13 Acero al Cr vs SS 304: ¿Cuál es la diferencia?

A la hora de seleccionar el material adecuado para su proyecto, comprender los matices entre el acero al cromo 13 y el acero inoxidable 304 puede cambiar las reglas del juego. Estos dos aceros inoxidables, aunque aparentemente similares, presentan características distintas que responden a necesidades industriales diferentes. ¿Se ha preguntado alguna vez por qué algunas tuberías del sector del petróleo y el gas prefieren el acero al carbono 13 mientras que los equipos de procesamiento de alimentos suelen optar por el acero inoxidable 304? La respuesta está en sus propiedades únicas y su comportamiento en distintos entornos. En este artículo profundizaremos en la composición, la resistencia a la corrosión, las propiedades mecánicas y las aplicaciones típicas de estos materiales, para ofrecerle una comparación exhaustiva que le ayude a tomar una decisión informada. ¿Cuál será el más adecuado para su próximo proyecto? Explorémoslo.

Composición y propiedades

El acero 13Cr es un tipo de acero inoxidable martensítico que suele contener entre 12% y 14% de cromo. Las formas modificadas, como el Super 13Cr, incluyen elementos adicionales como níquel (4,5 - 6,5%) y molibdeno (1,5 - 2,5%) para mejorar sus propiedades. El SS 304, un acero inoxidable austenítico, contiene al menos 18% de cromo y 8% de níquel, con un contenido de carbono normalmente inferior a 0,08%. El mayor contenido de cromo y níquel del acero inoxidable 304 le confiere una composición química diferente a la del acero al 13Cr, lo que a su vez afecta a sus propiedades.

El acero 13Cr, especialmente el Super 13Cr, ofrece un alto límite elástico y de tracción, que oscila entre 95 ksi y 125 ksi, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta resistencia. En cambio, el acero inoxidable 304 es conocido por su gran ductilidad y conformabilidad, con un límite elástico de unos 30.000 psi y una resistencia a la tracción de unos 75.000 psi. La menor resistencia pero mayor conformabilidad del acero inoxidable 304 permite darle fácilmente diversas formas.

El acero 13Cr destaca en entornos de CO₂ y entornos corrosivos dulces con presencia limitada de H₂S, mientras que el acero inoxidable 304 ofrece una excelente resistencia a la corrosión en diversos entornos, incluidas condiciones marinas y ácidas.

Resistencia a la corrosión

Entornos de petróleo y gas

Los aceros 13Cr, especialmente las variantes Super 13Cr, son ideales para entornos de petróleo y gas debido a su excelente resistencia a la corrosión por CO₂ a altas temperaturas, hasta unos 350°F (190°C). Estos aceros pueden soportar entornos dulces y ligeramente ácidos con bajas presiones parciales de H₂S (hasta 1,5 psi de presión parcial de H₂S según NACE MR0175/ISO 15156), y la adición de molibdeno y níquel en Super 13Cr mejora la resistencia a la corrosión inducida por cloruros, al agrietamiento por tensiones de sulfuro (SSC) y al agrietamiento por corrosión de sulfuro (SCC). Sin embargo, pueden agrietarse con un pH muy bajo (

Propiedades mecánicas

Resistencia a la tracción y límite elástico

Acero 13Cr

El acero al 13Cr, especialmente en sus calidades estándar y súper, tiene un alto límite elástico y de tracción. El límite elástico (Specified Minimum Yield Strength, SMYS) del acero al 13Cr oscila entre aproximadamente 80 ksi (552 MPa) en las calidades estándar y 125 ksi (860 MPa) en las calidades Super 13Cr, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta presión, especialmente en la industria del petróleo y el gas. La resistencia a la tracción del acero 13Cr suele oscilar entre 95 ksi (655 MPa) y 130 ksi (900 MPa), dependiendo del grado específico y del tratamiento térmico aplicado. La adición de níquel y molibdeno a las variantes Super 13Cr aumenta su resistencia y tenacidad.

