304/L /H
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Información General

 

Las aleaciones 304, 304L, Y 304H de acero inoxidable son variaciones de la aleación austenítica 18%chromo-8% níquel. Son las aleaciones más conocidas y de uso más frecuente en la familia de aceros inoxidables. Estas aleaciones pueden ser consideradas para una amplia variedad de aplicaciones en las que uno o más de las siguientes propiedades sean importantes:

 

  •          »   Resistencia a la corrosión
  •          »   Prevención de la contaminación del producto
  •          »   Resistencia a la oxidación
  •          »   Facilidad de fabricación
  •          »   Excelente capacidad de conformación
  •          »   Belleza de la apariencia
  •          »   Facilidad de limpieza
  •          »   Alta resistencia y bajo peso
  •          »   Buena resistencia y tenacidad a temperaturas criogénicas        
  •          »   Disponibilidad inmediata de una amplia gama de formas
 
Cada aleación representa una excelente combinación entre resistencia a la corrosión y fabricabilidad. Esta combinación de propiedades es la razón por el uso extensivo de estas aleaciones que representan casi la mitad de la producción total de acero inoxidable en los Estados Unidos. Los aceros inoxidables 18-8, principalmente las aleaciones 304, 304L, y 304H están disponibles en una amplia gama de formas, incluyendo a: planchas, plates y bobinas. Estas aleaciones están cubiertas por una variedad de especificaciones y códigos relativos a la construcción o la utilización de equipos fabricados de estas aleaciones para condiciones específicas.
 
304 es la aleación estándar ya que la tecnología AOD (descarburación de oxigeno y argón) ha hecho que niveles mas bajos de carbono sean mas accesibles y económicos. La aleación 304L se utiliza para los productos soldados que podrían ser expuestos a condiciones que causan corrosión intergranular.
 
La aleación 304H es una modificación de la 304, en la cual se controla el contenido del carbono a un rango de 0.04 – 0.10 para así proporcionar una resistencia mayor a altas temperaturas para partes expuestas a temperaturas por encima de los 427°C.
 
Estándares:
 
304- UNS S30400 / W.N. 1.4301 / DIN X5CrNi 18 10
304L- UNS 30403 / W.N. 1.4306 / DIN X2CrNi 19 11
304H- UNS S30409 / W.N. 1.4948 / DIN X6CrNi 18 10
 
 

 

 

 

Aplicaciones

 

  • »   Equipos para la industrias petrolera y del gas
  • »   Equipos para la preparación de comida
  • »   Uso en plantas farmacéuticas
  • »   Aplicaciones marinas
  • »   Aplicaciones arquitecturales
  • »   Implantes médicos, incluyendo: clavos, tornillos, y reemplazos de cadera y rodilla
  • »   Sujetadores

 

 

 

Composición Química

 

Elemento

Porcentaje por Peso

304

304L

304H

Carbono

0,08                  

0,03                  

0,04 – 1,0        

Manganeso

2,0

2,0

2,0

Fósforo

0,045

0,045

0,045

Azufre

0,03

0,03

0,03

Silicio

0,75

0,75

0,75

Cromo

18,0 – 20,0

18,0 – 20,0

18,0 – 20,0

Níquel

8,0 – 10,5

8,0 – 10,5

8,0 – 10,5

Nitrógeno

0,1

0,1

0,1

 

Resistencia a la Corrosión

 

Corrosión General

Las aleaciones 304, 304L y 304H de acero inoxidable austenítico proporcionan una resistencia a la corrosión que es útil en una amplia gama de ambientes moderadamente oxidantes. Estas aleaciones se utilizan en equipos y utensilios para la preparación y procesamiento de alimentos, bebidas y productos lácteos. Los intercambiadores de calor, tuberías, tanques y otros equipos  que entran en contacto con agua dulce también ocupan estas aleaciones.
 
 
El 18 a 19% de cromo que contienen estas aleaciones proporciona resistencia en ambientes oxidantes tales como el ácido nítrico diluido, como se ilustra por los datos dados abajo. 
 

% Ácido Nítrico

Temperatura

°F (°C)

Tasa de Corrosión

Mils/Yr (mm/a)

10

300 (149)

5,0 (0,13)

20

300 (149)

10,1 (0,25)

30

300 (149)

17,0 (0,43)

 

Las aleaciones 304, 304L, y 304H también son resistentes a ácidos orgánicos moderadamente agresivos, como los ácidos acéticos y reductivos, como el ácido fosfórico. El 9 a 11% de níquel que contienen estas aleaciones ayuda a proporcionar resistencia a ambientes moderadamente reductivos. Los ambientes más altamente reductores, tales como  los diluidos de ácidos clorhídricos y sulfúricos en ebullición, se muestran ser demasiado agresivos para estos materiales.
 
