GI frente a GA: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El acero galvanizado en caliente (GI) y el acero galvanizado recocido (GA) son dos de los productos de acero recubierto más utilizados en arquitectura, automoción, electrodomésticos y fabricación industrial en general. Al elegir entre estos recubrimientos, los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar prioridades de diseño contrapuestas: resistencia a la corrosión frente a la capacidad de pintado, conformabilidad frente a soldabilidad y coste del componente frente a su vida útil.

La principal distinción técnica es metalúrgica: el acero galvanizado (GI) conserva una capa de zinc relativamente pura en la superficie del acero, mientras que el acero galvanizado con aleación de zinc (GA) ha sido tratado térmicamente para formar una capa de aleación de zinc-hierro en la interfaz. Esta diferencia genera una química superficial, una respuesta mecánica y un comportamiento de acabado posteriores distintos, razón por la cual el GI y el GA se comparan frecuentemente en el diseño de productos y la selección de procesos.

1. Normas y designaciones

Las principales normas y especificaciones que abarcan los aceros galvanizados en caliente y los aceros galvanizados en caliente incluyen:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 / A653M — Lámina de acero, recubierta de zinc (galvanizado) o recubierta de aleación de zinc-hierro (galvanizado) mediante el proceso de inmersión en caliente.
• ASTM A879 / A879M — Chapa de acero galvanizado en caliente, etc. (especificaciones de productos relacionados)
• EN / CEN
• EN 10346 — Productos planos de acero revestidos por inmersión en caliente continua (cubre galvanizado y galvanizado recocido).
• JIS (Japón)
• JIS G3302 — Placas, láminas y tiras de acero galvanizado por inmersión en caliente.
• JIS G3312 / normas relacionadas para formas galvanizadas y galvannealed (la nomenclatura del producto varía).
• GB / China
• GB/T 2518 y GB/T 2519 (y otras) — Referencias comunes para láminas y tiras recubiertas de zinc por inmersión en caliente.

Clasificación: Los recubrimientos GI y GA se aplican a aceros al carbono/de baja aleación laminados en frío. Los aceros base suelen ser de bajo carbono (aceros de carbono dulce/aceros de proceso o aceros sin intersticiales), en lugar de aceros inoxidables, HSLA o para herramientas. Los tipos de recubrimiento se distinguen como zinc (GI) o aleación de zinc-hierro (GA), en lugar de por las diferentes clases metalúrgicas del acero base.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se presenta una comparación representativa de la composición química típica del sustrato de acero utilizado para productos galvanizados (GI) y galvanizados en caliente (GA). Estos son rangos indicativos para aceros comerciales de producción laminados en frío con bajo contenido de carbono, comúnmente elegidos para galvanizado/galvanoil-recocido; la composición real debe obtenerse del certificado de fábrica del proveedor o de la especificación aplicable.

Elemento	Rango típico — Sustrato GI/GA (representativo)
do	0,01 – 0,12 % en peso
Minnesota	0,10 – 0,80 % en peso
Si	0,00 – 0,30 % en peso
PAG	≤ 0,05 % en peso (control típico)
S	≤ 0,02 % en peso (control típico)
Cr	rastro – a menudo añadido de forma no intencionada
Ni	rastro – normalmente no se añade
Mes	rastro – normalmente no se añade
V	trazas – posible en variantes microaleadas
Nb (Cb)	trazas – posible en aceros microaleados de mayor resistencia
Ti	trazas – posible en aceros libres de intersticiales / estabilizados
B	trazas (ppm) – utilizado en algunos grados HSLA
norte	controlado a bajas ppm en aceros IF

Notas sobre la estrategia de aleación: - Para GI/GA, el sustrato suele ser un acero de bajo carbono para preservar la conformabilidad y limitar el agrietamiento inducido por hidrógeno durante el recubrimiento y el postprocesamiento. - La microaleación (Nb, V, Ti) se utiliza selectivamente para lograr una mayor resistencia a través de la precipitación, a menudo en líneas de productos específicas (por ejemplo, aceros comerciales de alta resistencia) en lugar de en aceros comerciales estándar GI/GA. - La química del recubrimiento difiere: el GI retiene zinc mayoritariamente metálico con una pequeña absorción de Fe en la interfaz; el GA se produce mediante recocido al aire después de la galvanización para promover la interdifusión de Fe y Zn, formando fases intermetálicas de zinc-hierro (por ejemplo, fases Γ, δ, ζ dependiendo del proceso).