SS 304

Por el contrario, el acero inoxidable 304 ofrece un límite elástico y una resistencia a la tracción inferiores a los del acero 13Cr. El límite elástico del SS 304 suele ser de unos 30-50 ksi (205-345 MPa), mientras que su resistencia a la tracción suele ser de 70-90 ksi (485-620 MPa). Aunque la resistencia mecánica del acero inoxidable 304 es menor, su microestructura austenítica le confiere una mayor ductilidad, lo que facilita su conformación y moldeado para diversas aplicaciones.

Dureza

Acero 13Cr

La dureza del acero 13Cr varía en función del grado y el tratamiento. Los grados estándar de acero 13Cr presentan una dureza de aproximadamente 22 HRC, mientras que las variantes Super 13Cr de mayor resistencia pueden alcanzar hasta 32 HRC. El aumento de la dureza está relacionado con la mayor resistencia del material, pero también puede afectar a su tenacidad y resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC).

SS 304

El acero inoxidable 304 es generalmente más blando que el acero 13Cr, con una dureza típica de alrededor de 70-90 HRB (escala Rockwell B), que corresponde aproximadamente a 150-200 HV. Esta menor dureza contribuye a la excelente ductilidad y tenacidad del SS 304, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en las que se requiere una alta conformabilidad y resistencia al impacto.

Resistencia al impacto y ductilidad

Acero 13Cr

La estructura martensítica del acero 13Cr se traduce generalmente en una menor ductilidad y resistencia al impacto en comparación con el SS 304. Sin embargo, la tenacidad del acero 13Cr puede mejorarse en los grados Super y Modificado mediante aleación y tratamiento térmico, lo que da lugar a mejores valores de impacto Charpy. El alargamiento del acero 13Cr suele oscilar entre 15% y 20%, lo que indica una ductilidad moderada.

SS 304

El acero inoxidable 304 es conocido por su gran ductilidad y tenacidad. El alargamiento del SS 304 se sitúa normalmente entre 40% y 60%, que es significativamente superior al del acero 13Cr. Esta alta ductilidad permite al SS 304 absorber más energía durante la deformación, proporcionando una excelente resistencia al impacto y haciéndolo adecuado para aplicaciones que requieren alta tenacidad.

Resistencia a la fatiga

Acero 13Cr

La resistencia a la fatiga del acero 13Cr se ve afectada por su resistencia y dureza. Aunque ofrece un buen rendimiento en condiciones de carga cíclica, su vida útil a la fatiga puede verse limitada por la presencia de características microestructurales como las láminas martensíticas y los carburos. La adición de níquel y molibdeno en las calidades Super 13Cr puede aumentar la resistencia a la fatiga al mejorar la tenacidad del material y reducir la probabilidad de iniciación de grietas.

SS 304

Por lo general, el acero inoxidable 304 presenta una mayor resistencia a la fatiga debido a su microestructura austenítica, que le confiere una gran ductilidad y capacidad para soportar cargas cíclicas. La menor resistencia del material en comparación con el acero 13Cr se ve compensada por su excelente capacidad para deformarse plásticamente, lo que ayuda a retrasar la aparición del fallo por fatiga.

Aplicaciones industriales

Industria del petróleo y el gas

El acero 13Cr, sobre todo en su forma Super 13Cr, es muy apreciado en la industria del petróleo y el gas por su solidez y resistencia a la corrosión por CO2. Esto lo hace ideal para su uso en tuberías, revestimientos y herramientas de fondo de pozo, donde son habituales las altas presiones y temperaturas. La capacidad del material para resistir entornos dulces y ligeramente ácidos con bajas presiones parciales de H2S mejora aún más su idoneidad para estas aplicaciones. Por el contrario, el acero inoxidable 304 se utiliza con menos frecuencia en este sector debido a su menor resistencia y susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión inducido por cloruros, lo que lo hace menos idóneo para las duras condiciones que se dan en la extracción y procesamiento de petróleo y gas.

Generación de energía

En la generación de energía, tanto el acero 13Cr como el SS 304 encuentran aplicaciones, aunque sus usos difieren en función de los requisitos específicos. El acero 13Cr se utiliza en turbinas de vapor y tubos de calderas porque conserva su resistencia a altas temperaturas y presiones. El acero inoxidable 304, con su excelente resistencia a la corrosión y su gran ductilidad, se utiliza con frecuencia en componentes sometidos a menos tensión y en entornos en los que predomina la exposición a la humedad y a agentes químicos. Por ejemplo, el acero inoxidable 304 se utiliza habitualmente en tubos de condensadores, intercambiadores de calor y otros componentes de sistemas de refrigeración.

