Galvalume frente a acero galvanizado: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El galvalume y el acero galvanizado son dos de los productos de acero al carbono recubiertos más comunes en la construcción, la fabricación de electrodomésticos y la fabricación en general. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción evalúan habitualmente la protección contra la corrosión, el costo, la conformabilidad y el rendimiento de la unión al elegir entre ellos. Algunos ejemplos típicos de estas decisiones son: la selección de un panel de techo para un edificio costero (resistencia a la corrosión frente a protección de bordes), la especificación de chapa estructural para líneas de fabricación (soldabilidad y pintabilidad) y la elección de material para revestimientos de larga duración (costo inicial frente a mantenimiento a lo largo de su vida útil).

La principal diferencia entre ambos radica en el sistema de recubrimiento aplicado al acero al carbono base. Uno utiliza un recubrimiento de zinc puro que proporciona protección galvánica (de sacrificio), mientras que el otro utiliza un recubrimiento de aleación de aluminio-zinc que prioriza la protección de barrera complementada con acción galvánica. Dado que ambos productos son versiones recubiertas de sustratos de acero al carbono similares, las comparaciones se centran en la química y el rendimiento del recubrimiento, más que en un cambio en la metalurgia del acero del sustrato.

1. Normas y designaciones

Entre las familias de normas y especificaciones internacionales representativas que rigen los productos de acero plano revestido se incluyen:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 — Recubrimientos galvanizados en caliente y galvanizados-aluminizados (Z) y galvanizado-recocidos sobre chapa laminada en frío (variantes Z, AZ, GA).
• ASTM A792 — Lámina de acero, recubierta con aleación de aluminio-zinc al 55 % (comúnmente referenciada para Galvalume/AZ55).
• EN (Europeo)
• EN 10346 — Productos planos de acero revestidos por inmersión en caliente continua (abarca los revestimientos de Zn y Al-Zn y sus clasificaciones).
• JIS (japonés)
• JIS G3302 — Chapa y fleje de acero galvanizado en caliente (recubrimientos de zinc).
• JIS G3321 — Aceros recubiertos con aleación de aluminio-zinc (recubrimientos Al-Zn).
• Normas nacionales GB/China
• Especificaciones de la serie GB/T para aceros recubiertos por inmersión en caliente (abarca tanto productos recubiertos con Zn como con Al-Zn).

Clasificación: Tanto los productos Galvalume como los galvanizados son aceros al carbono recubiertos (no inoxidables, para herramientas ni HSLA en el sentido de la designación de aleación). Los sustratos base suelen ser aceros de bajo carbono laminados en frío o en caliente; los productos recubiertos de mayor resistencia pueden fabricarse utilizando sustratos HSLA o microaleados, pero siguen siendo productos de acero al carbono recubiertos.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los aceros recubiertos se especifican según la química del sustrato y la composición del recubrimiento. La química del recubrimiento es la diferencia determinante:

• Galvanizado: el recubrimiento es esencialmente zinc metálico (Zn) o zinc con pequeñas adiciones/variaciones (por ejemplo, el galvanizado recocido es una aleación de Zn-Fe en la superficie).
• Galvalume (típico AZ55): nominalmente 55% Al / 43,4% Zn / 1,6% Si en peso en la aleación de recubrimiento (la familia “AZ”; la aleación rica en Al forma una barrera estable de Al2O3).

Tabla — Rangos típicos de composición química del sustrato (en % peso) para aceros al carbono recubiertos comerciales (nota: la composición exacta depende del grado y de las prácticas de la fábrica):

Elemento	Rango típico (en % peso)	Comentario
do	0,02 – 0,12	Bajo contenido de carbono para preservar la conformabilidad y la soldabilidad
Minnesota	0,10 – 1,50	control de resistencia y templabilidad
Si	≤ 0,30 (a menudo <0,10)	Desoxidación; un mayor contenido de Si puede afectar la adhesión del recubrimiento.
PAG	≤ 0,04	Impureza; se mantiene baja para favorecer la ductilidad y el conformado.
S	≤ 0,05	Controlado para facilitar el mecanizado; los sulfuros afectan la calidad de la superficie.
Cr	traza – 0,30	Aleación menor en algunos grados
Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	rastro – pequeñas adiciones	Se utiliza en aceros HSLA o microaleados; a menudo no está presente en sustratos comerciales estándar.