 
En algunos casos el 304L puede demostrar una tasa inferior a la corrosión en comparación con aleaciones con más contenido de carbono. De lo contrario, las aleaciones 304, 304L y 304H se pueden considerar iguales en cuanto su resistencia en ámbitos corrosivos. Una excepción notable seria en los ambientes suficientemente corrosivos para causar corrosión intergranular de soldaduras y zonas afectadas por el calor. En esta circunstancia se aconseja utilizar la aleación 304, debido a que sus bajos niveles de carbono mejoran su resistencia a corrosión intergranular.
 
 
Corrosión Intergranular
La exposición de los aceros inoxidables austeníticos 18-8 a temperaturas en el rango de 427 - 816°C puede causar la precipitación de carburos de cromo en los limites del grano. Estos aceros están “sensibilizados” y son sujetos a la corrosión cuando expuestos a ambientes agresivos. El contenido de carbono de la aleación 304 puede permitir que ocurra la sensibilización debido a condiciones termales experimentadas por las soldaduras autógenas y zonas de la soldadura afectada por el calor. Es por esta razón, se prefiere el contenido menor de carbono de la aleación 304L para aplicaciones en que el material se utilizará en la condición soldada. El bajo contenido de carbono extiende el tiempo necesario para precipitar un nivel perjudicial de carburos de cromo, pero no elimina la reacción de precipitación para el material mantenido durante largos tiempos en el intervalo de temperatura de precipitación.
 
 
Agrietamiento por Corrosión Bajo Presión
Las aleaciones 304, 304L, y 304H debido a su relativamente bajo contenido de níquel, son los mas susceptibles de los aceros inoxidables austeníticos en cuanto agrietamientos por corrosión bajo tensión en los haluros. Las condiciones que causan esto son: (1) la presencia de iones haluro (por lo general cloruro), (2) esfuerzos de tracción residuales, y (3) temperaturas que exceden alrededor de 49°C. Tensión puede ocurrir como resultado de la deformación de la aleación durante la formación o por la expansión, o debido a soldadura que resulte en tensión por los ciclos termales que se utilizan. Se podrá reducir los niveles de tensión con el recocido o tratamientos térmicos después de la deformación en frío, lo que reduce la sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión por haluro. 

 

 

Haluro (Pruebas de corrosión bajo presión)

 

 

Prueba

Muestras de U-bend (Mucha tensión)

304

33% Cloruro de litio, en Ebullición

Metal Base

Soldado

Agrietado, 14 a 96 horas

 

 

26% Cloruro de Sodio, en Ebullición

Metal Base

Soldado

Agrietado, 142 a 1004 horas

Agrietado, 300 a 500 horas

40% Cloruro de Calcio en Ebullición

Metal Base

Agrietado, 144 horas

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Temperatura Ambiente

 Expuesto a la Costa Marina

Metal Base

Soldado

Sin grietas

Sin grietas

 

Corrosión de picaduras/hendiduras
Las aleaciones 18-8 se han utilizado con gran éxito en aguas dulces con bajo contenido de iones de cloruro.  Por lo general, cloruro de 100 ppm es considerado el limite para las aleaciones 18-8, particularmente si hay agrietas presentes. Niveles mas altos de cloruro pueden causar corrosión en fisuras y picaduras. Para condiciones más severas, con niveles más altos de cloruro, pH más bajo, y/o temperaturas más altas, se deben considerar el uso de aleaciones con mayor contenido de molibdeno, como la aleación 316. Las aleaciones 18-8 no se recomiendan para ambientes expuestos a la costa marina.  
 
 

 

 

 

Propiedades Físicas

 

Módulo de Elasticidad en Tensión

29 x 106 psi (200 GPa)

Densidad

0,285 lb/in³

7,90 g/cm³

Coeficiente Lineal de Expansión Térmica

a 20 - 100°C: 16,6 x 10-6 cm/cm/°C

a 20 - 870°C: 19,8 x 10-6 cm/cm/°C

Conductividad Térmica

a 100°C: 16.3 W/m•K

a 500°C: 21.4 W/m•K

Calor Específico

a 0 - 100°C: 500 J/kg•K

 

 

Permeabilidad Magnética
Por lo general, las aleaciones 18-8 no son magnéticas en estado recocido, con valores de permeabilidad magnética menor de 1.02 a 200 H.  Los valores de permeabilidad variarán con cada composición, y se incrementarán con el trabajo en frío. 
 

Porcentaje de Trabajo en Frío

Permeabilidad Magnética

304

304L

0

1,005

1,015

10

1,009

1,064

30

1,163

3,235

50

2,291

8,840

 

Propiedades Mecánicas

 

Propiedades Mecánicas a Temperatura Ambiente

Las propiedades mecánicas mínimas para las aleaciones recocidas 304 y 304L en plancha, como requerido por las normas ASTM especificación A240, y ASME especificación SA-240  se muestran a continuación:  

Propiedad

Propiedades Mecánicas Mínimas  

304

304L

305H

0.2% Desplazamiento
Limite Elástico,
     psi
     MPa

 

30.000
205

 

25.000
170

 

 30.000
205

Resistencia a la Tracción,
     psi
     MPa

 

75.000
515

 

70.000
485

 

75.000
515

Porcentaje de Elongación en
2” o 51mm

 
40,0

 
40,0

 
40,0

Dureza,
Máx.,
     Brinell
     RB

 

201
92

 

201
92

 

201
92

 

 

Propiedades en Temperaturas Elevadas y Bajas

A continuación se muestran las propiedades de tracción para temperaturas elevadas y bajas. A temperaturas de 1000°F (538°C) o más, la rotura por tensión se debe considerar.

