TP304 vs TP316 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El TP304 y el TP316 son dos de los aceros inoxidables austeníticos más comúnmente especificados para tubos y placas. Ingenieros, gerentes de compras y fabricantes suelen elegir entre ellos al considerar el equilibrio entre resistencia a la corrosión, soldabilidad, rendimiento mecánico y costo. Algunos contextos típicos de decisión incluyen: la selección de un material para tuberías de proceso expuestas a cloruros, la especificación de intercambiadores de calor o tuberías estructurales para instalaciones marinas y la elección de equipos sanitarios para la fabricación de alimentos y productos farmacéuticos.

La principal diferencia práctica radica en que una calidad incluye un elemento de aleación que mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruros, mientras que la otra es el acero inoxidable austenítico de uso general, más económico y ampliamente disponible. Debido a que, por lo demás, son similares en metalurgia y comportamiento de fabricación, la comparación entre TP304 y TP316 suele depender del entorno corrosivo, el coste del ciclo de vida y las limitaciones específicas de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Las designaciones comunes ASTM/ASME TP304 y TP316 se utilizan en las familias de designaciones ASTM A312/A213/A269/A240 para tubos y placas de acero inoxidable. En la práctica ASME, el prefijo "TP" indica la especificación del producto tubular (p. ej., TP304).
• Equivalentes UNS/EN/JIS/GB:
• TP304 ≈ UNS S30400; EN 1.4301 (AISI 304); JIS SUS304; ES 06Cr19Ni10.
• TP316 ≈ UNS S31600; EN 1.4401/1.4404 (AISI 316/316L); JIS SUS316; GB 00Cr17Ni14Mo2 (las variantes pueden diferir).
• Clase de material: Ambos son aceros inoxidables austeníticos (no magnéticos en estado totalmente recocido), no acero al carbono, acero aleado, acero para herramientas ni HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Rangos típicos de composición nominal (en peso %) para TP304 y TP316. Los valores son representativos; consulte la norma de producto específica o el certificado de fábrica para conocer los límites garantizados.

Elemento	TP304 (rangos típicos)	TP316 (rangos típicos)
do	≤ 0,08 (estándar)	≤ 0,08 (estándar)
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0,75	≤ 0,75
PAG	≤ 0,045	≤ 0,045
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	17,5 – 19,5	16.0 – 18.0
Ni	8.0 – 10.5	10.0 – 14.0
Mes	0 – rastro	2.0 – 3.0
V	típicamente ≤ 0,05	típicamente ≤ 0,05
Nb (Cb)	típicamente ≤ 0,1 (no presente en grados no estabilizados)	≤ 0,1 (a menos que sea de grado estabilizado)
Ti	típicamente ≤ 0,7 (solo en variantes estabilizadas)	≤ 0,7 (solo en variantes estabilizadas)
B	rastro	rastro
norte	traza a 0.11 (depende de la especificación)	traza a 0.11 (depende de la especificación)

Notas: - La adición deliberada de molibdeno (Mo) y, a menudo, un contenido de níquel ligeramente superior en el TP316 es la diferencia clave en la aleación que busca mejorar la resistencia a la corrosión localizada (corrosión por picaduras y por grietas) y un rendimiento sostenido en ambientes que contienen cloruros. - El contenido de carbono influye en la sensibilización durante la soldadura; las variantes con bajo contenido de carbono (304L, 316L) y los grados estabilizados (con Ti o Nb) mitigan la corrosión intergranular después de la exposición a altas temperaturas. - Pequeñas cantidades de nitrógeno (cuando están presentes) aumentan la resistencia y mejoran la resistencia a la corrosión por picaduras.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Cromo (Cr): forma la película pasiva de óxido de cromo que otorga a los aceros inoxidables su resistencia básica a la corrosión. - Níquel (Ni): estabiliza la estructura austenítica, aumenta la tenacidad y la ductilidad, y mejora la resistencia general a la corrosión. - Molibdeno (Mo): aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en medios que contienen cloruros. - Carbono, Ti, Nb: afectan el comportamiento de precipitación de carburos y la resistencia al ataque intergranular después de la soldadura.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura: Tanto el TP304 como el TP316 son completamente austeníticos (cúbicos centrados en las caras) en estado recocido. No presentan fase martensítica tras un recocido de solubilización adecuado.
• Procesos típicos: laminado en caliente seguido de recocido de solubilización y enfriamiento rápido para restaurar la resistencia a la corrosión y la ductilidad.
• Respuesta a los ciclos térmicos:
• El recocido de solución (normalmente entre 1020 y 1100 °C según las especificaciones) disuelve los carburos de cromo y devuelve una matriz austenítica homogénea.
• El enfriamiento lento a través de aproximadamente 450–850 °C puede causar precipitación de carburo de cromo en los límites de grano (sensibilización) en variantes con mayor contenido de carbono; esto reduce la resistencia a la corrosión intergranular.
• Las variantes de bajo carbono (L) y estabilizadas (Ti o Nb) controlan la precipitación de carburos; el 316L se especifica comúnmente donde la soldadura será extensa y la sensibilización es una preocupación.
• Templabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos no se endurecen por temple; su fortalecimiento se produce principalmente mediante deformación en frío o mediante adiciones de aleación (p. ej., N). Los tratamientos termomecánicos no generan una cantidad significativa de martensita sin transformación inducida por deformación.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Rangos típicos de propiedades mecánicas para material recocido (representativos; consulte las especificaciones del producto para conocer los mínimos garantizados). Unidades: MPa y %.