Cómo afecta la estrategia de aleación al rendimiento: - El carbono y el manganeso determinan principalmente la resistencia base y la templabilidad; un mayor contenido de C y Mn aumenta la resistencia pero reduce la soldabilidad y la conformabilidad. El silicio y el fósforo influyen en la química de la superficie y en la adhesión del recubrimiento; un nivel muy alto de Si puede producir acero “desactivado por silicio” que altera la humectación del recubrimiento. - La microaleación (Nb, V, Ti) aumenta la resistencia mediante la precipitación y el control del tamaño de grano, pero puede complicar el conformado y la soldadura si se utiliza sin controles de proceso.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: Los productos recubiertos típicos utilizan sustratos de ferrita-perlita o ferrita-bainita de bajo carbono, según el nivel de resistencia y el proceso de fabricación. Los sustratos laminados en frío, diseñados para una buena conformabilidad, suelen ser totalmente ferríticos con ferrita poligonal y perlita muy fina, o totalmente ferríticos en algunos grados de baja resistencia. - Para productos recubiertos de mayor resistencia, la microaleación y el laminado controlado pueden producir ferrita refinada con carburos/nitruros dispersos (características HSLA).

Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento: La aplicación del recubrimiento se realiza generalmente mediante inmersión continua en caliente (tanto para Zn como para Al-Zn), donde la tira pasa a través de un baño fundido y luego se enfría al aire o mediante enfriamiento forzado. La composición química del baño y el enfriamiento controlan el crecimiento de la capa intermetálica. - El recocido y el revenido previos al recubrimiento establecen la microestructura y las propiedades mecánicas del sustrato; la exposición térmica posterior al recubrimiento (por ejemplo, el galvanizado) puede producir capas de difusión localizadas (intermetálicos de Zn-Fe). - La normalización es poco común en láminas recubiertas de calibre delgado; el temple y revenido o los tratamientos térmicos intensos son típicos solo cuando el grado del sustrato exige mayor resistencia, en cuyo caso deben gestionarse las consideraciones de recubrimiento (estabilidad térmica del recubrimiento, difusión). - En el caso del Galvalume, el contenido de Al forma una capa protectora intermetálica/intermezclada de Al-Fe en la interfaz acero/recubrimiento; en el caso de los recubrimientos galvanizados, se forman capas intermetálicas de Fe-Zn (por ejemplo, fases Gamma y Delta) que influyen en la adhesión y la fragilidad.

4. Propiedades mecánicas

Dado que los productos galvanizados y de galvalume comparten sustratos similares, sus propiedades mecánicas vienen determinadas principalmente por el acero base y el proceso de fabricación. Los recubrimientos contribuyen mínimamente a la resistencia a la tracción y al límite elástico, pero influyen en la iniciación de fracturas superficiales (por ejemplo, grietas en el recubrimiento durante el conformado).

Tabla — Rangos típicos de propiedades mecánicas para aceros al carbono laminados en frío recubiertos comercialmente (indicativos; dependen del grado y temple del sustrato):

Propiedad	Rango típico	Notas
Resistencia a la tracción (Rm)	270 – 450 MPa	Valores más altos posibles para los sustratos HSLA
Límite elástico (Rp0.2 o ReH)	140 – 350 MPa	Depende del grado (comercial o de alta resistencia).
Alargamiento (A%)	15 – 40%	El tipo de recubrimiento tiene un efecto directo mínimo.
Tenacidad al impacto	De moderado a bueno (depende de la temperatura)	Determinada por la microestructura del sustrato
Dureza	de baja a moderada (HV en relación con el sustrato)	La dureza del recubrimiento varía; el recubrimiento de galvalume puede ser más duro que el zinc puro.