Cómo afecta la aleación a las propiedades: El carbono y el manganeso controlan principalmente la resistencia a la tracción y la templabilidad; niveles más altos aumentan la resistencia pero reducen la conformabilidad y la soldabilidad. - El Si y el P pueden acelerar las reacciones de galvanización (el Si es un elemento reactor de galvanización bien conocido) y afectar la adhesión y el espesor del recubrimiento. - Los elementos de microaleación (Nb, V, Ti) aumentan la resistencia y pueden afectar la soldabilidad y la conformabilidad si están presentes en cantidades significativas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras: - Sustrato (tanto GI como GA): microestructura de acero ferrítico de bajo carbono laminado en caliente/laminado en frío con perlita generalmente mínima o ausente en aceros de muy bajo carbono; las variantes microaleadas pueden contener precipitados finos. - Microestructura del recubrimiento GI: principalmente zinc metálico con una fina capa de difusión rica en hierro adyacente al acero; la capa exterior de zinc es relativamente blanda, dúctil y libre de grandes capas de compuestos intermetálicos. Microestructura del recubrimiento GA: capa continua de aleación de zinc-hierro obtenida mediante recocido posterior al galvanizado en caliente. Esta capa contiene fases intermetálicas con mayor contenido de hierro y es más dura y quebradiza que la capa superior de zinc puro.

Tratamiento térmico / rutas de proceso: Galvanizado (GI): el acero se limpia, se le aplica fundente y se sumerge en un baño de zinc fundido; al enfriarse se forma una capa exterior predominantemente de zinc puro. No se aplica ningún tratamiento térmico de aleación después de la inmersión. Galvanizado (GA): tras el proceso de inmersión en caliente, la banda recubierta se recoce al aire o en atmósfera oxidante (normalmente en una línea continua). El recocido favorece la difusión entre el Zn y el Fe para producir el recubrimiento aleado. La temperatura, el tiempo y la velocidad de la línea de recocido controlan el espesor de la capa de aleación y su composición de fases.

Efectos del procesamiento: - El recocido GA puede templar ligeramente el sustrato de acero (dependiendo de la temperatura/tiempo) y puede homogeneizar las tensiones residuales del trabajo en frío previo; estos ciclos térmicos pueden afectar marginalmente las propiedades mecánicas. Los tratamientos termomecánicos del sustrato (por ejemplo, laminación controlada o TMCP) son relevantes cuando se requieren productos GI/GA de mayor resistencia; el proceso de recubrimiento debe ajustarse para evitar defectos en el recubrimiento.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los productos recubiertos dependen principalmente de las especificaciones del sustrato y de cualquier procesamiento posterior al recubrimiento. El recubrimiento en sí contribuye mínimamente al comportamiento a tracción del material, pero influye notablemente en el comportamiento local ante la flexión, el conformado y la dureza superficial.

Propiedad	GI típico (recubierto de zinc por inmersión en caliente)	GA típico (galvanizado)
Resistencia a la tracción (UTS)	Depende del sustrato (por ejemplo, 270–420 MPa para grados comerciales comunes)	Mismo rango dependiente del sustrato
Límite elástico (0,2% de deformación)	Dependiente del sustrato (p. ej., 140–350 MPa)	Mismo rango dependiente del sustrato
Alargamiento (A%)	Dependiente del sustrato (p. ej., 20–35%)	Depende del sustrato, pero el GA puede mostrar una menor ductilidad local en la superficie.
resistencia al impacto	Depende del sustrato; el recubrimiento tiene un efecto volumétrico mínimo.	Tenacidad volumétrica similar; la fragilidad del recubrimiento puede influir en el comportamiento ante entalladuras en los bordes.
Dureza superficial	Capa superior de zinc blando (baja tensión superficial)	Capa de aleación de zinc-hierro más dura y quebradiza (mayor dureza superficial)

Interpretación: En cuanto al comportamiento mecánico general, las piezas galvanizadas (GI) y las galvanizadas (GA) presentan un comportamiento similar cuando el grado de acero subyacente es idéntico. Las diferencias surgen en la interfaz recubrimiento/sustrato: los recubrimientos GA son más duros y quebradizos, lo que puede reducir la conformabilidad local y aumentar la propensión al agrietamiento del recubrimiento durante el doblado brusco o el estirado intenso. - La capa de aleación de GA proporciona una mayor dureza superficial y una mejor adherencia de la pintura, pero puede comprometer los radios de curvatura y la ductilidad de los bordes en comparación con GI.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende de la química del sustrato, el tipo de recubrimiento y el control del proceso.

