DX51D+Z vs DX51D+ZF – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros DX51D+Z y DX51D+ZF son aceros de bajo carbono laminados en frío, estrechamente relacionados, ampliamente utilizados para productos planos recubiertos en las industrias automotriz, de electrodomésticos y de la construcción. El dilema práctico de selección para ingenieros y equipos de compras suele centrarse en equilibrar la resistencia a la corrosión y la capacidad de pintado con la conformabilidad y el costo, y en elegir la química del recubrimiento que mejor se adapte a los procesos de unión y acabado. Ambas denominaciones identifican el mismo grado de sustrato DX51D; la distinción fundamental radica en el tipo y las características metalúrgicas del recubrimiento a base de zinc aplicado a la chapa.

Este artículo compara las dos opciones en cuanto a estándares, composición, microestructura y respuesta al tratamiento térmico, propiedades mecánicas, soldabilidad, comportamiento ante la corrosión, comportamiento de fabricación, aplicaciones típicas y consideraciones de adquisición para respaldar decisiones de selección informadas.

1. Normas y designaciones

• EN: DX51D se define como un grado de sustrato en EN 10346 (productos planos de acero recubiertos por inmersión en caliente continua) y normas EN relacionadas para productos laminados en frío utilizados como bases para el recubrimiento.
• JIS/ASTM/ASME/GB: Existen grados equivalentes de acero laminado en frío con bajo contenido de carbono en otras normas (por ejemplo, las familias DC01/DC03 en la nomenclatura EN/ISO o los aceros laminados en frío de baja aleación en JIS/ASTM), pero DX51D menciona las designaciones específicas de recubrimiento EN.
• Designadores de recubrimiento:
• +Z denota un recubrimiento de zinc metálico (capa de zinc galvanizado por inmersión en caliente).
• +ZF denota un recubrimiento de aleación de zinc-hierro (una capa superficial rica en intermetálicos de zinc-hierro producida mediante aleación/difusión durante el proceso de inmersión en caliente, comúnmente conocida como recubrimiento de zinc-hierro).
• Clasificación: El sustrato DX51D es un acero al carbono laminado en frío con bajo contenido de carbono (no inoxidable, no HSLA, no acero para herramientas).

2. Composición química y estrategia de aleación

El sustrato DX51D es un acero laminado en frío de bajo carbono y baja aleación, diseñado para una buena conformabilidad y resistencia adecuada tras el recubrimiento. Su composición típica presenta un contenido de aleación intencionadamente bajo; los valores exactos dependen del fabricante y del espesor de la banda. La siguiente tabla resume rangos típicos representativos, no límites estrictos; verifique siempre los certificados de materiales del proveedor para obtener los valores exactos.

Elemento	Típico (en % peso) — Sustrato DX51D (representativo)
do	hasta aproximadamente 0,12 (normalmente entre 0,03 y 0,12)
Minnesota	~0,20–0,80
Si	trazar hasta ~0,30 (a menudo 0,01–0,30)
PAG	traza, ≤0,04 (normalmente ≤0,035)
S	traza, ≤0,03–0,04
Cr	no añadido intencionadamente (rastro)
Ni	no añadido intencionadamente (rastro)
Mes	no añadido intencionadamente (rastro)
V	no añadido intencionadamente (rastro)
Nótese bien	no añadido intencionadamente (rastro)
Ti	no añadido intencionadamente (rastro)
B	no añadido intencionadamente (rastro)
norte	bajos, controlados (niveles de ppm)

Notas: - El DX51D tiene un contenido deliberadamente bajo de elementos de aleación; su rendimiento mecánico proviene principalmente de la reducción en frío, el endurecimiento por deformación y los ciclos de recubrimiento/recocido, en lugar de adiciones significativas de aleación. La composición química del recubrimiento difiere: el producto +Z presenta una capa de zinc principalmente metálico; el producto +ZF presenta una capa de aleación de zinc-hierro formada por difusión/recocido tras la galvanización en caliente. La microquímica del recubrimiento (intermetálicos de Zn frente a Zn-Fe) es la principal diferencia metalúrgica e influye notablemente en la dureza superficial, la adhesión y el comportamiento tras el procesamiento.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono y el manganeso controlan la resistencia y la templabilidad del acero base; mantener bajo el contenido de carbono preserva la conformabilidad y la soldabilidad. El silicio y el fósforo afectan la desoxidación superficial y el comportamiento del rendimiento; niveles bajos controlados ayudan a evitar la fragilización. - La ausencia de una aleación fuerte reduce la templabilidad; estos aceros son fácilmente soldables y conformables, pero tienen un potencial limitado para aumentar la resistencia a través del espesor mediante tratamiento térmico.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura (típica): - Acero DX51D laminado en frío: matriz ferrítica con granos alargados dispersos y estructura de dislocaciones endurecida por deformación. Tras un recocido continuo (común en chapas recubiertas), la microestructura consiste principalmente en ferrita recristalizada con un tamaño de grano fino optimizado para la ductilidad. - Influencia del recubrimiento: El proceso de inmersión en caliente deposita un recubrimiento y, en el caso +ZF, un paso posterior de aleación/recocido promueve la difusión entre el zinc y el hierro para formar intermetálicos Zn-Fe (por ejemplo, fases zeta, delta) en la interfaz recubrimiento/sustrato.