Propiedad	TP304 (recocido típico)	TP316 (recocido típico)
Resistencia a la tracción (UTS)	~500 – 700 MPa	~500 – 700 MPa
Límite elástico (0,2% de deformación)	~200 – 350 MPa	~200 – 350 MPa
Alargamiento (A%)	≥ 40% (generalmente 40–60%)	≥ 40% (generalmente 40–60%)
Resistencia al impacto (Charpy, temperatura ambiente)	Los datos de alta sensibilidad a la muesca a menudo no se especifican.	Alto, similar al TP304
Dureza (recocida)	Normalmente 70–95 HRB (aprox.)	Normalmente 70–95 HRB (aprox.)

Interpretación: En estado recocido, los aceros TP304 y TP316 presentan propiedades mecánicas muy similares. Las diferencias en la aleación (Mo, con un contenido ligeramente mayor de Ni en el 316) tienen efectos mínimos sobre la resistencia a la tracción y el límite elástico; el contenido de nitrógeno y el trabajo en frío influyen más en la resistencia mecánica. - Ambos grados conservan una excelente tenacidad incluso a bajas temperaturas debido a la estabilidad de su microestructura austenítica. - Si se necesita mayor resistencia, se pueden seleccionar variantes trabajadas en frío o con contenido de nitrógeno; para servicio criogénico, los austeníticos suelen ser favorables debido a su tenacidad retenida.

5. Soldabilidad

• Soldabilidad general: Tanto el TP304 como el TP316 se sueldan fácilmente mediante métodos comunes de fusión y resistencia (TIG, MIG, SMAW). Su estructura austenítica evita la formación de martensita dura y quebradiza, típica de los aceros al carbono.
• Carbono y sensibilización: El carbono promueve la precipitación de carburo de cromo después de la exposición a temperaturas sensibilizantes; para reducir el riesgo, utilice variantes con bajo contenido de carbono (304L/316L) o grados estabilizados.
• Índices de soldabilidad: Útiles para la interpretación cualitativa del riesgo de fisuración de la soldadura y las necesidades de precalentamiento:
• Ejemplo de equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Ejemplo $P_{cm}$ para 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:
• Ambos grados presentan valores de templabilidad bajos en comparación con los aceros ferríticos; el precalentamiento generalmente es innecesario y puede aumentar el riesgo de sensibilización.
• Es posible que con el TP316 sea ligeramente más fácil evitar el agrietamiento en caliente porque un mayor contenido de Ni promueve la ductilidad en el metal de soldadura; sin embargo, la selección del material de aporte y el control de los ciclos térmicos de la soldadura son más importantes que el grado base.
• Utilice un material de relleno coincidente o sobrecombinado (por ejemplo, ER316/316L) cuando el servicio requiera resistencia a la corrosión por picaduras o cuando el metal base sea TP316.

6. Corrosión y protección de superficies

• Comportamiento del acero inoxidable: Ambos grados se basan en una película de óxido pasiva rica en cromo. En entornos acuosos generales, ambos ofrecen un buen rendimiento.
• Corrosión por picaduras y grietas:
• Utilice el Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras (PREN) para comparar la resistencia a la corrosión localizada: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Debido a que el TP316 contiene molibdeno (y a menudo una cantidad similar o superior de Ni), su PREN es significativamente mayor que el del TP304, lo que mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas inducida por cloruros.
• Cuando los índices no son aplicables:
• PREN y métricas similares no son aplicables a situaciones generales de corrosión uniforme (donde predominan el Cr y la estabilidad de la película pasiva), ni sustituyen las pruebas de laboratorio en una aplicación determinada.
• Protección de superficies para aceros no inoxidables: No aplicable en este caso, pero para alternativas no inoxidables se considerarían la galvanización, la pintura y los revestimientos de polímeros.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen por deformación y pueden ser “gomosos”; ambos grados son más difíciles de mecanizar que el acero dulce.
• El TP316 suele ser un poco más difícil de mecanizar que el TP304 debido a su mayor contenido de níquel y molibdeno, que aumenta la tenacidad y la tendencia al endurecimiento por deformación.
• Formabilidad:
• Ambos grados tienen una excelente conformabilidad en estado recocido; el 304 suele ser ligeramente más fácil de conformar.
• Es necesario tener en cuenta la recuperación elástica y el endurecimiento por deformación; la selección de herramientas y lubricantes es importante.
• Acabado superficial:
• Ambos materiales responden bien al pulido, al electropulido y a la pasivación. La mayor resistencia a la corrosión por picaduras del TP316 lo convierte en la opción preferible cuando la superficie acabada debe resistir el ataque de cloruros.
• Recomendaciones:
• Para conformado de espesores grandes o doblado de radios pequeños, considere el recocido después del conformado o seleccione un grado con una tendencia al endurecimiento por deformación ligeramente menor para reducir el riesgo de agrietamiento.