Procesado de alimentos

El acero inoxidable 304 es el preferido en el procesado de alimentos por su excelente resistencia a la corrosión, incluso en condiciones húmedas y ácidas. Su gran ductilidad y conformabilidad facilitan la fabricación de equipos como depósitos, tuberías y superficies de preparación de alimentos. La naturaleza no reactiva del material garantiza que no transmita ningún sabor ni contaminación a los productos alimenticios, lo que lo hace ideal para aplicaciones como la elaboración de productos lácteos, la fabricación de cerveza y el almacenamiento de alimentos. En cambio, el acero 13Cr se utiliza con menos frecuencia en este sector debido a su menor resistencia a los ácidos alimentarios y a su conformabilidad menos favorable en comparación con el SS 304.

Procesado químico

En el procesamiento químico, la selección del material depende en gran medida del entorno químico específico. El acero 13Cr es adecuado para aplicaciones en entornos ricos en CO2 y condiciones de acidez leve, por lo que resulta útil para componentes específicos de plantas químicas en las que se dan estas condiciones. Sin embargo, el acero inoxidable 304 es más versátil y ampliamente utilizado porque resiste muchos tipos de productos químicos. Se utiliza habitualmente en reactores, tanques de almacenamiento y sistemas de tuberías en los que se prevé la exposición a diversos productos químicos. La facilidad de limpieza y mantenimiento del acero inoxidable 304 aumenta aún más su conveniencia en estas aplicaciones.

Aplicaciones marinas

Los entornos marinos son especialmente difíciles debido a la elevada salinidad y a la exposición constante a la humedad. El acero inoxidable 304 se utiliza mucho en aplicaciones marinas por su excelente resistencia a la corrosión en ambientes salinos. Es habitual encontrarlo en componentes como herrajes, fijaciones y accesorios marinos, en los que tanto la resistencia a la corrosión como el atractivo estético son importantes. Aunque el acero 13Cr resiste la corrosión, es menos eficaz que el SS 304 en entornos marinos. Por lo tanto, el acero al 13Cr rara vez se utiliza en aplicaciones marinas, excepto en casos específicos en los que se requiere su alta resistencia y tenacidad, y la exposición al agua salada es limitada.

Coste y disponibilidad

Resumen de costes

Cuando se seleccionan materiales para proyectos que exigen tanto resistencia a la corrosión como durabilidad, el coste es un factor crítico. El acero al carbono 13 suele ser más asequible que el acero inoxidable 304. Dado que el níquel es un elemento de aleación caro, el menor contenido de níquel en el acero al cromo 13 lo hace más asequible, lo que lo convierte en la opción preferida para aplicaciones de bajo presupuesto.

El SS 304, un acero inoxidable austenítico, contiene alrededor de 8% de níquel, que es superior al del acero 13 Cr. El níquel mejora la resistencia a la corrosión y la calidad del SS 304, pero también aumenta su precio. En consecuencia, el acero inoxidable 304 es más caro, pero sus propiedades superiores justifican el coste en aplicaciones en las que la alta resistencia a la corrosión y el atractivo estético son cruciales, como los equipos médicos y de grado alimentario.

Disponibilidad en el mercado

Tanto el acero al cromo 13 como el acero inoxidable 304 están ampliamente disponibles en el mercado, pero sus aplicaciones e industrias de uso varían.

El acero al 13 Cr es fácil de conseguir y se utiliza habitualmente en industrias como las del petróleo y el gas, el procesamiento químico y la minería, con el apoyo de una sólida cadena de producción y suministro.

El acero inoxidable 304 también goza de gran disponibilidad debido a su amplio uso en diversas industrias. Se emplea con frecuencia en el procesamiento de alimentos, equipos médicos y aplicaciones arquitectónicas. La amplia demanda del acero inoxidable 304 garantiza su disponibilidad constante en el mercado, lo que lo convierte en una opción fiable para las industrias que requieren su excepcional resistencia a la corrosión y sus propiedades no reactivas.