Influencias clave: El contenido de carbono base y la aleación combinada controlan la susceptibilidad al agrietamiento en frío y la templabilidad. Mayor contenido de carbono y aleación implica mayor necesidad de precalentamiento/postcalentamiento. - El tipo de recubrimiento afecta a la soldadura por puntos y por arco: - GI (exterior de zinc): el zinc se vaporiza al calentarse, lo que produce porosidad, salpicaduras y posible fragilización en la zona de soldadura; se requiere protección y ajustes del proceso. - GA (aleación de zinc-hierro): la capa de aleación tiende a ser más estable durante la soldadura por puntos de resistencia y puede producir una mejor formación del núcleo en comparación con GI, pero el contenido local de aleación (Fe-Zn) influye en el comportamiento de la fusión.

Índices útiles de soldabilidad: - Equivalente de carbono (forma IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM (predictor de fisuras en soldaduras): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: Utilice estas fórmulas para evaluar la necesidad de precalentamiento, control de temperatura entre pasadas o tratamiento térmico posterior a la soldadura. Tanto para aceros galvanizados como para aceros galvanizados en caliente, valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más sencilla. En la práctica, para solucionar los problemas de soldadura relacionados con el zinc, se recurre a la eliminación del recubrimiento o a parámetros de soldadura personalizados (menor corriente, ciclo más rápido, soldadura por puntos con descarga de condensador para acero galvanizado). La soldadura por arco eléctrico suele ofrecer una mayor uniformidad en la soldadura por puntos por resistencia gracias a la capa de aleación, pero aun así es necesario controlar los efectos del vapor de zinc.

6. Corrosión y protección de superficies

Los aceros sin recubrimiento inoxidable dependen de la protección mediante una capa de zinc de sacrificio. Las diferencias en el comportamiento frente a la corrosión y en el acabado se deben a la morfología y la composición química del recubrimiento.

• GI (zinc por inmersión en caliente): el zinc metálico exterior proporciona una excelente protección galvánica; la capa exterior de zinc puro se corroe preferentemente y forma productos de corrosión de zinc protectores (por ejemplo, hidroxicarbonato de zinc) en muchas atmósferas.
• GA (galvanizado): la capa de aleación de zinc-hierro proporciona una protección galvánica similar a la del GI, pero con características de productos de corrosión diferentes. La superficie aleada tiende a favorecer una buena adherencia de la pintura y un comportamiento de oxidación superficial controlado, lo que suele ser beneficioso para el pintado posterior.

Aceros inoxidables: Si se está considerando el uso de acero inoxidable, utilice PREN para una mayor resistencia a la corrosión localizada: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no es aplicable a GI/GA porque se trata de aceros al carbono con recubrimientos a base de zinc.

Cuando los índices no son aplicables: - No aplique PREN a aceros galvanizados; en su lugar, evalúe la clase ambiental esperada, el espesor del recubrimiento de zinc (g/m^2 o μm) y cualquier sistema de pasivación o pintura posterior al recubrimiento.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

El comportamiento de formación y finalización diverge significativamente:

Formabilidad: - GI: El zinc exterior, más dúctil, permite radios de curvatura más ajustados y una mejor conformabilidad por estiramiento, con menor riesgo de fractura del recubrimiento. Sin embargo, un conformado intenso puede adelgazar o romper la capa de zinc, dejando el acero al descubierto. - GA: la capa de aleación es más dura y quebradiza, lo que aumenta el riesgo de que el recubrimiento se agriete, se pulverice o se descascare durante procesos de conformado severos. El GA suele restringirse a aplicaciones con conformado moderado o donde se requiere pintura.

Doblar y hacer dobladillos: - El GI tolera radios de curvatura más pequeños y operaciones de dobladillo más severas sin una pérdida significativa de recubrimiento. - GA requiere radios de curvatura más suaves y herramientas optimizadas para evitar fallos en el recubrimiento.

Maquinabilidad: Ambos productos se mecanizan principalmente como acero base; el recubrimiento influye en el desgaste de las herramientas y en las variaciones del acabado superficial. La mayor dureza superficial del GA puede aumentar el desgaste abrasivo de las herramientas de corte; el GI tiende a ser menos abrasivo.

