904L frente a 254SMO: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 904L y 254SMO son dos aceros de alto rendimiento que se suelen considerar para entornos químicos y marinos agresivos. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los equipos de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas de la resistencia a la corrosión, el coste, la soldabilidad y el rendimiento mecánico. Algunos contextos típicos de decisión incluyen equipos de procesamiento químico, intercambiadores de calor, tuberías en entornos con cloruros y estructuras soldadas de alta integridad donde la resistencia a largo plazo a la corrosión por picaduras y grietas es fundamental.

La principal diferencia técnica radica en que el acero 904L es un acero austenítico de alta aleación, con alto contenido de cobre y bajo contenido de carbono, diseñado para resistir ácidos reductores y la corrosión general, mientras que el acero 254SMO es un acero superaustenítico con niveles muy altos de molibdeno y nitrógeno, diseñado principalmente para ofrecer una resistencia superior a la corrosión por picaduras y grietas en medios clorados. Esta diferencia influye en las decisiones de diseño y costos, sobre todo cuando la corrosión localizada inducida por cloruros es el factor limitante.

1. Normas y designaciones

• 904L
• UNS: N08904
• Normas comunes: ASTM A240 / ASME SA-240 (placa/lámina), ASTM A276 (barras), EN (a veces se hace referencia a sus equivalentes EN).

• Clasificación: Acero inoxidable austenítico (inoxidable)

• 254SMO

• UNS: S31254
• EN: 1.4547 (a menudo denominado 254 SMO)
• Normas comunes: ASTM A240 / ASME SA-240, ASTM A276 (barras)
• Clasificación: Acero inoxidable superaustenítico (inoxidable)

Ambos son aceros inoxidables austeníticos (no aceros al carbono, para herramientas ni HSLA) y están especificados en las normas de productos de acero inoxidable para láminas, placas, tubos y barras.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos que se encuentran en las fichas técnicas y normas de los fabricantes para cada grado. Los valores se expresan en porcentaje en peso; la composición exacta debe verificarse con los certificados de fábrica para cada lote.

Elemento	904L (rango típico, % en peso)	254SMO (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,02	≤ 0,02
Minnesota	≤ 2.0	≤ 0,5–1,0
Si	≤ 1.0	≤ 0.8
PAG	≤ 0,035	≤ 0,03–0,035
S	≤ 0,01	≤ 0,01
Cr	19.0–23.0	20.0–22.0
Ni	23.0–28.0	17.0–19.0
Mes	4.0–5.0	6.0–6.5
V	—	—
Nótese bien	—	—
Ti	—	—
B	—	—
norte	≤ 0,1 (normalmente bajo)	0,18–0,24 (elevado)

Notas: - El 904L contiene cantidades significativas de níquel y cobre (Cu típicamente ~1,5–2,5 % en peso, no se muestra en la tabla simplificada anterior) para mejorar la resistencia a los ácidos reductores (por ejemplo, ácido sulfúrico) y para preservar la ductilidad y la soldabilidad. - El 254SMO logra una alta resistencia a la corrosión localizada gracias a un mayor contenido de molibdeno y un contenido de nitrógeno intencionalmente elevado; el cobre es mínimo o está ausente. - Ambos grados se mantienen con bajo contenido de carbono para minimizar la sensibilización y la precipitación intermetálica durante la soldadura y el servicio.

Implicaciones de la estrategia de aleación: - El cromo forma una película de óxido pasiva que proporciona resistencia general a la corrosión. - El molibdeno mejora notablemente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas; un mayor contenido de Mo en 254SMO impulsa gran parte de su rendimiento superior en cloruros. - El nitrógeno estabiliza la austenita, aumenta la resistencia y mejora la resistencia a las picaduras (multiplicativo en PREN). - El níquel estabiliza la austenita y mejora la tenacidad y la conformabilidad. - El cobre en el acero 904L ayuda específicamente a la resistencia a ácidos reductores como el ácido sulfúrico.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el 904L como el 254SMO son totalmente austeníticos en estado de recocido de solubilización. Características microestructurales típicas y respuesta al tratamiento térmico:

