Z100 vs Z180 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las designaciones Z100 y Z180 son comunes en la cadena de suministro de acero laminado en frío y en caliente cuando los materiales se entregan con un recubrimiento de zinc por inmersión en caliente. La elección entre ambas es un dilema recurrente para ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción: ¿priorizar un menor costo del material y una mayor facilidad de conformado, o una mayor protección anticorrosiva y una vida útil más prolongada? Las decisiones suelen equilibrar la exposición a la corrosión, los requisitos de conformado/soldadura, el acabado y la durabilidad del recubrimiento con el costo unitario y la disponibilidad.

En esencia, ambas denominaciones se diferencian en la cantidad de zinc aplicada a la superficie del acero: una tiene un recubrimiento de zinc más ligero, mientras que la otra presenta una mayor cantidad de zinc por unidad de área. Dado que estas etiquetas describen la masa del recubrimiento superficial en lugar de las diferentes aleaciones base, suelen compararse cuando se ofrece la misma composición química y grado mecánico del acero base con diferentes cantidades de recubrimiento de zinc.

1. Normas y designaciones

Entre las normas y especificaciones internacionales comunes que abarcan el acero galvanizado en caliente y la forma en que se designan los recubrimientos se incluyen: - ASTM A653 / A653M y ASTM A792 (recubrimientos de zinc y aleación de zinc sobre chapa de acero, normalmente con designaciones G). - EN 10346 (productos planos con recubrimiento continuo de zinc por inmersión en caliente) y documentos EN/ISO relacionados (algunos utilizan prefijos Z para indicar la masa del recubrimiento). - Normas JIS para recubrimientos de zinc (en la práctica japonesa se suele utilizar la nomenclatura estilo Z). - Normas nacionales como las especificaciones chinas GB/T para galvanizado en caliente y acero galvanizado.

Nota importante: Z100 y Z180 no son grados de aleación de acero (al carbono, HSLA, para herramientas o inoxidable); se refieren a la masa del recubrimiento de zinc sobre un sustrato. El sustrato suele ser acero al carbono o de baja aleación laminado en frío o en caliente (no inoxidable). La especificación del acero subyacente (por ejemplo, laminado en frío de calidad comercial, para embutición o estructural) debe leerse junto con la designación del recubrimiento.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	Z100	Z180
do	No aplicable al recubrimiento; composición del sustrato según la calidad del acero solicitada	No aplicable al recubrimiento; composición del sustrato según la calidad del acero solicitada
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Comentarios: La tabla incluye intencionadamente la indicación «No aplicable al recubrimiento» porque Z100 y Z180 denotan la masa del recubrimiento de zinc (masa de zinc por unidad de área) y no la composición química del metal base. La composición química del sustrato viene determinada por la calidad del acero especificada (por ejemplo, SPCC, DC01, S235, etc.). Los aceros base típicos utilizados para la galvanización en caliente son aceros al carbono o de baja aleación, con un contenido de carbono y aleación controlado para cumplir los requisitos mecánicos y de conformabilidad. La estrategia de aleación para el sustrato (C, Mn, Si, elementos de microaleación) se centra principalmente en la resistencia, la templabilidad, la conformabilidad y la respuesta al revenido; el recubrimiento de zinc en sí es esencialmente Zn metálico con pequeñas adiciones ocasionales de aleación (por ejemplo, aluminio en Galfan o recubrimientos de zinc-aluminio) introducidas para controlar la morfología y la adherencia del recubrimiento.

Cómo afecta la aleación al rendimiento (perspectiva del sustrato): - El aumento del carbono y la microaleación (V, Nb, Ti) incrementa la resistencia a la fluencia y a la tracción, pero reduce la soldabilidad y puede aumentar la susceptibilidad al agrietamiento por hidrógeno si no se controla. Los niveles de silicio y fósforo influyen en la reactividad de la superficie del acero en el baño de galvanizado y, por lo tanto, en la morfología del recubrimiento resultante y en la uniformidad de su espesor. - La masa del recubrimiento de zinc (más ligero o más pesado) afecta la vida útil contra la corrosión y la protección de los bordes, pero no cambia la resistencia intrínseca del sustrato.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura del sustrato: Los recubrimientos Z100 y Z180 se aplican a aceros cuyas microestructuras dependen de la especificación del acero y del proceso de fabricación (ferrita-perlita, ferrita-bainita, martensita en aceros templados y revenidos, o bifásica en algunos aceros avanzados). Durante el galvanizado en caliente, la capa de zinc forma compuestos intermetálicos en la interfaz recubrimiento/sustrato; la cantidad y el espesor de estas capas intermetálicas dependen de la química superficial del acero y de las condiciones del baño.
• Microestructura del recubrimiento: Una capa típica de zincado por inmersión en caliente presenta una estructura multicapa con una capa exterior de zinc puro y una o más capas intermetálicas (fases de zinc-hierro). Los recubrimientos más gruesos (p. ej., Z180 en comparación con Z100) aumentan el espesor de la capa exterior de zinc y pueden incrementar la cantidad total de material intermetálico, dependiendo de la reactividad de la superficie del acero y del tiempo de inmersión.
• Respuesta al tratamiento térmico: Los tratamientos térmicos posteriores al galvanizado rara vez se aplican para modificar directamente los recubrimientos, ya que el calor puede alterar su morfología. La respuesta del sustrato a la normalización, el temple y revenido, o el procesamiento termomecánico es independiente de la masa de zinc, pero el galvanizado se suele aplicar después del conformado o en etapas controladas para evitar dañar el recubrimiento. En el caso de material pregalvanizado (recubierto en bobina), los tratamientos térmicos deben validarse, ya que las altas temperaturas pueden provocar difusión y cambios en el recubrimiento.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	Z100 (masa de zinc más ligera)	Z180 (mayor masa de zinc)
Resistencia a la tracción	Determinada por el sustrato; la masa del recubrimiento tiene un efecto insignificante sobre la resistencia a la tracción del material.	Igual que el sustrato; la masa del recubrimiento no cambia la resistencia a la tracción del núcleo.
Fuerza de fluencia	Determinado por el sustrato; no se ve afectado por la masa del recubrimiento.	Igual que el sustrato
Alargamiento	La elongación del sustrato permanece sin cambios; la tensión local en la superficie puede verse afectada durante el conformado severo.	La elongación del sustrato permanece inalterada; un recubrimiento más grueso puede agrietarse o descascararse a mayores tensiones.
resistencia al impacto	La tenacidad del sustrato permanece inalterada en el volumen; la fragilización superficial es insignificante para la mayoría de los aceros.	Misma tenacidad volumétrica; en los bordes cortados, el zinc quebradizo puede influir en el comportamiento ante impactos localizados.
Dureza (superficial)	La dureza superficial aumentó ligeramente al recubrirla con intermetálicos de zinc duro; efecto general pequeño.	Un mayor espesor de zinc aumenta el grosor de la capa superficial, lo que proporciona una resistencia a la abrasión local ligeramente superior, pero el zinc es más blando que el acero.