Efectos del tratamiento/procesamiento térmico: - Recocido de recristalización: restaura la ductilidad en el sustrato y afecta la adherencia del recubrimiento; los recocidos continuos estándar utilizados antes del recubrimiento producen una ferrita blanda y dúctil. - Normalización/templado y revenido: no es típico para el DX51D; el bajo contenido de aleación limita la templabilidad, por lo que las rutas de tratamiento térmico convencionales utilizadas para los aceros HSLA o templados generalmente no se aplican. - Procesamiento termomecánico: las modificaciones en los perfiles de reducción en frío y recocido pueden ajustar las combinaciones de límite elástico/tracción y los valores r (relaciones de deformación plástica) importantes para el rendimiento de la conformación, pero el sustrato sigue siendo un acero ferrítico de baja aleación.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas del acero DX51D recubierto dependen del espesor, la reducción en frío y el recocido final. El recubrimiento en sí contribuye mínimamente a las propiedades mecánicas del material, pero sí afecta a las respuestas superficiales (por ejemplo, el agrietamiento del recubrimiento durante el conformado). Los rangos de propiedades típicos se proporcionan a modo representativo; consulte los certificados de fábrica para conocer los lotes de producción.

Propiedad	Rango típico (sustratos DX51D, representativos)
Resistencia a la tracción (interacción Rp0.2–Rm)	~270–410 MPa
Límite elástico (Rp0.2)	~140–300 MPa
Alargamiento (A%)	~20–35%
Resistencia al impacto (temperatura ambiente)	No está estandarizado; generalmente es adecuado para acero dulce; depende del espesor y la microestructura.
Dureza	De baja a moderada; los valores típicos de HV se correlacionan con el rango de tracción y el trabajo en frío.

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil? - El sustrato base DX51D determina la envolvente mecánica; los recubrimientos +Z y +ZF no cambian materialmente los valores de tracción o límite elástico del material. La ductilidad y la conformabilidad son prácticamente iguales para el sustrato; las diferencias en la conformabilidad práctica se deben a la ductilidad y la adhesión del recubrimiento. Los recubrimientos de zinc puro (+Z) suelen ser más dúctiles durante operaciones de conformado severas que los recubrimientos de aleación ricos en hierro (+ZF), que pueden ser ligeramente más duros y más propensos a la fragmentación del recubrimiento ante deformaciones extremas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del equivalente de carbono del sustrato y del comportamiento del recubrimiento durante la soldadura.

Índices comunes de soldabilidad: - Carbono equivalente (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (sensibilidad a la fisuración por soldadura): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El sustrato DX51D tiene bajo contenido de carbono y bajo contenido de aleación, lo que produce valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ — por lo tanto, el sustrato en sí es fácilmente soldable mediante métodos estándar de fusión y resistencia. - Efectos del recubrimiento: - El +Z (zinc) se vaporiza y puede causar humos de zinc, porosidad y socavación si no se elimina localmente o si no se ajustan los parámetros de soldadura; se requiere ventilación y control de humos. Los recubrimientos +ZF (aleación de zinc-hierro) tienden a ser más ricos en hierro y se adhieren con mayor fuerza; producen menos humos y son más fáciles de soldar sin decapado previo, y a menudo reducen la porosidad en comparación con los recubrimientos de zinc puro. Soldadura por resistencia: La resistencia eléctrica del recubrimiento afecta la soldabilidad por puntos. Los recubrimientos de zinc pueden reducir la vida útil del electrodo y alterar las corrientes de soldadura. Los recubrimientos galvanizados o ZF suelen ofrecer un comportamiento de soldadura por puntos más uniforme debido a una superficie más estable. - La preparación previa a la soldadura (decapado o uso de parámetros adaptados) mitiga los problemas de soldadura relacionados con el recubrimiento.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el DX51D+Z ni el DX51D+ZF son de acero inoxidable; la protección contra la corrosión depende del tipo y el grosor del recubrimiento.
• +Z (zinc): proporciona protección galvánica de sacrificio; el zinc se corroe preferentemente, protegiendo el acero expuesto en arañazos y bordes cortados. Las capas de zinc puro suelen ser más dúctiles y proporcionan una protección de sacrificio robusta.
• +ZF (aleación de zinc-hierro): la capa aleada ofrece una buena protección de barrera y una mejor adherencia de la pintura debido a una superficie más activa en la oxidación y una topografía más rugosa; suele ser mejor para la superposición de capas y la durabilidad del horneado.
• Fórmula PREN (caso de uso en acero inoxidable): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Este índice no es aplicable a los productos DX51D porque son aceros de bajo carbono que no son inoxidables.
• Implicaciones prácticas:
• Para la resistencia a la corrosión en bordes desnudos o cortados, +Z suele ser superior debido a su comportamiento de sacrificio.
• Para sistemas pintados/recubiertos donde la larga vida útil de la pintura y la capacidad de horneado son importantes, +ZF a menudo produce una mejor adhesión de la pintura y un menor riesgo de descamación, mejorando la longevidad del sistema.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Formación:
• Los recubrimientos +Z (zinc metálico) suelen ser más tolerantes en el embutido profundo y el conformado severo porque el recubrimiento es más blando y más dúctil; menor riesgo de fracturas visibles del recubrimiento.
• Los recubrimientos +ZF son más duros y quebradizos en la superficie y pueden desarrollar finas grietas durante dobleces pronunciados o estiramientos; sin embargo, estas grietas suelen estar bien adheridas y son menos visibles después de pintar.
• Corte y cizallado: el tipo de recubrimiento influye ligeramente en la formación de rebabas y el desgaste de la herramienta. Los recubrimientos +ZF pueden aumentar la abrasión de la herramienta en comparación con los +Z.
• Maquinabilidad: ambos se comportan como acero dulce; es necesario considerar los recubrimientos para la adherencia de virutas y la obstrucción de la herramienta.
• Acabado: +ZF ofrece mejor adherencia de la pintura y compatibilidad con el electrochapado y los ciclos de horneado a alta temperatura; +Z puede requerir pretratamientos específicos para un rendimiento óptimo de la pintura.
• Manipulación y almacenamiento: ambos requieren precauciones estándar para evitar daños mecánicos al recubrimiento; +Z puede mostrar arañazos más visibles (pero la protección de sacrificio mantiene el rendimiento anticorrosivo), mientras que el daño +ZF puede aparecer más oscuro y más adherente.