8. Aplicaciones típicas

TP304 (usos comunes)	TP316 (usos comunes)
Equipos para el procesamiento de alimentos, encimeras, utensilios de cocina	Herrajes marinos, tuberías de agua de mar, componentes para plataformas marinas
Molduras arquitectónicas, acabados interiores de edificios	Equipos de procesos químicos con exposición al cloruro
Tuberías e intercambiadores de calor de uso general en entornos sin cloruros	Implantes médicos (variantes específicas), equipos farmacéuticos que requieren mayor resistencia a ataques localizados.
Componentes de climatización, sistemas de agua potable (donde los cloruros son bajos)	Intercambiadores de calor y condensadores expuestos a agua salobre o ambientes con alto contenido de cloruros

Justificación de la selección: - Elija TP304 cuando la resistencia general a la corrosión, la conformabilidad y el costo sean factores primordiales y la exposición a cloruros sea baja o controlada. - Elija TP316 cuando el servicio implique cloruros, sulfuros o productos químicos acuosos más agresivos, y donde la corrosión localizada limitaría la vida útil.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El TP316 suele ser más caro que el TP304 debido al molibdeno añadido y, a menudo, a un mayor contenido de níquel. Las diferencias de precio varían según los mercados de metales básicos (los precios del níquel y el molibdeno fluctúan).
• Disponibilidad por formato de producto:
• El TP304 suele estar disponible en una amplia gama de formas y acabados superficiales.
• El TP316 también está ampliamente disponible, pero ciertos tamaños, acabados superficiales o productos de laminación especiales (por ejemplo, 316L, 316Ti) pueden tener plazos de entrega más largos y un precio más elevado.
• Nota de compras: Para proyectos grandes, asegurar el material con plazos de entrega largos y especificar sustitutos aceptables (por ejemplo, 316L vs 316) ayuda a gestionar la volatilidad de los costos.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Comparación resumida (cualitativa)

Atributo	TP304	TP316
soldabilidad	Excelente (use 304L para soldadura pesada)	Excelente (use 316L para soldadura pesada)
Fuerza – Resistencia	Bueno, similar al TP316 en estado recocido.	Bueno, similar al TP304; retención de tenacidad ligeramente superior en algunas composiciones químicas.
Resistencia a la corrosión (general)	Muy bien	Muy bien
Corrosión localizada (picaduras/grietas)	Moderado en ambientes clorados	Superior (debido al Mo y al Ni)
Maquinabilidad	Bueno para acero inoxidable austenítico (endurecimiento por deformación)	Ligeramente menos favorable que el TP304
Costo	Más bajo (más económico)	Mayor (prima debido al Mo/Ni)

Conclusiones — elegir en función del entorno y las necesidades del ciclo de vida: - Elija TP304 si: la sensibilidad al costo es alta, el ambiente no contiene cloruros o es solo ligeramente corrosivo, y la aplicación valora la conformabilidad y la amplia disponibilidad (por ejemplo, equipos para servicios de alimentos, elementos arquitectónicos, tuberías de procesos generales no expuestas a cloruros). - Elija TP316 si: el entorno de servicio contiene cloruros u otros agentes que promueven la corrosión por picaduras/grietas, se requiere resistencia a largo plazo al ataque localizado o la aplicación es marina, en alta mar o de procesamiento químico donde la resistencia mejorada con molibdeno justifica el precio superior.

Orientación práctica final: - Para conjuntos soldados en servicio con cloruros, especifique variantes de bajo carbono (304L / 316L) o grados estabilizados para evitar la sensibilización. - Cuando existan dudas sobre la exposición al cloruro o cuando el mantenimiento sea difícil, opte por TP316 a pesar del mayor costo inicial; los ahorros durante el ciclo de vida a menudo justifican la elección. - Confirme siempre la selección del material en función del fluido de proceso, la temperatura y las condiciones de carga mecánica exactas; cuando el riesgo de corrosión sea crítico, realice pruebas de corrosión específicas para la aplicación o consulte a especialistas en corrosión.