TP316 vs TP316L – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

TP316 y TP316L son dos grados de acero inoxidable austenítico estrechamente relacionados, ampliamente utilizados en tuberías, recipientes a presión, intercambiadores de calor y fabricación en general. Los ingenieros y responsables de compras suelen enfrentarse a un dilema de selección: equilibrar la resistencia a la corrosión, la soldabilidad y la necesidad de tratamiento térmico posterior a la soldadura con la resistencia mecánica, el coste y la disponibilidad. En muchos conjuntos fabricados, la decisión se reduce a si la pequeña reducción en el contenido de carbono (y sus consecuencias metalúrgicas) en TP316L justifica las diferencias en el rendimiento mecánico o el precio.

La principal diferencia entre ambos materiales radica en el contenido máximo de carbono: el TP316L presenta un límite de carbono significativamente menor que el TP316. Este control del carbono afecta principalmente la susceptibilidad a la precipitación de carburo de cromo (sensibilización) durante el enfriamiento lento desde las temperaturas de soldadura o recocido de solubilización, y por lo tanto influye notablemente en las prácticas de soldadura y los requisitos posteriores a la soldadura. Debido a que sus niveles de cromo, níquel y molibdeno son similares, el TP316 y el TP316L son comparables en cuanto a resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas generales en estado recocido.

1. Normas y designaciones

Las normas y designaciones comunes para estos aceros inoxidables incluyen: - ASTM/ASME: TP316, TP316L según ASTM A240 / ASME SA-240 (placa, lámina) y especificaciones relacionadas para barras, tubos y forjados. - EN: X5CrNiMo17-12-2 (≈ 316), X2CrNiMo17-12-2 (≈ 316L) según serie EN 10088. - JIS: SUS316 / SUS316L. - GB (China): 00Cr17Ni14Mo2 / 0Cr17Ni14Mo2 (equivalentes aproximados).

Clasificación: tanto el TP316 como el TP316L son aceros inoxidables austeníticos (clase inoxidable). No son aceros al carbono ni aceros HSLA/para herramientas.

2. Composición química y estrategia de aleación

La estrategia principal de aleación para la familia 316 es proporcionar una matriz austenítica (a través de Ni), resistencia a la corrosión (Cr y Mo) y carbono controlado para equilibrar la resistencia y el riesgo de sensibilización.

Tabla: Rangos de composición típicos (en % peso) — consulte la norma específica o el certificado de fábrica para conocer los límites exactos por forma de producto.

Elemento	TP316 (rango típico)	TP316L (rango típico)
C (carbono)	≤ 0,08	≤ 0,03 (o ≤ 0,035 según las especificaciones)
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)	16.0–18.0	16.0–18.0
Ni (níquel)	10.0–14.0	10.0–14.0
Mo (molibdeno)	2.0–3.0	2.0–3.0
V (vanadio)	típicamente ≤ 0,1	típicamente ≤ 0,1
Nb (niobio)	generalmente ≤ 0,1	generalmente ≤ 0,1
Ti (titanio)	típicamente ≤ 0,1	típicamente ≤ 0,1
B (boro)	rastro	rastro
N (nitrógeno)	≤ 0,10 (varía)	≤ 0,11 (varía)

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - Cromo (Cr): proporciona resistencia general a la corrosión y pasividad. - Níquel (Ni): estabiliza la austenita, mejora la tenacidad y la ductilidad. - Molibdeno (Mo): aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. - Carbono (C): aumenta la resistencia modestamente, pero promueve la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano si se mantiene en el rango de sensibilización (aproximadamente 450–850 °C), reduciendo la resistencia a la corrosión intergranular. - Los elementos minoritarios (Mn, Si, N) influyen en la desoxidación, la resistencia y la estabilidad de la austenita.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: Tanto el TP316 como el TP316L son prácticamente austeníticos en estado recocido. Su estructura de grano es austenítica equiaxial; pueden retenerse pequeñas cantidades de ferrita (ferrita δ) dependiendo de la composición y el modo de solidificación, especialmente en fundiciones y metal de soldadura. - Precipitación de carburos: el carbono promueve la formación de carburos de cromo (Cr23C6) en los límites de grano durante la exposición a temperaturas de sensibilización, lo que agota localmente el cromo y permite el ataque intergranular.

Tratamiento térmico y procesamiento: - Recocido de solución (típico): calentar a $1010\text{–}1120\ ^\circ\text{C}$ (dependiendo de la especificación) seguido de un enfriamiento rápido, generalmente un temple en agua, para redisolver los carburos y restaurar la resistencia a la corrosión. Ninguno de los dos grados se fortalece mediante tratamiento térmico convencional (no son martensíticos ni endurecibles por precipitación); la resistencia puede aumentarse mediante trabajo en frío. - El procesamiento termomecánico (laminado, trabajo en frío + recocido) controla el tamaño del grano y puede afectar la tenacidad; un trabajo en frío intenso aumenta la resistencia y reduce la ductilidad. - Para componentes soldados: el menor contenido de carbono del TP316L reduce la fuerza motriz para la precipitación de carburos durante el enfriamiento lento; el TP316 puede requerir un recocido de solución después de soldaduras pesadas o extensas si el servicio requiere la máxima resistencia a la corrosión intergranular.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen de la forma del producto (placa, chapa, tubo, barra), el grado de deformación en frío y el tratamiento térmico. La tabla siguiente muestra rangos típicos de recocido representativos para la selección en ingeniería. Siempre verifique con el certificado de ensayo de fábrica.

