TP304 frente a TP304L: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables austeníticos TP304 y TP304L se especifican comúnmente para recipientes a presión, tuberías, tanques y estructuras resistentes a la corrosión. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los equipos de compras suelen considerar la resistencia a la corrosión, la soldabilidad, el rendimiento mecánico y el costo del ciclo de vida. Algunos contextos típicos de decisión incluyen ensamblajes soldados que requieren evitar el recocido de solubilización posterior a la soldadura, o diseños que priorizan una resistencia ligeramente mayor donde se controla el riesgo de sensibilización.

La principal diferencia metalúrgica entre las dos calidades radica en su contenido máximo de carbono: la TP304 permite el límite superior normal para el acero inoxidable tipo 304, mientras que la TP304L es una variante con bajo contenido de carbono diseñada para reducir el riesgo de precipitación de carburo de cromo y la consiguiente corrosión intergranular en los componentes soldados. Dado que sus niveles de cromo y níquel son similares en otros aspectos, la comparación de las calidades se centra principalmente en su comportamiento de soldadura, sensibilidad al procesamiento térmico y propiedades mecánicas resultantes.

1. Normas y designaciones

Las normas y especificaciones internacionales comunes que abarcan estos grados incluyen: - ASTM / ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (lámina y placa), ASTM A276 (barra), ASTM A312 (tubería) — TP304 y TP304L aparecen dentro de la familia tipo 304. - EN: Serie EN 10088; designaciones EN 1.4301 (304) y EN 1.4306 (304L) utilizadas con frecuencia en Europa. - JIS: SUS304 y SUS304L (Estándar Industrial Japonés). - GB: GB/T 3280, etc. (normas nacionales chinas) utilizan nombres similares.

Clasificación: tanto el TP304 como el TP304L son aceros inoxidables austeníticos (inoxidables, no al carbono, aleados, para herramientas ni HSLA). El prefijo «TP» se usa comúnmente en el contexto de recipientes a presión ASME/ASTM para indicar un material permitido.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Composición química típica (en % peso) — Los valores se proporcionan como límites de especificación comunes según la práctica ampliamente utilizada de ASTM/ASME. Las normas y los fabricantes individuales pueden publicar límites ligeramente diferentes; siempre verifique con la especificación de adquisición específica.

Elemento	TP304 (límites de especificación típicos)	TP304L (límites de especificación típicos)
do	≤ 0,08	≤ 0,03
Minnesota	≤ 2.00	≤ 2.00
Si	≤ 1.00	≤ 1.00
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,030	≤ 0,030
Cr	18.0 – 20.0	18.0 – 20.0
Ni	8.0 – 10.5	8.0 – 10.5 (en ocasiones, algunas especificaciones permiten un valor ligeramente superior)
Mes	— (normalmente ≤ 0,60)	— (normalmente ≤ 0,60)
V	—	—
Nb (Cb)	—	—
Ti	—	—
B	—	—
norte	≤ 0,10 (traza)	≤ 0,10 (traza)

Cómo afecta la estrategia de aleación a las propiedades: - Cromo (Cr ~18–20%): proporciona la película de óxido pasiva responsable de la resistencia general a la corrosión y a la oxidación. - Níquel (Ni ~8–10,5%): estabiliza la estructura cristalina austenítica, mejora la tenacidad y la ductilidad, y aumenta la resistencia a la corrosión en ciertos entornos. El carbono (C) aumenta la resistencia mediante solución sólida y contribuye a la formación de carburos de cromo en los límites de grano si se expone a temperaturas de sensibilización (aprox. 425–850 °C). El límite inferior de carbono del TP304L es una estrategia deliberada para suprimir la precipitación de carburos en las zonas afectadas térmicamente durante o después de la soldadura. - El manganeso y el silicio están presentes como desoxidantes y modificadores de resistencia; el azufre y el fósforo se controlan como impurezas que pueden perjudicar la tenacidad y la resistencia a la corrosión. - Los elementos de aleación como Mo, Nb, Ti o V no son característicos del acero 304/304L común (esos son característicos de otros grados como 316, 347, etc.).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Tanto el TP304 como el TP304L son austeníticos (cúbicos centrados en las caras) a temperatura ambiente cuando se someten a un tratamiento térmico de solubilización. Características microestructurales típicas y respuesta térmica:

