normalmente, el recocido posterior a la soldadura no es necesario únicamente para evitar la corrosión intergranular, siempre que la relación estabilizador/carbono y el control del proceso sean correctos.
• Índices importantes de soldabilidad (ejemplos — utilícelos cualitativamente):
• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Equivalente de cromo (Pcm) — un estimador de susceptibilidad al agrietamiento por 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:
• Ambas calidades presentan un buen rendimiento en soldadura por fusión general debido a su bajo contenido de carbono y su estabilidad. El niobio en el acero 347 aparece en el término $P_{cm}$; si bien contribuye a la resistencia a la sensibilización, puede influir ligeramente en el comportamiento de solidificación de la soldadura. En la práctica, las diferencias en soldabilidad son mínimas; la selección del metal de aporte adecuado (a menudo utilizando metales de la familia 308/309, según se especifica) y el control del aporte térmico tienen mayor impacto que la elección entre titanio y niobio.
• Para soldadura de reparación o fabricación donde ocurren ciclos térmicos repetidos, se puede preferir el 347 cuando la estabilidad a largo plazo del carburo estabilizador es crítica.

6. Corrosión y protección de superficies

• Corrosión general: Ambos grados forman una película pasiva rica en cromo y presentan una resistencia a la corrosión similar a la del acero 304 en muchos entornos. Ninguno contiene molibdeno, por lo que su resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes clorados no es tan alta como la de los grados que contienen molibdeno.
• Corrosión intergranular: Ambas se estabilizan contra la sensibilización mediante sus respectivos estabilizadores; sin embargo, se requieren niveles correctos de estabilizador en relación con el contenido de carbono y un procesamiento controlado.
• Uso del PREN: El número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras se utiliza comúnmente cuando el Mo y el N proporcionan resistencia a la corrosión por picaduras: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para 321 y 347 (Mo ~ 0), PREN está impulsado principalmente por Cr y N y, por lo tanto, es modesto; PREN tiene un valor limitado para diferenciar estos dos grados porque ambos carecen de Mo.
• Protección superficial para aceros no inoxidables: No aplica en este caso, ya que ambos son inoxidables. Sin embargo, cuando se requiere mayor protección (en presencia de cloruros o agua de mar), considere aceros inoxidables con molibdeno o dúplex, o recubrimientos inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen rápidamente por deformación; los aceros 321 y 347 son similares al 304 en este aspecto. Las estrategias de mecanizado (plantilla rígida, herramientas afiladas, ángulo de ataque positivo elevado, refrigerante denso) son igualmente aplicables.
• El 347 puede ser ligeramente más difícil de mecanizar si un mayor contenido de carburo de Nb aumenta el desgaste de la herramienta en algunos avances, pero las diferencias son pequeñas en la práctica.
• Conformabilidad: Ambos materiales presentan una excelente conformabilidad en frío y buenas características de embutición profunda en estado recocido. Su comportamiento ante la recuperación elástica y el endurecimiento por deformación es comparable.
• Acabado superficial y pulido: Ambos se pulen bien y aceptan la mayoría de los tratamientos superficiales; las zonas soldadas deben pasivarse si se requiere una mayor resistencia a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

Tabla — Usos típicos de cada grado y justificación de su selección.

Tipo 321 (estabilizado con titanio)	Tipo 347 (estabilizado con Nb)
Piezas del horno y del intercambiador de calor expuestas a altas temperaturas durante períodos cortos.	Calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor que requieren estabilidad a largo plazo a temperaturas elevadas
Componentes de escape de aeronaves y automóviles donde son comunes los ciclos térmicos y las excursiones cortas.	Equipos de procesos químicos donde se prevé una exposición prolongada cerca del rango de sensibilización
Juntas de dilatación, fuelles, revestimientos de hornos	Conjuntos soldados y recipientes donde el comportamiento ante la fluencia a largo plazo y la reducción de la precipitación en los límites de grano son cruciales
Elementos de fijación y molduras que requieren buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas durante periodos moderados.	Tuberías de plantas químicas y componentes estructurales de hornos diseñados para una exposición prolongada

Justificación de la selección: - Elija 321 cuando la exposición típica implique excursiones ocasionales o cortas a altas temperaturas y cuando la estabilización con titanio sea efectiva para los ciclos térmicos esperados. - Elija 347 cuando la exposición a largo plazo a temperaturas elevadas o el servicio prolongado en el rango de temperatura de sensibilización exijan la estabilidad de los carburos de niobio (la variante 347H puede especificarse para una mayor resistencia a la fluencia/resistencia a temperatura debido a un mayor contenido de carbono).

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 347 suele ser ligeramente más caro que el 321 debido a que el niobio es un componente de aleación más costoso que el titanio. El precio de mercado fluctúa según el costo de la materia prima de niobio.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en láminas, placas, tubos y barras en las principales acerías. El 321 históricamente ha tenido una gran disponibilidad, ya que ha sido una aleación común en aplicaciones aeroespaciales e industriales durante mucho tiempo. El 347 y el 347H tienen un buen suministro, pero la disponibilidad en ciertas presentaciones o temple especial puede ser más limitada y los plazos de entrega ligeramente más largos.
• Recomendaciones de compra: Especifique el grado UNS/ASTM exacto y la forma del producto en las órdenes de compra; si el plazo de entrega o el coste son críticos, confirme las existencias de fábrica o considere la sustitución con la aprobación de ingeniería.

10. Resumen y recomendación

Tabla — Comparación rápida (cualitativa).

Categoría	Tipo 321	Tipo 347
Soldabilidad	Muy bueno (estabilizado)	Muy bueno (estabilizado)
Resistencia-Tenacidad (ambiente)	Equivalente	Equivalente
estabilidad a largo plazo a altas temperaturas	Buena (exposiciones cortas a moderadas)	Mejor (exposiciones prolongadas / resistencia a la fluencia)
Corrosión (general)	Similar al 304; estabilizado frente a sensibilización	Similar al 304; estabilizado frente a sensibilización
Costo	Menor (generalmente)	Ligeramente más alto (en general)
Disponibilidad	Muy bien	Muy bien, aunque a veces los plazos de entrega son más largos para formularios especiales.

Conclusiones: Elija el tipo 321 si necesita un acero inoxidable austenítico estabilizado con excelente resistencia a la corrosión general, buena soldabilidad y una buena relación calidad-precio, para aplicaciones que impliquen ciclos térmicos o exposición a altas temperaturas durante períodos cortos. El 321 es una opción común para piezas de hornos, juntas de expansión y aplicaciones donde la estabilización con titanio ofrece un rendimiento adecuado. Elija el tipo 347 si la aplicación implica una exposición prolongada a temperaturas elevadas, un servicio prolongado cerca del rango de sensibilización o cuando la estabilidad a largo plazo de la fluencia y los límites de grano son fundamentales. El 347 (o el 347H para mayor resistencia a temperaturas elevadas) es preferible cuando la estabilidad del carburo de niobio ofrece ventajas significativas en la vida útil, a pesar de un ligero aumento en el costo.

Nota práctica final: Siempre revise los límites específicos de ASTM/UNS/EN y solicite certificados de fábrica para proyectos críticos. Para entornos críticos de alta temperatura o corrosivos, realice pruebas de corrosión específicas para la aplicación y consulte con metalúrgicos para validar la selección del grado y los procedimientos de soldadura/fabricación.