Propiedad (recocida)	TP316 (típico)	TP316L (típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	~480–620	~480–620
Límite elástico, 0,2% de deformación (MPa)	~170–310	~140–290
Alargamiento (A, %)	≥ 40% (varía)	≥ 40% (varía)
resistencia al impacto	Bueno: conserva su resistencia a bajas temperaturas (no especificado por la norma).	Bien—similar al TP316
Dureza (HB/HRB)	Recocido: típicamente ≤ 200 HV (≈ ≤ 95 HRB)	Recocido: típicamente ≤ 200 HV (≈ ≤ 95 HRB)

Explicación: - Resistencia: las resistencias a la tracción nominales son similares porque la aleación base es similar; el TP316 puede mostrar un límite elástico ligeramente superior debido a un mayor contenido de carbono, pero las diferencias son modestas en estado recocido. - Tenacidad y ductilidad: ambos materiales son altamente dúctiles y tenaces; el TP316L puede ofrecer una ductilidad y conformabilidad ligeramente mejores en algunas operaciones debido a un menor límite elástico. - Dureza: ambos son blandos en estado recocido; el trabajo en frío aumenta sustancialmente la dureza y la resistencia.

5. Soldabilidad

Los aceros inoxidables austeníticos de la familia 316 se encuentran entre los grados de acero inoxidable más soldables, pero el contenido de carbono influye en la elección del material de aporte, la práctica de precalentamiento/postcalentamiento y la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Consideraciones clave sobre la soldadura: Riesgo de sensibilización: un mayor contenido de carbono incrementa el riesgo de precipitación de carburo de cromo en la zona afectada por el calor (ZAC) durante el enfriamiento lento. El menor contenido de carbono del TP316L reduce considerablemente este riesgo y, por lo tanto, se prefiere cuando se requiere una alta resistencia a la corrosión durante la soldadura o después de la misma. - Fisuración en caliente: los aceros inoxidables austeníticos se benefician de la presencia de cierta cantidad de ferrita δ en el metal de soldadura para resistir la fisuración en caliente. La composición y el modo de solidificación determinan el contenido de ferrita resultante. - Metales de relleno: normalmente se utilizan metales de relleno coincidentes o de bajo carbono coincidentes (por ejemplo, ER316/ER316L); para uniones disímiles se utilizan rellenos de transición apropiados (por ejemplo, 309 para uniones ferríticas a austeníticas).

Índices empíricos útiles (interpretación cualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$ Un valor más alto de $CE_{IIW}$ indica una mayor templabilidad y una mayor susceptibilidad al agrietamiento en frío de la soldadura en aceros al carbono; para los aceros inoxidables austeníticos se puede utilizar cualitativamente para comparar la propensión a formar microestructuras indeseables durante la soldadura. - Métrica de picaduras y fisuras por soldadura: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Un $P_{cm}$ más alto implica mayores desafíos de soldabilidad para los grados de acero inoxidable; un menor contenido de carbono reduce $P_{cm}$.

Interpretación: El TP316L ofrece mayor seguridad contra la sensibilización sin necesidad de recocido de solubilización posterior a la soldadura. En estructuras donde el recocido posterior a la soldadura resulta impráctico (tanques grandes, soldadura en campo), el TP316L es la opción más segura. - El TP316 se puede utilizar donde la soldadura es limitada, el recocido posterior a la soldadura es factible o donde se requiere una resistencia/resistencia a la fluencia ligeramente mayor a temperatura elevada.

6. Corrosión y protección de superficies

Los aceros inoxidables de la familia 316 se basan en películas pasivas de óxido de cromo para su resistencia a la corrosión. El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión localizada (corrosión por picaduras, corrosión por hendiduras).

El número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) se utiliza a veces para comparar la resistencia a la corrosión localizada: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Para el acero convencional 316/316L (Cr moderado, ~2–3% Mo, bajo N), el PREN indica una resistencia moderada a la corrosión por picaduras en comparación con los grados dúplex o superausteníticos.

