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

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos 904L y 316L son dos materiales ampliamente utilizados que compiten frecuentemente en la selección de materiales para equipos de procesos químicos, marinos y farmacéuticos. Los ingenieros y responsables de compras suelen sopesar la resistencia a la corrosión, la soldabilidad y el coste del ciclo de vida al elegir entre ellos, equilibrando la necesidad de un rendimiento superior en entornos agresivos con las limitaciones presupuestarias y de suministro. En términos generales, el 904L es un acero austenítico de alta aleación y resistente a la corrosión, diseñado para servicios agresivos con cloruros y ácidos, mientras que el 316L es un acero inoxidable austenítico de bajo carbono, ampliamente utilizado y de uso general, que ofrece buena resistencia a la corrosión, conformabilidad y disponibilidad económica. Estas diferencias explican por qué se comparan habitualmente en las decisiones de diseño y fabricación.

1. Normas y designaciones

Estándares principales y designaciones comunes para cada grado:

• 316L
• ASTM/ASME: UNS S31603, ASTM A240 (placa/lámina), ASTM A276 (barras), ASTM A479 (forjado/tubería), etc.
• ES: 1.4404 (también comúnmente conocido como X2CrNiMo17‑12‑2)
• JIS: SUS316L
• GB: 0Cr17Ni12Mo2 (designación china aproximada)

• Clasificación: Acero inoxidable austenítico

• 904L

• ASTM/ASME: UNS N08904
• ES: 1.4539 (a veces se hace referencia a él)
• JIS: No se utiliza comúnmente como grado específico de JIS; a menudo se especifica mediante UNS.
• GB: Familias equivalentes disponibles bajo diferentes denominaciones.
• Clasificación: Acero inoxidable super-austenítico (austenítico de alta aleación)

Ambos son aceros inoxidables (austeníticos); ninguno se considera acero al carbono, para herramientas o HSLA en el sentido tradicional.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla a continuación enumera los rangos de composición típicos (en % peso) para los aceros comerciales comunes 316L y 904L. Los valores son rangos representativos utilizados en las especificaciones de la industria; la selección final debe consultar la norma específica o el certificado de fábrica.

Elemento	316L (rango típico, % en peso)	904L (rango típico, % en peso)
do	≤ 0,03	≤ 0,02
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0,75	≤ 1.0
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,035
Cr	16.0 – 18.0	19.0 – 23.0
Ni	10.0 – 14.0	23.0 – 28.0
Mes	2.0 – 3.0	4.0 – 5.0
V	–	traza/≤ especificación
Nótese bien	–	traza/≤ especificación
Ti	–	traza/≤ especificación
Cu	traza – 0,75	1.0 – 2.0
B	–	rastro
norte	≤ 0,10 (generalmente muy bajo)	≤ 0,10 (generalmente muy bajo)
Fe	balance	balance

Cómo afecta la aleación al rendimiento - El cromo proporciona resistencia general a la corrosión y estabilidad de la película de óxido (un mayor contenido de Cr aumenta la resistencia básica a la corrosión por picaduras). - El níquel estabiliza la fase austenítica, mejora la tenacidad y la ductilidad, y aumenta la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros en muchos contextos. - El molibdeno aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes clorados. - El cobre en el acero 904L mejora la resistencia a los ácidos reductores (por ejemplo, el ácido sulfúrico) y aumenta la estabilidad en ciertos medios corrosivos. - El bajo contenido de carbono (la designación “L”) reduce la sensibilización durante la soldadura y limita la corrosión intergranular.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el 316L como el 904L son esencialmente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido. Principales comportamientos microestructurales y de tratamiento térmico:

• microestructura típica
• 316L: Austenita estable con posible ferrita delta en soldaduras o zonas trabajadas en frío si no se controla adecuadamente. El tamaño de grano y la formación de maclas dependen de la historia termomecánica.

• 904L: También es totalmente austenítico, pero con mayor contenido de Ni y Mo/Cu, lo que estabiliza la austenita y reduce la tendencia a la formación de ferrita o martensita. El 904L presenta una gran resistencia a la precipitación de carburos (sensibilización).

• Tratamiento térmico y procesamiento

• Ambas calidades no se endurecen mediante los procesos convencionales de temple y revenido. El recocido (tratamiento de solubilización) es el proceso estándar para restaurar la ductilidad y la resistencia a la corrosión: típicamente, se realiza un recocido de solubilización a aproximadamente 1040–1120 °C, seguido de un enfriamiento rápido (templado en agua) para conservar la estructura austenítica y disolver los carburos.
• El procesamiento termomecánico (trabajo en frío) aumenta la resistencia mediante endurecimiento por deformación. Ninguno de los dos grados puede reforzarse significativamente mediante tratamiento térmico convencional; el refuerzo se logra mediante endurecimiento por deformación o mediante conformado en frío seguido de una posible estabilización (por ejemplo, para el 316Ti).
• La exposición prolongada en el rango de 450–870 °C puede promover la precipitación de fase sigma o carburo de cromo en austeníticos altamente aleados; el elevado contenido de Ni y Cu del 904L reduce, pero no elimina, los riesgos en exposiciones de servicio extremas.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas en estado recocido dependen de la forma del producto (lámina, placa, barra) y de la norma específica. La tabla muestra valores representativos del estado recocido que se utilizan habitualmente para la comparación de diseños; consulte los certificados de materiales para obtener los datos del proyecto.