Interpretación: Ninguno de los recubrimientos modifica sustancialmente la resistencia del núcleo; elija el grado del sustrato que cumpla con los requisitos estructurales. - La elección del recubrimiento afecta la tenacidad de la superficie y la susceptibilidad al agrietamiento del recubrimiento durante la flexión: los recubrimientos de galvalume son típicamente más duros y pueden mostrar un agrietamiento más visible en curvas pronunciadas que los recubrimientos de Zn dúctiles.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad están dominadas por la química del sustrato y el comportamiento del recubrimiento bajo calor:

• Eliminación del recubrimiento en la zona de soldadura: ambos recubrimientos se queman o se desplazan en la zona de fusión y pueden producir humos; se requiere una limpieza previa y una extracción de humos adecuada.
• El nivel de carbono y la aleación del sustrato determinan la templabilidad y la susceptibilidad al agrietamiento en frío. Utilice métricas de carbono equivalente aceptadas para evaluar los requisitos de precalentamiento/aporte de calor.

Índices útiles de soldabilidad (ejemplos): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Los sustratos de bajo carbono y baja aleación utilizados para láminas recubiertas generalmente producen valores bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, lo que indica una buena soldabilidad general con procesos estándar (GMAW, SMAW, soldadura por resistencia). - El recubrimiento de Al-Zn del galvalume puede crear óxidos de aluminio refractarios y aumentar las salpicaduras/humos; los parámetros de soldadura y limpieza difieren ligeramente de los productos galvanizados (Zn). - Los recubrimientos galvanizados proporcionan una mayor protección anticorrosiva en los bordes cortados, pero pueden aumentar el riesgo de porosidad si el Zn se vaporiza durante los procesos a altas temperaturas; se requieren procedimientos de soldadura y ventilación adecuados.

6. Corrosión y protección de superficies

Mecanismos de protección: Galvanizado (recubrimiento de zinc): la protección principal es galvánica (de sacrificio): el zinc se corroe preferentemente y proporciona protección catódica al acero expuesto en arañazos y bordes cortados. Con el tiempo, los productos de corrosión del zinc se adhieren y proporcionan cierta barrera. - Galvalume (recubrimiento de aleación Al-Zn): la protección primaria es una densa barrera de óxido de aluminio formada en la superficie, que resiste la corrosión; el componente de zinc ofrece protección galvánica secundaria donde se produce una rotura del recubrimiento.

Cuando las propiedades del acero inoxidable son relevantes, se utiliza PREN para estimar la resistencia a la corrosión por picaduras: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Nota: PREN no es aplicable a los aceros al carbono sin recubrimiento inoxidable; se incluye como indicador de referencia para acero inoxidable.

Implicaciones prácticas: - Exposición atmosférica: El galvalume generalmente presenta una resistencia superior a la corrosión atmosférica general y una mayor durabilidad para revestimientos de techos y paredes en muchos entornos. - Daños en los bordes y mecánicos: Los recubrimientos galvanizados suelen ofrecer una mejor protección contra impactos en los bordes cortados y arañazos profundos porque el zinc es más anódico. En ambientes marinos y altamente corrosivos, ninguno de los recubrimientos iguala al acero inoxidable; el galvalume suele ofrecer un mejor rendimiento que el zinc en ciertas atmósferas marinas, pero deben considerarse los efectos galvánicos localizados y los daños mecánicos. La selección del material debe basarse en pruebas de corrosión específicas o en el historial de servicio.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y cizallado: ambos procesos tienen un rendimiento similar; el recubrimiento más duro del Galvalume puede producir un desgaste ligeramente mayor de la herramienta y una formación de rebabas diferente.
• Conformado y doblado: Los recubrimientos galvanizados (Zn puro) suelen ser más dúctiles y resisten mejor el agrietamiento visible en curvas pronunciadas que los recubrimientos de Al-Zn. El doblado con radios de curvatura reducidos puede requerir lubricación y un diseño cuidadoso de la matriz para Galvalume, a fin de evitar la fractura del recubrimiento.
• Punzonado y estampado: El galvalume puede producir un desprendimiento de recubrimiento más pronunciado si las herramientas no están optimizadas; el galvanneal (aleación de zinc y hierro) puede proporcionar una mejor adherencia de la pintura para el acabado posterior.
• Pintura y acabado: la adherencia de la pintura depende del tratamiento previo de la superficie. Las superficies galvanizadas y las de zinc pretratadas suelen ofrecer una adherencia superior de la pintura; el galvalume generalmente se pinta bien si se trata adecuadamente y puede requerir un tratamiento químico diferente.