Refinamiento: Se prefiere el GA cuando la adherencia posterior de la pintura es fundamental, ya que su superficie rica en hierro proporciona una mejor unión química y reduce el escurrimiento durante los procesos de fosfatado/pretratamiento. El GI generalmente requiere recubrimientos de conversión o pretratamiento para lograr una adherencia de pintura equivalente.

8. Aplicaciones típicas

GI (recubierto de zinc por inmersión en caliente)	GA (Galvannealed)
Techos y revestimientos, canalones, elementos estructurales exteriores donde la resistencia a la corrosión y el bajo coste son factores determinantes.	Paneles de carrocería de automóviles (estructuras internas, algunos paneles exteriores prepintados), piezas de electrodomésticos donde la capacidad de pintura y la soldadura por puntos son críticas
Equipos agrícolas, cercas, postes de señalización	Piezas que requieren una adherencia uniforme de la pintura y posterior electrodeposición (e-coat).
Chapa metálica industrial general donde se requiere flexibilidad y protección galvánica en campo	Componentes que deben soldarse (soldadura por puntos de resistencia) y luego pintarse, y donde la calidad del borde y la apariencia de la pintura son importantes.

Justificación de la selección: - Elija GI cuando la protección anticorrosiva sacrificial, la rentabilidad y la ductilidad de conformación sean la prioridad. - Elija GA cuando se prioricen los sistemas de pintura posteriores, la uniformidad de la superficie y la compatibilidad de soldadura/ensamblaje, incluso con un costo de recubrimiento ligeramente mayor y límites de conformado reducidos.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero galvanizado (GI) suele ser la opción más económica porque omite la etapa de recocido/aleación que produce el acero galvanizado (GA). El GA añade procesamiento (recocido en línea) y un control químico/de línea más estricto, lo que conlleva un ligero sobrecoste.
• Disponibilidad: Tanto el acero galvanizado (GI) como el acero galvanizado (GA) están ampliamente disponibles a nivel mundial en láminas, bobinas y con diversos gramajes de recubrimiento. La disponibilidad del GA puede ser menor en algunos mercados regionales o para determinados gramajes/grados de recubrimiento debido a la capacidad de las líneas de producción; el departamento de compras debe verificar los plazos de entrega y las cantidades mínimas de pedido.
• Formatos del producto: las bobinas y las láminas cortadas a medida son comunes para ambos; los productos prepintados pueden utilizar GA o GI tratado según el proceso de pintura.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen

Atributo	soldado americano	Georgia
Soldabilidad (general)	Buen manejo de los controles de proceso; problemas con el vapor de zinc en la soldadura por arco.	Mayor consistencia en la soldadura por puntos de resistencia; la capa de aleación influye en la fusión.
Resistencia-Tenacidad (sustrato)	Depende del sustrato; el recubrimiento es blando.	Mismo sustrato; recubrimiento más duro en la superficie
Costo	Inferior (sin etapa de recocido/aleación)	Mayor (recocido/procesamiento adicional)

Recomendaciones finales Elija acero galvanizado si necesita una protección anticorrosiva rentable y de sacrificio, con una excelente capacidad de doblado y conformado (por ejemplo, para techos, estructuras exteriores y componentes con formas complejas). El acero galvanizado es la opción práctica por defecto cuando se requieren radios de curvatura reducidos o conformados severos, y la pintura es opcional o se aplica en obra. Elija GA si necesita una excelente adherencia de la pintura, un aspecto uniforme tras el recubrimiento y un mejor comportamiento en la soldadura por puntos de resistencia, común en la fabricación de automóviles y electrodomésticos. GA es preferible cuando el proceso de acabado posterior (electrodeposición, pintura en polvo, horneado) y la uniformidad de la superficie son factores determinantes del diseño.

Nota final: GI y GA no son grados de acero alternativos en el sentido metalúrgico, sino opciones distintas de recubrimiento/proceso aplicadas a sustratos de acero de bajo carbono. La elección correcta debe basarse en una evaluación integral de la severidad del conformado, la vida útil requerida frente a la corrosión, los métodos de soldadura/unión, los requisitos de pintura/acabado y el coste total del ciclo de vida. Al finalizar las especificaciones, solicite a los proveedores los certificados de fábrica y los datos del proceso de recubrimiento para validar la masa de recubrimiento (g/m²), la composición de fases (para GA) y los parámetros de la línea.