Propiedad (recocida)	316L (representativo)	904L (representativo)
Resistencia a la tracción (UTS)	~480–620 MPa	~500–650 MPa
Límite elástico (0,2% de deformación)	~170–310 MPa	~200–350 MPa
Alargamiento (A%)	≥ 35–50%	≥ 30–50%
Resistencia al impacto (temperatura ambiente, típica)	Alta (buena resistencia)	Alta (excelente resistencia a la muesca)
Dureza (HB/HRB típica recocida)	~90 HRB (o ≤ 200 HB)	similar o ligeramente superior dependiendo de la aleación

Interpretación Resistencia: Ambos grados presentan propiedades de tracción muy similares en estado recocido; el trabajo en frío aumenta la resistencia en ambos. El acero 904L puede presentar una resistencia ligeramente superior en algunos productos debido a la aleación, pero las diferencias suelen ser pequeñas en relación con los márgenes de diseño. - Tenacidad y ductilidad: Ambos materiales presentan una alta ductilidad y tenacidad a temperatura ambiente debido a su estructura totalmente austenítica. El alto contenido de níquel del acero 904L generalmente mejora la tenacidad a bajas temperaturas y reduce la susceptibilidad a la fragilización. Las propiedades mecánicas se controlan principalmente mediante el endurecimiento por deformación y el conformado en frío, más que mediante el tratamiento térmico; el diseño debe hacer referencia al certificado específico del material.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad incluyen el contenido de carbono, la aleación y los índices de templabilidad.

• Tanto el 316L como el 904L tienen bajos niveles de carbono (los grados “L”), lo que reduce el riesgo de sensibilización y corrosión intergranular después de la soldadura y mejora la soldabilidad.
• Es habitual el uso de metales de aporte austeníticos estándar (p. ej., con contenido de níquel igual o superior al requerido, o a base de níquel cuando sea necesario) y procedimientos de soldadura adecuados. El recocido de solubilización posterior a la soldadura rara vez es necesario para aplicaciones estándar, pero puede utilizarse para aplicaciones críticas de resistencia a la corrosión.
• Índices de soldabilidad (para guiar la comparación cualitativa):
• Equivalente de carbono (forma IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• Resistencia a la corrosión por picaduras equivalente a la sensibilidad de la soldabilidad: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretación cualitativa
• 316L: Buena soldabilidad, ampliamente utilizado y bien conocido. Su bajo contenido en carbono minimiza la sensibilización; la selección del metal de aporte es sencilla.
• 904L: También soldable, pero requiere atención. Un mayor contenido de Mo y Cr aumenta los términos CE y Pcm en comparación con el 316L; un mayor contenido de Ni reduce la templabilidad, pero puede afectar la susceptibilidad al agrietamiento en caliente si se utilizan materiales de aporte o parámetros inadecuados. El 904L suele requerir un material de aporte con suficiente níquel y puede ser más sensible al aporte térmico y al control de la dilución. Generalmente no se requiere precalentamiento; el control de las temperaturas entre pasadas y la limpieza son importantes.

6. Corrosión y protección de superficies

• Para los aceros no inoxidables: las protecciones estándar son la galvanización, la pintura, la protección catódica y los recubrimientos. (No aplicable a estos dos grados de acero inoxidable que dependen de películas pasivas).

• Índices de corrosión del acero inoxidable

• El Número Equivalente de Resistencia a la Picadura (PREN) se utiliza comúnmente para comparar la resistencia a la picadura: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• PREN aproximado (utilizando composiciones representativas de rango medio):
  • 316L: con Cr ≈ 17% y Mo ≈ 2,5% → PREN ≈ 17 + 3,3×2,5 ≈ 25,25
  • 904L: con Cr ≈ 20% y Mo ≈ 4,5% → PREN ≈ 20 + 3,3×4,5 ≈ 34,85

• Interpretación: Un PREN más alto indica mayor resistencia al ataque localizado (picaduras/grietas) en ambientes clorados. El PREN significativamente mayor del acero 904L y la adición de cobre le confieren una resistencia superior en muchos ambientes clorados agresivos y ácidos reductores (p. ej., ácido sulfúrico), mientras que el acero 316L proporciona una buena resistencia general a las picaduras en exposiciones moderadas a cloruros.