• 904L
• Microestructura: Totalmente austenítica con baja precipitación de carburos si se somete a un recocido de solubilización adecuado.
• Tratamiento térmico: No se endurece mediante tratamiento térmico; se recomienda un recocido de solubilización (p. ej., 1010–1120 °C / 1850–2050 °F) seguido de un enfriamiento rápido para disolver los compuestos intermetálicos y recuperar la resistencia a la corrosión. El riesgo de sensibilización es bajo cuando se controla el carbono.

• El trabajo en frío aumenta la resistencia mediante el endurecimiento por deformación; es necesario un recocido para recuperar la resistencia a la corrosión si se forman precipitados intergranulares.

• 254SMO

• Microestructura: Totalmente austenítica con mayor estabilidad de la austenita debido al Mo y al N.
• Tratamiento térmico: También se realiza un recocido de solubilización (normalmente a ~1100–1150 °C / 2010–2100 °F) y un enfriamiento rápido. Debido a su alto contenido en Mo y Cr, los ciclos térmicos inadecuados pueden favorecer la formación de la fase sigma u otros compuestos intermetálicos; es fundamental un control estricto del recocido de solubilización y del enfriamiento, especialmente después de la soldadura.
• El procesamiento termomecánico y el trabajo en frío aumentan la resistencia; el contenido de nitrógeno ayuda a mantener la estabilidad de la austenita y la microestructura primaria.

Ninguno de los dos grados se puede endurecer mediante tratamientos convencionales de temple y revenido; sus propiedades vienen determinadas principalmente por su composición y el trabajo en frío o por el endurecimiento por deformación.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen del proceso y de la forma del producto (trabajado en frío frente a recocido). Rangos típicos para productos recocidos en solución:

Propiedad	904L (recocido en solución, típico)	254SMO (recocido en solución, típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~500–700	~500–700
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	~200–300	~250–350
Alargamiento (A%, en 50 mm)	~40–60%	~30–50%
Resistencia al impacto (Charpy, temperatura ambiente)	Buena fractura dúctil	Una buena resistencia, ligeramente superior, puede reducir la elongación.
Dureza (HB o HRC)	Normalmente bajo (blando en recocido)	Suele ser bajo, pero ligeramente superior al del 904L cuando se alea con N/Mo.

Interpretación: - Ambos grados son dúctiles y tenaces en estado recocido; el 254SMO puede presentar un límite elástico ligeramente superior debido al fortalecimiento con nitrógeno. - El trabajo en frío aumenta la resistencia a la tracción y la resistencia a la fluencia en ambos materiales, pero reduce el alargamiento. - Para necesidades estructurales de alta resistencia o que requieran soportar cargas, ninguno de los dos compite con los aceros de endurecimiento por precipitación; la selección se centra en el rendimiento frente a la corrosión, equilibrado con los requisitos mecánicos.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es un parámetro clave de selección.

Factores clave: - El bajo contenido de carbono y la estructura austenítica confieren a ambos grados una excelente soldabilidad general en comparación con los grados martensíticos o ferríticos. - El nitrógeno en el acero 254SMO aumenta la resistencia y mejora la resistencia a las picaduras, pero requiere procedimientos de soldadura que controlen la pérdida de nitrógeno y eviten la porosidad. - El cobre en el acero 904L puede modificar el comportamiento de solidificación, pero generalmente es compatible con los metales de aporte austeníticos estándar; el acero 904L suele considerarse más fácil de soldar en taller o en condiciones de campo.