Análisis comparativo

Comprender el coste y la disponibilidad del acero al cromo 13 y del acero inoxidable 304 es crucial para tomar decisiones con conocimiento de causa.

• Eficiencia de costes: Para proyectos en los que el presupuesto es una preocupación primordial, el acero al Cr 13 es la opción más económica debido a su menor coste. Su asequibilidad lo hace adecuado para aplicaciones en las que es necesaria una alta resistencia a la corrosión, pero el ahorro de costes también es una prioridad.
• Resistencia a la corrosión y estética: Para proyectos que requieren una resistencia superior a la corrosión, especialmente en entornos ricos en cloruros, y en los que la estética es importante, el acero inoxidable 304 es la mejor opción a pesar de su mayor coste. Sus excelentes propiedades justifican la inversión en industrias como la alimentaria y la médica.
• Industria - Uso específico: El acero al Cr 13 es ideal para aplicaciones en la industria del petróleo y el gas, donde su resistencia mecánica y a la corrosión por CO₂ son ventajosas. Por el contrario, el acero inoxidable 304 es más adecuado para las industrias alimentaria y médica debido a su alta resistencia a la corrosión y su naturaleza no reactiva.

Consideraciones sobre la toma de decisiones

• Limitaciones presupuestarias: Elija el acero al cromo 13 para proyectos con requisitos presupuestarios estrictos en los que se necesita una buena resistencia a la corrosión y una buena resistencia mecánica.
• Alta resistencia a la corrosión: Opte por el acero inoxidable 304 cuando la resistencia superior a la corrosión, especialmente en entornos con cloruros, y el atractivo estético sean cruciales.
• Requisitos del sector: Tenga en cuenta las necesidades específicas de la industria; el acero al Cr 13 es preferible para el petróleo y el gas, mientras que el SS 304 es mejor para el procesamiento de alimentos y las aplicaciones médicas.

Preguntas frecuentes

A continuación encontrará respuestas a algunas preguntas frecuentes:

¿Cuáles son las principales diferencias de resistencia a la corrosión entre el acero al Cr 13 y el acero inoxidable 304?

El Acero 13 Cr es un acero inoxidable martensítico con 12 - 14% de cromo, mientras que el SS 304 es un acero inoxidable austenítico con 18 - 20% de cromo y 8 - 10,5% de níquel. El acero 13 Cr ofrece una excelente resistencia a la corrosión por CO₂, especialmente en entornos de petróleo y gas hasta 150°C (convencional) y 190°C (Super 13Cr). Tiene una resistencia limitada al agrietamiento inducido por H₂S y es susceptible de agrietarse a pH bajo. El acero inoxidable 304 tiene una excelente resistencia general a la corrosión, pero es propenso a las picaduras inducidas por cloruros, la corrosión en grietas y el agrietamiento por corrosión bajo tensión en entornos con alto contenido en cloruros. En general, no se recomienda para entornos agrios con H₂S.

¿Cómo se comparan las propiedades mecánicas del acero al Cr 13 con las del acero inoxidable 304?

13 El acero al Cr y el SS 304 tienen propiedades mecánicas distintas que se adaptan a diferentes aplicaciones industriales.

El acero 13 Cr, un acero inoxidable martensítico, tiene un alto límite elástico que suele oscilar entre 552 y 758 MPa (80.000 y 110.000 psi) y una resistencia a la tracción de 655 a 862 MPa (95.000 a 125.000 psi). Su dureza oscila entre 23 y 32 HRC (Rockwell C). Este acero está diseñado específicamente para soportar entornos de alta presión y es especialmente eficaz en aplicaciones de petróleo y gas debido a su mayor resistencia a la corrosión por CO2.

Por otro lado, el SS 304, un acero inoxidable austenítico, tiene un límite elástico inferior de aproximadamente 30.000 a 35.000 psi (207 a 241 MPa) y una resistencia a la tracción de 73.000 a 85.000 psi (503 a 586 MPa). Su dureza es mucho menor, normalmente de 85 a 95 HRB (Rockwell B). El acero inoxidable 304 es conocido por su excelente resistencia general a la corrosión, sobre todo en entornos con cloruros, y se favorece por su conformabilidad y soldabilidad.

¿Qué industrias suelen utilizar acero al 13 Cr frente a SS 304?