• Cuando PREN no sea aplicable

• El índice PREN es un índice simplificado centrado en la corrosión por picaduras; no refleja completamente el comportamiento en ambientes fuertemente oxidantes, la corrosión general en ácido sulfúrico ni la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión. La evaluación de aplicaciones reales requiere ensayos o el criterio de ingenieros especializados en corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad
• 316L: Maquinabilidad entre regular y deficiente en comparación con los aceros al carbono; el endurecimiento por deformación durante el corte requiere herramientas rígidas y avances adecuados. El rendimiento mejora con herramientas de carburo recubiertas y parámetros optimizados.
• 904L: Generalmente más difícil de mecanizar que el 316L debido a su mayor contenido de níquel y mayor endurecimiento por deformación; el desgaste de las herramientas y las fuerzas de corte son mayores. Las aleaciones ricas en níquel suelen requerir velocidades de corte más bajas y herramientas robustas.
• conformabilidad y doblado
• Ambas calidades presentan buena conformabilidad en estado recocido; la 316L se utiliza ampliamente para embutición profunda y formas complejas. La 904L también se puede conformar, pero puede requerir mayor fuerza de conformado y atención a la recuperación elástica; el recocido después de conformados intensos es una práctica común.
• Acabado de superficies
• El pulido y la pasivación son eficaces para ambos aceros; el 904L puede requerir una química de decapado/limpieza ligeramente diferente debido a su contenido de Cu y Mo. Un decapado y una pasivación adecuados restauran la película pasiva y optimizan la resistencia a la corrosión.

8. Aplicaciones típicas

316L – Usos típicos	904L – Usos típicos
Equipos para el procesamiento de alimentos y bebidas, componentes farmacéuticos y médicos, accesorios marinos, intercambiadores de calor, tuberías para procesos químicos generales (cloruros moderados).	Equipos para procesos químicos que manejan ácidos fuertes (especialmente sulfúrico), sistemas de refrigeración de agua de mar con alto contenido de cloruros y temperatura, depuradores de gases de escape para el control de la contaminación, componentes marinos y submarinos donde se requiere mayor resistencia a picaduras y grietas
Aplicaciones arquitectónicas y estéticas, depósitos y almacenamiento para entornos templados	Reactores de esterificación, equipos de decapado ácido, sistemas de alta pureza expuestos a ambientes reductores

Justificación de la selección - El acero 316L se selecciona para proyectos sensibles a los costos que requieren una resistencia a la corrosión general confiable, buena conformabilidad y amplia disponibilidad. - Se elige el 904L cuando el servicio incluye entornos agresivos de cloruro, altas concentraciones de ácidos reductores o cuando una vida útil prolongada con un mantenimiento mínimo contra la corrosión es fundamental a pesar de un mayor costo inicial.

9. Costo y disponibilidad

• Costo
• El acero 904L suele tener un precio considerablemente superior al del 316L debido a su mayor contenido de níquel y molibdeno, así como a la inclusión de cobre. Las diferencias de precio pueden ser sustanciales y fluctúan según las fluctuaciones del mercado de metales de aleación.
• Disponibilidad
• 316L: Extremadamente común en fábricas de todo el mundo en muchas formas de productos (lámina, placa, tubería, tubo, barra, forjados).
• 904L: Fácilmente disponible en proveedores especializados y grandes fábricas, pero la gama de formas de producto y los plazos de entrega pueden ser más limitados que los del 316L; la fabricación a medida y la planificación de adquisiciones suelen ser necesarias para grandes volúmenes.

10. Resumen y recomendación

Cuadro resumen (cualitativo)

Atributo	316L	904L
Soldabilidad	Muy bien (procedimientos estándar)	Bien, requiere material de relleno y control de soldadura adecuados.
Resistencia-Tenacidad	Buena ductilidad y tenacidad; resistencia moderada	Resistencia comparable; a menudo, resistencia similar o ligeramente superior en algunas formas de producto.
Resistencia a la corrosión (general/picaduras)	Buen servicio (con cloruro moderado)	Superior (alta resistencia a picaduras y grietas; buena para reducir ácidos)
Costo	Bajo (económico)	Alto (costo de aleación premium)
Disponibilidad	Excelente	Bueno (menos común que el 316L)

Recomendaciones - Elija 316L si: - La aplicación requiere una resistencia a la corrosión general fiable en ambientes moderados de cloruros o atmosféricos, combinada con una buena conformabilidad y un coste económico. - La simplicidad de la cadena de suministro y la amplia gama de opciones de materiales y fabricación son prioritarias. - El sistema no se enfrenta a una exposición prolongada a altos niveles de cloruro, ácidos reductores fuertes o entornos que requieran un PREN muy alto.

• Elige 904L si:
• El entorno de servicio incluye cloruros agresivos, ácido sulfúrico u otros ácidos reductores, o condiciones propensas a la corrosión severa por picaduras y grietas.
• Una larga vida útil con un mantenimiento mínimo por corrosión es una prioridad y el proyecto puede justificar un mayor coste de materiales.
• Se dispone de experiencia en soldadura y fabricación para controlar los procedimientos y especificar los metales de aporte adecuados.

Nota final: La selección del material debe considerar el sistema en su totalidad: temperatura, concentración de cloruros, flujo, grietas, estado de tensión, método de fabricación y costo del ciclo de vida. Para servicios críticos, se recomienda realizar pruebas de inmersión en laboratorio, obtener datos electroquímicos o consultar la experiencia de campo con el fluido de proceso específico.