Temperatura

0.2% Limite Elastico

Resistencia a la Traccion

Elongacion

°F

°C

psi

(mpa)

psi

(MPa)

Porciento en 2” o 51mm

-423

-235

100.000

690

250.000

1725

25

-320

-196

70.000

485

230.000

1285

35

-100

-79

50.000

354

150.000

1035

50

70

21

35.000

240

90.000

620

60

400

205

23.000

160

70.000

485

50

800

427

19.000

130

66.000

455

43

1200

650

15.500

105

48.000

330

34

1500

815

13.000

90

23.000

160

46

 

 

 

 

 

Propiedades de Fabricación 

 

Soldadura
Los aceros inoxidables austeníticos se consideran los más soldables de los aceros de alta aleación y se pueden soldar con todos los procesos de fusión y soldadura por resistencia.
 
 
Dos consideraciones importantes en la elaboración de uniones por soldadura en los aceros inoxidables austeníticos son: (1) la preservación de la resistencia a la corrosión, y (2) la evitación de la fisuración.
 
 
Se produce un gradiente de temperatura en el material que esta siendo soldado que oscila entre por encima de la temperatura de fusión y temperatura ambiente a cierta distancia de la soldadura. Cuanto mayor sea el nivel de carbono de los materiales a soldar, mayor será la probabilidad de que el ciclo de soldadura térmica dará lugar a la precipitación de carburos de cromo que es perjudicial para la resistencia a la corrosión. Para proporcionar el material en el mejor nivel de resistencia a la corrosión, el material de bajo nivel de carbono (aleación 304L) debe ser utilizado para el material puesto en servicio en la condición soldada. Alternativamente, el recocido total disuelve el carburo  de cromo y restaura un alto nivel de resistencia a la corrosión de los materiales de contenido estándar de carbono.
 
 
Soldar el metal con una estructura totalmente austenítica lo hará más susceptible al agrietamiento durante la soldadura. Por esta razón, las aleaciones 304 y 304L están diseñadas para solidificar con una pequeña cantidad de ferrita para así minimizar la susceptibilidad al agrietamiento.
 
 
Se debe utilizar la aleación 309 o un metal a base de níquel para unir las aleaciones austeníticas 18-8 a aceros de carbono.
 
 
Tratamiento Térmico
Los aceros inoxidables austeníticos son tratados con calor para eliminar los efectos de la conformación en frío o disolver los carburos de cromo precipitados. El tratamiento térmico mas seguro para llevar a cabo ambos requisitos es el recocido por solución que se lleva a cabo en el rango de 1850°F a 2050°F  (1010°C - 1121°C). El enfriamiento desde la temperatura del recocido debe ser a tasas suficientemente altas para evitar reprecipitación de carburos de cromo, 1500-800°F (816°C - 427°C).
 
 
Estos materiales no se pueden endurecer a través de tratamientos térmicos.
 
 
Limpieza
A pesar de su resistencia a la corrosión, los aceros inoxidables necesitan cuidado durante su fabricación y uso para mantener una superficie uniforme, incluso bajo condiciones normales de uso. 
 
 
Durante la soldadura, los procesos de gas inerte se utilizan. Escoria que se forma a partir de procesos de soldadura se quita con un cepillo de alambre de acero inoxidable. Cepillos normales de acero carbono dejarán partículas de acero carbono en la superficie, las cuales producirán herrumbre en la superficie. Para aplicaciones más severas, se deben tratar las áreas soldadas con una solución desincrustante, tal como una mezcla de los ácidos nítricos y fluorhídricos, los cuales deben ser enjuagados posteriormente.
 
 
Para el servicio de materiales expuestos hacia el interior, o para industria suave, se requiere solo una mantención mínima. En lugares protegidas se necesita solo un lavado ocasional con agua a presión. En áreas de industria pesada, se conseja lavado frecuente para eliminar depósitos de tierra que a la larga pueden causar corrosión y deterioración del aspecto de la superficie.
 
 
Manchas persistentes como alimentos quemados a la superficie, se pueden quitar con un limpiador no abrasiva y un cepillo de fibra, una esponja o con lana de acero inoxidable. Lana de acero inoxidable dejara una marca permanente en la superficie de acero inoxidable liso. Las soluciones de limpieza deben ser enjuagadas bien con agua fresca.