• Microestructura tras el recocido: totalmente austenítica, con carburos dispersos típicamente en solución si el material ha sido sometido a un recocido de solución adecuado (por ejemplo, 1010–1150 °C seguido de un enfriamiento rápido).
• Sensibilización: El acero TP304, con un mayor contenido de carbono permitido, es más susceptible a la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano cuando se mantiene dentro del rango de sensibilización (aproximadamente 425–850 °C), lo que provoca una disminución localizada del cromo y un mayor riesgo de corrosión intergranular. El bajo contenido de carbono del TP304L reduce la fuerza impulsora para la formación de carburo, mejorando la resistencia a la sensibilización en juntas soldadas o durante el enfriamiento lento.
• Tratamientos térmicos:
• Recocido de solución / decapado: método estándar para disolver los carburos y restaurar la resistencia a la corrosión; se suele realizar a unos 1010–1150 °C seguido de un enfriamiento rápido.
• La normalización y el temple no son tratamientos de fortalecimiento eficaces para los aceros inoxidables austeníticos (son austenita estable a temperatura ambiente); estos grados no se endurecen por transformación martensítica como algunos aceros.
• El procesamiento termomecánico y el trabajo en frío aumentan la resistencia mediante el endurecimiento por deformación y pueden inducir pequeñas cantidades de martensita en el acero 304 dependiendo de la deformación y la temperatura (más en el acero 304 que en algunos grados estabilizados).
• Las variantes estabilizadas (por ejemplo, 347 con Nb o 321 con Ti) son alternativas donde se requiere evitar el recocido posterior a la soldadura, pero también se necesita una mayor resistencia o una resistencia específica a la fluencia.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Propiedades mecánicas típicas para el estado recocido (los valores son representativos y dependen de la forma del producto y de las especificaciones exactas; verificar en los certificados de ensayo de materiales).

Propiedad	TP304 (recocido, típico)	TP304L (recocido, típico)
Resistencia a la tracción (UTS)	~ 515–700 MPa	~ 485–690 MPa
Límite elástico (0,2% de deformación)	~ 205–310 MPa	~ 170–270 MPa
Alargamiento (en 50 mm)	≥ 40%	≥ 40%
Resistencia al impacto (Charpy V, si se especifica)	Generalmente alta; no se especifica de forma rutinaria	Generalmente alta; no se especifica de forma rutinaria
Dureza (rango HRB/HRC)	Moderado; HRB recocido ~70–90	Ligeramente inferior en algunos lotes debido a un menor contenido de C

Explicación: El TP304 generalmente presenta una resistencia a la fluencia y a la tracción ligeramente superiores a las del TP304L debido a que el carbono contribuye al fortalecimiento por solución sólida. Las diferencias son mínimas en el estado recocido. - Ambos grados muestran una excelente ductilidad y tenacidad a temperatura ambiente; la tenacidad a baja temperatura se mantiene buena debido a la matriz austenítica. - Debido a que el carbono contribuye relativamente poco a la resistencia en comparación con el níquel y los efectos del trabajo en frío, un control estricto del proceso y el nivel de trabajo en frío pueden modificar las propiedades más que la diferencia de carbono entre el acero 304 y el 304L.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad se centran en el riesgo de sensibilización, agrietamiento en caliente y la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

• Efecto del carbono: el menor contenido máximo de carbono en TP304L reduce la tendencia a formar carburos de cromo en la zona afectada por el calor de la soldadura; por lo tanto, TP304L es preferible para soldaduras de múltiples pasadas o grandes en las que no se realizará un recocido de solución posterior a la soldadura.
• Dureza/templabilidad: los aceros inoxidables austeníticos no son susceptibles al endurecimiento por temple; el agrietamiento en caliente es la principal preocupación en la soldadura y normalmente se controla mediante el control de la contaminación, la selección del material de aporte y el diseño de la junta.
• Los índices de equivalencia de carbono y soldabilidad pueden utilizarse cualitativamente. Ejemplos:
• $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretación: Un valor menor de $C$ reduce $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, lo que indica una menor propensión a problemas relacionados con la soldadura, como la corrosión intergranular y ciertos tipos de fisuras. En la práctica, el TP304L suele permitir la soldadura sin recocido de solubilización posterior, mientras que el TP304 puede requerir mayor atención (control del aporte térmico, enfriamiento rápido o recocido posterior a la soldadura) para evitar la sensibilización en aplicaciones críticas.

Metales de aporte: se utilizan composiciones de aporte iguales o superiores a las especificadas; para estructuras soldadas donde la resistencia a la corrosión es primordial, a menudo se seleccionan aportes de familias con bajo contenido de carbono o estabilizadas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el TP304 como el TP304L dependen del contenido de Cr/Ni para la formación de la película pasiva y exhiben una buena resistencia a la corrosión atmosférica, a muchos ácidos orgánicos y a entornos inorgánicos suaves.
• El riesgo de corrosión intergranular es mayor en el acero TP304 si el material se expone a temperaturas de sensibilización después de su fabricación. El acero TP304L minimiza este riesgo debido a su menor contenido de carbono.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) se aplica normalmente a los grados que contienen molibdeno; para mayor contexto: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Para el 304/304L, el Mo está prácticamente ausente y el N es bajo, por lo que el PREN es modesto; es decir, ninguno de los dos grados es adecuado para entornos con alto contenido de cloruros donde la corrosión por picaduras y grietas son preocupaciones críticas (para tales servicios se seleccionan grados con Mo, por ejemplo, 316, o superausteníticos con alto contenido de Cr/N).
• Protección superficial: para aceros no inoxidables, el galvanizado y la pintura son procesos estándar; para TP304/TP304L, generalmente no son necesarios, salvo que se requiera protección estética o contra la abrasión. La pasivación con ácido nítrico tras la fabricación es habitual para restablecer una resistencia óptima a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: ambas calidades son altamente conformables en estado recocido y se utilizan frecuentemente para operaciones de embutición profunda, doblado y hilado. El bajo contenido de carbono en el TP304L no altera significativamente sus características de conformado.
• Maquinabilidad: los aceros inoxidables austeníticos son generalmente más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono debido a su alta tenacidad y endurecimiento por deformación. El TP304 puede presentar una dureza ligeramente superior y un endurecimiento por deformación más rápido que el TP304L, lo que puede reducir marginalmente la vida útil de la herramienta; sin embargo, las diferencias son pequeñas y la estrategia de mecanizado (rigidez, avance/velocidad de avance, refrigerante) es determinante.
• Acabado superficial y pulido: ambos requieren buenos acabados superficiales; la soldadura y el tintado térmico requieren una limpieza química/mecánica para restaurar la película pasiva de la superficie.
• Respuesta al trabajo en frío: el conformado en frío aumenta la resistencia mediante el endurecimiento por deformación; si es necesario, se utiliza un recocido cuidadoso para restaurar la ductilidad.