Índices útiles de soldabilidad (solo para uso cualitativo): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - El índice de corrosión por picaduras (Pcm) también informa sobre la soldabilidad/susceptibilidad al agrietamiento: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Ambos grados suelen mostrar valores bajos de $CE_{IIW}$ en relación con los aceros endurecibles, lo que indica un bajo riesgo de endurecimiento martensítico y agrietamiento en frío asistido por hidrógeno. - El elevado contenido de Mo y N del 254SMO aumenta sus parámetros relacionados con $P_{cm}$ para la resistencia a la corrosión, pero puede complicar la selección del metal de aporte y el enfriamiento de la soldadura para evitar la fase sigma intermetálica. - El precalentamiento generalmente no es necesario, pero para aplicaciones críticas puede recomendarse el control de la temperatura entre pasadas y el recocido de solubilización posterior a la soldadura (o decapado y pasivación).

6. Corrosión y protección de superficies

Los aceros inoxidables difieren fundamentalmente de los aceros al carbono en su comportamiento ante la corrosión.

• Aceros al carbono/aleados: la protección generalmente requiere recubrimientos (galvanizado en caliente, pintura, revestimiento) para prevenir la corrosión uniforme; el rendimiento resistente a la corrosión depende de la integridad del recubrimiento.

• Aceros inoxidables (904L y 254SMO): la resistencia a la corrosión es intrínseca a través de la película pasiva de óxido de Cr; la comparación utiliza índices de picaduras.

Número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras: - Un índice común es PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Interpretación representativa de PREN: - 904L (composición representativa) produce un PREN en torno a los 30, ofreciendo una excelente resistencia general a la corrosión y una resistencia razonable a la corrosión por picaduras, y un rendimiento excepcional en la reducción de ácidos debido al Cu. - El 254SMO (composición representativa) produce un PREN generalmente entre 40 y 45, lo que refleja una resistencia superior a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruros y su idoneidad para servicios marinos severos y procesos químicos.

Clarificación: El PREN es un índice comparativo; el rendimiento real en campo también depende de la temperatura, la concentración de cloruros, el flujo y la geometría de las grietas. En entornos con alta agresividad por cloruros (p. ej., agua de mar cálida, grietas con gran superficie), un PREN más elevado del 254SMO suele ser decisivo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y mecanizado:
• El acero inoxidable 904L se mecaniza razonablemente bien para ser un acero inoxidable austenítico, pero su alto contenido de níquel y su tendencia al endurecimiento por deformación requieren configuraciones rígidas y herramientas de carburo adecuadas.
• El acero 254SMO es más difícil de mecanizar debido a su alto contenido de Mo y N, que aumentan la dureza y el desgaste de las herramientas; se recomiendan velocidades de corte más lentas y herramientas robustas.
• Conformado y doblado:
• El acero 904L posee una excelente conformabilidad y capacidad de embutición profunda.
• El 254SMO es conformable, pero requiere radios de curvatura mayores y puede necesitar recocido después de un conformado en frío intenso para recuperar la ductilidad.
• Acabado superficial:
• Ambos se pueden pulir hasta obtener acabados de alta calidad; el alto contenido de Mo del 254SMO puede hacer que el pulido electroquímico sea más exigente, pero da como resultado superficies altamente pasivas.
• Notas de fabricación:
• Utilice metales de aporte adecuados (por ejemplo, aportes superausteníticos que coincidan con 254SMO en aplicaciones críticas) para preservar el rendimiento contra la corrosión en las juntas soldadas.
• El decapado/pasivación posterior a la soldadura se utiliza comúnmente para restaurar las películas pasivas.

8. Aplicaciones típicas

904L — Usos típicos	254SMO — Usos típicos
Equipos de procesos químicos expuestos a ácidos reductores (servicio con ácido sulfúrico), intercambiadores de calor, evaporadores	Componentes de agua de mar, desalinización, depuradores, tuberías de proceso con alto contenido de cloruros, componentes de desulfuración de gases de combustión
Tuberías y accesorios en plantas petroquímicas donde se requiere resistencia a los ácidos sulfúrico y fosfórico y a la corrosión en general	Recipientes a presión y tuberías en entornos agresivos con cloruros, sistemas de agua de mar en alta mar, accesorios submarinos
Tanques y almacenamiento para medios corrosivos y reductores	Componentes expuestos a un riesgo severo de picaduras/grietas y a temperaturas elevadas en soluciones de cloruro.
Aplicaciones arquitectónicas que requieren una alta estética y resistencia a la corrosión basadas en níquel	Instalaciones de alta fiabilidad y bajo mantenimiento donde una larga vida útil justifica un mayor coste de los materiales