8. Aplicaciones típicas

DX51D+Z (zinc)	DX51D+ZF (aleación de zinc-hierro)
Revestimiento de edificios, cubiertas, canalones (buena protección de bordes cortados)	Paneles exteriores de automóviles donde la adherencia de la pintura y la capacidad de horneado son cruciales
Lámina estructural general para uso exterior, cercas	Cuerpos y componentes de electrodomésticos que se someten a pintura y horneado
Equipos agrícolas, componentes expuestos donde se requiere protección mediante sacrificio	Paneles interiores de automóviles, piezas que requieren soldaduras por puntos fiables y adhesión de recubrimientos
conductos y tuberías de climatización	Bobina prepintada donde se requiere una transferencia y adhesión de pintura uniformes

Justificación de la selección: - Elija +Z cuando se priorice la protección anticorrosión sacrificial y la formabilidad profunda, y cuando la sensibilidad al costo sea importante. - Elija +ZF cuando la pintura posterior, los ciclos de horneado y la consistencia de la soldadura sean importantes; +ZF admite sistemas de pintura robustos y a menudo ofrece una mejor resistencia al desprendimiento de la pintura durante el conformado.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: En la mayoría de los mercados, el DX51D+Z suele ser ligeramente más económico que el DX51D+ZF, ya que este último requiere un paso adicional de aleación/recocido para formar la capa de zinc-hierro. La diferencia de precio exacta depende de los precios del zinc en el mercado y de la capacidad de procesamiento.
• Disponibilidad: Ambos recubrimientos son productos comerciales estándar disponibles en las principales empresas de recubrimiento de bobinas y acerías, en una amplia gama de espesores y pesos de bobina. Los plazos de entrega suelen ser cortos para los calibres comunes; los recubrimientos especiales o los pretratamientos de pintura necesarios pueden prolongar el tiempo de adquisición.

10. Resumen y recomendación

Criterio	DX51D+Z	DX51D+ZF
Soldabilidad (práctica, relacionada con el recubrimiento)	Moderado — precaución por humos/porosidad	Mejor — menos humos, soldaduras por puntos más uniformes
Resistencia-Tenacidad (sustrato)	Igual (controlado por sustrato)	Igual (controlado por sustrato)
Formabilidad (estiramiento severo)	Mejor (recubrimiento más dúctil)	Ligeramente reducido (recubrimiento más duro)
Capacidad de pintado / Horneado	Bueno con tratamiento previo	Superior (mejor adhesión, menos descamación)
Costo	Menor (generalmente)	Ligeramente más alto (adición de procesamiento)

Orientación final: - Elija DX51D+Z si necesita una chapa galvanizada rentable con una fuerte protección anticorrosiva de sacrificio y un comportamiento de recubrimiento dúctil superior para embutición profunda o componentes estructurales expuestos. - Elija DX51D+ZF si su prioridad es la adherencia de la pintura, una soldadura consistente (especialmente la soldadura por resistencia) y un rendimiento de la pintura a largo plazo; demandas comunes en paneles exteriores/interiores de automóviles y aplicaciones de bobinas prepintadas.

Nota final: Debido a que la química del sustrato (DX51D) y las condiciones de procesamiento determinan el comportamiento mecánico, y debido a que los parámetros de recubrimiento varían según el proveedor, siempre solicite certificados de prueba de fábrica, pesos/espesores de recubrimiento y realice pruebas representativas de conformado/soldadura/pintura con el proveedor elegido antes de la aceptación completa de la producción.