8. Aplicaciones típicas

Galvalume (recubierto de Al-Zn)	Galvanizado (recubierto de zinc)
Paneles para techos y revestimientos donde se valora la larga vida útil y la protección de barrera.	Elementos estructurales, armazón, fijaciones, canalones donde la protección de bordes de sacrificio es importante
Servicio a alta temperatura (propiedades reflectantes del calor de la capa de Al)	Vallas, correas, montantes y perfiles conformados en frío
Carcasas de electrodomésticos y conductos de climatización donde la resistencia a la corrosión y la apariencia importan	Paneles interiores de automóviles, componentes del chasis (a menudo galvanizados para facilitar su pintura)
Edificios industriales, almacenes y estructuras agrícolas	Chapas metálicas, tuberías y tubos de uso general, económicos y ampliamente disponibles.

Justificación de la selección: - Elija Galvalume cuando la resistencia a la corrosión atmosférica a largo plazo y la reflectividad térmica sean importantes y donde los bordes puedan detallarse para evitar la exposición rápida a elementos corrosivos. - Elija el material galvanizado cuando el costo y la protección de sacrificio en los bordes cortados, los sujetadores o las áreas sujetas a daños mecánicos sean consideraciones predominantes.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Los productos galvanizados (Z) suelen ser menos costosos por unidad de superficie que los de galvalume (AZ55) debido al coste del aluminio en el recubrimiento. Los precios reales fluctúan según las condiciones del mercado del zinc y el aluminio.
• Disponibilidad: Ambos recubrimientos están ampliamente disponibles en bobinas, láminas, paneles y productos prepintados en todo el mundo. El galvanizado es históricamente el más común y suele encontrarse con mayor facilidad en algunos formatos básicos; el galvalume se utiliza habitualmente en los mercados de techos y revestimientos.
• Formatos del producto: bobinas, láminas, paneles prepintados recubiertos con bobina, bobinas para techos y perfiles conformados. Los plazos de entrega suelen ser cortos para calibres y anchos estándar, y más largos para aleaciones especiales o acabados prepintados.

10. Resumen y recomendación

Tabla — Resumen comparativo (cualitativo)

Métrico	Galvalume (Al–Zn)	Galvanizado (Zn)
Soldabilidad	Bueno (requiere atención a los vapores relacionados con el aluminio)	Buen manejo (se necesita control de vapores/humos de zinc)
Resistencia-Tenacidad (controlada por el sustrato)	Similar (la elección del sustrato es determinante)	Similar (la elección del sustrato es determinante)
Resistencia a la corrosión (atmosférica general)	Mayor (barrera + galvánica)	Buena (fuerte protección sacrificial)
Protección de bordes/cortes	Moderado (menos sacrificable en los bordes)	Mejor (protección sacrificial en los bordes expuestos)
Formabilidad / flexibilidad	Moderado (recubrimiento más duro; cuidado con los radios pequeños)	Mejor (recubrimiento más dúctil)
Costo	Mayor (Al en el recubrimiento)	Menor (generalmente económico)

Elija Galvalume si: - La resistencia a la corrosión atmosférica a largo plazo y la estética de los techos, revestimientos o cubiertas de electrodomésticos son prioritarias. Se busca una reflectividad térmica o una protección de barrera superior, y los detalles minimizan la exposición prolongada de los bordes cortados. - Se acepta un coste de materiales ligeramente superior a cambio de una mayor vida útil.

Elija Galvanizado si: La sensibilidad al coste, la protección sacrificial en los bordes de corte o la manipulación mecánica pesada dominan los criterios de selección. - Sus aplicaciones incluyen estructuras, fijaciones o láminas de uso general donde la conformabilidad y la protección de los bordes son importantes. La omnipresencia de la cadena de suministro y el bajo coste de capital son factores determinantes importantes.

Nota final: Dado que el rendimiento mecánico depende principalmente del sustrato, especifique siempre el grado y temple correctos del acero base para los requisitos estructurales, así como el peso/espesor del recubrimiento y los tratamientos posteriores (pintura, pasivación, galvanizado) para cumplir con los requisitos de corrosión y fabricación. En caso de duda, solicite pruebas de corrosión comparativas para la clase de exposición prevista y confirme la compatibilidad de la soldadura/proceso con su fabricante.