Notas: - Tanto el TP316 como el TP316L tienen una resistencia a la corrosión masiva similar porque los contenidos de Cr, Ni y Mo son similares; el carbono no cambia directamente la resistencia a la corrosión por picaduras, pero afecta indirectamente el rendimiento de la corrosión al promover la sensibilización y la corrosión intergranular si se forman carburos. - Los métodos de protección de la superficie (galvanizado, pintura) se aplican a los aceros no inoxidables; para los sustratos inoxidables se utilizan tratamientos de pasivación (decapado ácido, pasivación nítrica) para restaurar o mejorar la película pasiva.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado: Ambos grados presentan una excelente conformabilidad en estado recocido. La resistencia a la fluencia ligeramente inferior del TP316L facilita un poco el embutido profundo y el estampado, además de reducir la recuperación elástica.
• Maquinabilidad: Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen rápidamente por deformación y presentan una maquinabilidad deficiente en comparación con los aceros al carbono. Se requieren herramientas especiales, configuraciones rígidas y velocidades de avance adecuadas. El TP316 y el TP316L se mecanizan de forma similar; las pequeñas diferencias se deben a su tendencia al trabajo en frío.
• Acabado: El electropulido y el pulido mecánico son métodos comunes. El TP316L presenta la ventaja de un menor riesgo de sensibilización durante la exposición térmica en su fabricación.
• El conformado en frío aumenta significativamente la resistencia y reduce la ductilidad; el recocido de solubilización posterior al conformado restaura la resistencia total a la corrosión si la sensibilización era una preocupación.

8. Aplicaciones típicas

TP316 (usos)	TP316L (usos)
Tubos de intercambiadores de calor donde se requiere mayor resistencia/resistencia a la fluencia a temperaturas moderadamente elevadas; componentes de recipientes a presión cuando se prevé un recocido posterior a la soldadura.	Grandes tanques y recipientes soldados para el procesamiento químico/farmacéutico donde la minimización del tratamiento térmico posterior a la soldadura es fundamental.
Equipos marinos y de plataformas marinas con exposición moderada a la corrosión (donde el Mo proporciona resistencia a la corrosión por picaduras)	Sistemas de tuberías, accesorios y equipos sanitarios donde se realizan extensas soldaduras en campo
Elementos de fijación, pernos y piezas que se trabajarán en frío para aumentar su resistencia.	Aplicaciones criogénicas, productos farmacéuticos y dispositivos médicos donde se prefiere un bajo contenido de carbono para evitar la contaminación y la sensibilización.
Algunos equipos de procesos químicos cuya fabricación incluye soldadura limitada	Tanques para procesamiento de alimentos, elaboración de cerveza y almacenamiento con requisitos de soldadura exigentes

Justificación de la selección: - Elija TP316 cuando se requiera una resistencia ligeramente mayor o propiedades de temperatura elevada y cuando las soldaduras puedan someterse a recocido de solución o las condiciones de servicio no presenten riesgo de sensibilización. - Elija TP316L cuando la soldadura sea extensa, el tratamiento térmico posterior a la soldadura sea poco práctico y se requiera la máxima garantía contra la corrosión intergranular.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: En la mayoría de los mercados, el TP316 y el TP316L tienen precios similares, ya que el costo se debe principalmente a las adiciones de la aleación base (Ni, Mo); el TP316L puede tener un precio ligeramente superior en algunas presentaciones debido a los controles de procesamiento adicionales. El precio se ve fuertemente influenciado por los mercados mundiales de níquel y molibdeno.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en láminas, placas, tuberías, tubos, barras, forjados y consumibles de soldadura. El TP316L se suele almacenar para tuberías y aplicaciones sanitarias; el TP316 es común en tubos de intercambiadores de calor y algunos componentes de contención de presión.

10. Resumen y recomendación

Métrico	TP316	TP316L
Soldabilidad (resistencia a la sensibilización)	Bueno; requiere precaución al soldar materiales pesados.	Mejor para soldadura pesada/en campo; bajo riesgo de sensibilización
Resistencia-Tenacidad	Rendimiento ligeramente superior en algunas condiciones; resistencia a la tracción y tenacidad similares.	Rendimiento ligeramente inferior; excelente tenacidad y ductilidad.
Coste y disponibilidad	Comparable; puede ser ligeramente inferior en algunos mercados.	Similares; ampliamente disponibles para fabricaciones soldadas

Conclusiones — guía práctica - Elija TP316L si: su diseño implica soldadura extensa o soldadura en campo, no puede realizar recocido de solución posterior a la soldadura o se requiere máxima protección contra la corrosión intergranular (por ejemplo, tanques farmacéuticos, alimentarios y químicos, tramos largos de tuberías soldadas). - Elija TP316 si: necesita la resistencia a la fluencia o al límite elástico ligeramente superior disponible en algunas coladas, puede aplicar un tratamiento térmico posterior a la soldadura controlado (recocido de solubilización) cuando sea necesario, o si la especificación requiere TP316 para la compatibilidad con los componentes y prácticas de fabricación existentes.

Nota final: Ambos grados son excelentes aceros inoxidables de uso general. En los documentos de compra, especifique la norma exacta, el comportamiento frente a la corrosión requerido, el contenido máximo de carbono admisible (y si se aceptan variantes estabilizadas como 316Ti o 316Cb) y los tratamientos posteriores a la fabricación necesarios. Confirme siempre los datos mecánicos y químicos con el certificado de ensayo de fábrica para la forma del producto y el lote de colada específicos del pedido.