Justificación de la selección: - Elija 904L cuando la resistencia a los ácidos reductores y una excelente conformabilidad/soldabilidad sean primordiales y cuando el costo deba ser moderado en relación con las aleaciones superausteníticas. - Elija 254SMO cuando la corrosión localizada inducida por cloruros (picaduras/grietas) sea el riesgo principal y se desee el menor mantenimiento a largo plazo, incluso con un mayor costo inicial del material.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 254SMO suele ser significativamente más caro por kilogramo/metro que el 904L debido a su mayor contenido de molibdeno y nitrógeno y a sus volúmenes de producción más limitados. El 904L es caro en comparación con los aceros austeníticos estándar (304/316) debido a su alto contenido de níquel y cobre, pero generalmente es menos costoso que los aceros superausteníticos.
• Disponibilidad: El acero 904L tiene una mayor disponibilidad en placas, láminas, tubos, accesorios y barras de múltiples acerías. El acero 254SMO está disponible, pero suele encontrarse en cantidades limitadas y puede requerir plazos de entrega más largos o un proceso de adquisición especial según la región y el formato del producto requerido (por ejemplo, tubo sin soldadura, placa de gran diámetro).
• Consejo de compras: Para proyectos grandes en entornos agresivos con cloruros, incluya el tiempo de entrega y el desperdicio en la comparación de costos; los ahorros de mantenimiento durante la vida útil del 254SMO pueden compensar el mayor costo de compra inicial.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Criterio	904L	254SMO
Soldabilidad	Excelente (práctica estándar de soldadura austenítica)	De bueno a regular (requiere controles y relleno adecuado para servicios críticos)
Resistencia-Tenacidad	Buena ductilidad; rendimiento moderado	Rendimiento ligeramente superior (reforzado con nitrógeno); buena tenacidad.
Corrosión (general)	Excelente (reductor de ácidos, anticorrosión general)	Excelente (resistencia superior a picaduras y grietas en cloruros)
Costo	Alto (pero inferior al de los superausteníticos)	Muy alto
Disponibilidad	Amplio	Más limitado

Recomendación: - Elija 904L si: - La atmósfera de servicio incluye ácidos reductores (por ejemplo, sulfúrico) o ambientes de ácidos mixtos donde se requieren los beneficios del cobre y una buena resistencia general a la corrosión. - Una buena soldabilidad y conformabilidad son prioritarias, y existen limitaciones de presupuesto y plazos de entrega. - La exposición al cloruro es moderada y el riesgo de corrosión localizada es manejable con controles de diseño.

• Elige 254SMO si:
• El principal modo de fallo que se debe prevenir es la corrosión por picaduras y grietas inducida por cloruros (agua de mar caliente, corrientes de proceso con cloruros concentrados, exposición estática prolongada en grietas).
• Su larga vida útil con un mantenimiento mínimo y su máxima resistencia a ataques localizados justifican el mayor coste del material.
• La aplicación tolera controles de soldadura y fabricación más estrictos y plazos de entrega de adquisición potencialmente más largos.

Nota final: La selección del material final debe combinar la evaluación del riesgo de corrosión (concentración de cloruros en el ambiente, temperatura, geometría de la grieta), los requisitos mecánicos y de fabricación, y el análisis del costo del ciclo de vida. Para sistemas críticos expuestos a cloruros, se recomienda realizar pruebas de laboratorio (exposición, cupones o pruebas electroquímicas) y consultar con proveedores de materiales e ingenieros de corrosión para validar la elección entre 904L y 254SMO para las condiciones de servicio específicas.