8. Aplicaciones típicas

TP304 (usos típicos)	TP304L (usos típicos)
Equipos para el procesamiento de alimentos, molduras arquitectónicas generales, intercambiadores de calor donde se puede realizar el recocido posterior a la soldadura.	Grandes tanques químicos soldados, sistemas de tuberías donde el recocido posterior a la soldadura resulta impráctico.
Carcasas y componentes de recipientes a presión en entornos moderados (con prácticas de soldadura controladas)	Recipientes para procesos lácteos y farmacéuticos donde se requiere soldadura sin sensibilización
Elementos de fijación, barras y accesorios donde se acepta una resistencia ligeramente superior	Intercambiadores de calor soldados, tuberías de fluidos corrosivos (cloruros moderados) donde la resistencia a la corrosión de la zona afectada por el calor de la soldadura es esencial
Equipamiento de cocina, fregaderos, electrodomésticos	Tanques de almacenamiento de productos químicos, codos de tuberías de refinería, conjuntos soldados con múltiples pasos

Justificación de la selección: - Elija TP304 cuando sean beneficiosas resistencias a la tracción/límite elástico ligeramente superiores y cuando los controles de fabricación (o el recocido de solución posterior a la fabricación) gestionen el riesgo de sensibilización. - Elija TP304L cuando se requiera soldadura extensa y sea importante evitar el tratamiento térmico posterior a la soldadura para preservar la resistencia a la corrosión en la zona afectada por el calor.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El TP304 suele ser ligeramente más económico que el TP304L por kilogramo, ya que las especificaciones del 304L pueden requerir un control más estricto de la fusión y del carbono, y en ocasiones, ajustes de níquel ligeramente superiores. Los precios de mercado varían según el precio del níquel y el cromo; la diferencia de precio para los grados L suele ser moderada.
• Disponibilidad: ambas calidades están ampliamente disponibles en placas, láminas, bobinas, tubos, barras y alambres de proveedores internacionales. Algunos productos destinados a estructuras soldadas de gran tamaño (p. ej., tuberías de gran diámetro) suelen especificarse y almacenarse como acero inoxidable 304L.

10. Resumen y recomendación

Tabla: comparación concisa

Atributo	TP304	TP304L
Soldabilidad (riesgo de sensibilización)	Buen manejo de los controles de soldadura; mayor riesgo de sensibilización	Mejor para soldar sin recocido posterior a la soldadura
Resistencia-Tenacidad	Resistencia ligeramente superior (contribución de C); excelente tenacidad.	Resistencia ligeramente inferior; resistencia a la corrosión en la ZAT igual o superior
Costo	Ligeramente más bajo (normalmente)	Ligeramente más alto (normalmente)

Conclusión y orientación práctica: - Elija TP304 si: necesita una resistencia a la tracción/límite elástico ligeramente superior en estado recocido, el proceso de fabricación permite parámetros de soldadura controlados o un recocido de solución posterior a la soldadura, o está trabajando con componentes más pequeños o fácilmente recocibles donde se puede mitigar la sensibilización. - Elija TP304L si: el componente se someterá a una soldadura multipaso extensa, se especifican grandes conjuntos soldados in situ donde el recocido de solución posterior a la soldadura no es práctico, la aplicación es sensible a la corrosión intergranular en la zona de soldadura o los requisitos del código para tuberías/tanques a presión favorecen la variante de bajo carbono para el servicio soldado.

Nota práctica: para aplicaciones de soldadura críticas que también requieren resistencia a altas temperaturas o resistencia a la fluencia, considere grados estabilizados (p. ej., TP321, TP347) o grados de acero inoxidable con molibdeno (p. ej., TP316), según la química ambiental y los requisitos mecánicos. Siempre confirme la composición exacta y los datos mecánicos con el certificado de ensayo de fábrica y la especificación aplicable al proyecto.