El acero 13Cr se utiliza sobre todo en la industria del petróleo y el gas por su excelente resistencia a la corrosión por CO₂ y su rentabilidad. Se utiliza habitualmente para cabezales de pozo, tuberías y componentes de fondo de pozo. Además, encuentra aplicaciones en la industria química, donde los entornos tienen una baja exposición al cloruro, y en centrales eléctricas para fines específicos de manipulación de vapor y agua en condiciones controladas.

Por otra parte, el acero inoxidable 304 se utiliza ampliamente en diversas industrias debido a su resistencia superior a la corrosión y a su conformabilidad. Es el material preferido en la industria alimentaria para equipos y utensilios debido a sus propiedades higiénicas. En la construcción, el acero inoxidable 304 se utiliza para elementos arquitectónicos y accesorios debido a su durabilidad y atractivo estético. La industria de transformación química también emplea el acero inoxidable 304 para equipos expuestos a diversas sustancias corrosivas, aprovechando sus amplias capacidades de resistencia a la corrosión.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas del acero 13 Cr y del SS 304?

El acero 13Cr y el acero inoxidable SS 304 tienen ventajas y desventajas distintas en función de su composición y propiedades.

El acero 13Cr, un acero inoxidable martensítico, ofrece una gran resistencia y dureza, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes como la industria del petróleo y el gas. Es rentable y funciona bien en entornos de CO₂ hasta temperaturas moderadas. Sin embargo, tiene una resistencia limitada al agrietamiento por tensión de sulfuro y a las picaduras en fluidos oxigenados, y su tenacidad y flexibilidad son inferiores en comparación con el acero inoxidable 304.

Por otro lado, el acero inoxidable 304, un acero inoxidable austenítico, destaca por su resistencia a la corrosión en diversos entornos, incluidas condiciones ricas en cloruros y oxigenadas. Es muy dúctil, resistente y tiene una excelente soldabilidad y conformabilidad, lo que lo hace versátil para aplicaciones en el procesamiento de alimentos, la industria química y la arquitectura. Sin embargo, el acero inoxidable 304 tiene menor resistencia mecánica y es más caro debido a su mayor contenido de níquel. También es susceptible de agrietarse por corrosión bajo tensión en determinados entornos con cloruros.

¿Cómo elegir entre acero al carbono 13 y acero inoxidable 304 para un proyecto específico?

A la hora de elegir entre el acero al cromo 13 y el acero inoxidable 304 para un proyecto, tenga en cuenta varios factores. El acero al cromo 13, una aleación martensítica con cromo 13%, ofrece alta resistencia, dureza y resistencia moderada a la corrosión, especialmente frente al CO₂. Es más resistente al desgaste y más barato, por lo que es ideal para aplicaciones de alto esfuerzo en petróleo y gas, procesamiento químico y minería. Por otro lado, el acero inoxidable 304, un acero austenítico con 18% de cromo y 8% de níquel, tiene una excelente resistencia a la corrosión y al calor, buena ductilidad y es estéticamente atractivo. Es más caro, pero está más disponible y es adecuado para el procesamiento de alimentos, equipos médicos y proyectos arquitectónicos. Por tanto, elija el acero al cromo 13 para los trabajos de gran esfuerzo y desgaste, y el acero inoxidable 304 cuando la estética y la no reactividad sean fundamentales.

¿Existen normas o certificaciones necesarias para utilizar acero al cromo 13 y acero inoxidable 304 en determinadas industrias?

Sí, existen normas y certificaciones para utilizar el acero al cromo 13 y el acero inoxidable 304 en determinados sectores. El acero al cromo 13, un acero inoxidable martensítico utilizado principalmente en la industria del petróleo y el gas, debe cumplir normas como la Especificación API 5CT para productos tubulares, la NACE MR0175/ISO 15156 para servicios ácidos a fin de evitar el agrietamiento por sulfuro y la AMS5506A para chapas y bandas. Los proveedores también suministran materiales con certificaciones ISO. El SS 304, un acero inoxidable austenítico utilizado en la industria alimentaria, química y marina, cumple normas como ASTM A240/A240M y ASTM A276. También cuenta con certificaciones como FDA o 3 - A Sanitary Standards para aplicaciones alimentarias y farmacéuticas.