Interpretación: Los valores de resistencia mecánica y ductilidad del acero con recubrimientos Z100 frente a Z180 están fundamentalmente determinados por la calidad del sustrato y el tratamiento térmico. La masa del recubrimiento de zinc influye en el comportamiento superficial durante el conformado, la iniciación de grietas locales en los bordes o zonas sometidas a alta tensión, y el comportamiento al desgaste, pero no modifica sustancialmente la resistencia a la tracción ni la resistencia a la fluencia. - Los recubrimientos más gruesos tienen mayor probabilidad de desarrollar grietas longitudinales o pulverización en operaciones de doblado agresivas; se requiere validación del proceso al pasar de un recubrimiento más ligero a uno más grueso.

5. Soldabilidad

Entre las consideraciones sobre la soldabilidad se incluyen el equivalente de carbono del sustrato y la presencia de una capa de zinc en la zona de soldadura.

Índices útiles de equivalencia de carbono y soldabilidad: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Instituto Internacional de Soldadura PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación y orientación práctica: El valor numérico CE o Pcm debe calcularse a partir de la composición del sustrato para evaluar los requisitos de precalentamiento y la susceptibilidad al agrietamiento en frío. Estas fórmulas no incluyen la masa del recubrimiento de zinc. Soldar sobre una capa de zinc presenta problemas adicionales: el zinc se vaporiza y produce humos, puede causar porosidad en las soldaduras por fusión y, si no se elimina, puede provocar fragilidad en el cordón de soldadura. Un mayor espesor de zinc (Z180) generalmente aumenta el volumen de vapor de zinc y el riesgo de porosidad y generación de humos en comparación con el Z100. - Prácticas recomendadas: eliminar el zinc de la zona de soldadura inmediata mediante esmerilado o métodos químicos; utilizar ventilación y extracción de humos adecuadas; aplicar parámetros de soldadura con menor aporte térmico o barras de respaldo y utilizar consumibles adecuados para el sustrato; considerar la soldadura por puntos o la fijación mecánica para piezas con recubrimientos muy gruesos. En la soldadura por resistencia y por puntos, los recubrimientos más gruesos modifican la resistencia de contacto eléctrico y pueden requerir ajustes en la fuerza del electrodo, la corriente y el tiempo. Los recubrimientos más gruesos suelen aumentar el número de soldaduras rechazadas si los parámetros del proceso no están optimizados.

6. Corrosión y protección de superficies

• En aceros no inoxidables con recubrimientos de zinc, la protección contra la corrosión se basa en la protección catódica (de sacrificio) y la protección de barrera que proporciona la capa de zinc. Una mayor masa de zinc ofrece una vida útil más larga y una mejor protección en bordes cortados, rayaduras y grietas, ya que hay más metal de sacrificio que consumir antes de exponer el sustrato.
• El PREN no es aplicable a los recubrimientos de zinc; el PREN es relevante para los aceros inoxidables y se calcula como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Consideraciones prácticas:
• Z100 suele ser adecuado en ambientes templados y donde se utilizan acabados pintados para proporcionar una barrera adicional.
• Z180 se elige para ambientes exteriores más agresivos, zonas costeras o aplicaciones donde se requiere protección de bordes e intervalos de mantenimiento más prolongados.
• Se pueden aplicar recubrimientos adicionales (pinturas, pasivación, recubrimientos de conversión) sobre el zinc para mejorar la estética y la resistencia a la corrosión; la combinación debe validarse en cuanto a adherencia y compatibilidad.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Las operaciones de cizallado y estampado generalmente no se ven afectadas en su conjunto por la masa del recubrimiento, pero los recubrimientos más gruesos pueden producir más incrustaciones, escamas o rebabas que requieren un procesamiento posterior y pueden aumentar el desgaste de la herramienta.
• Conformado y doblado: Los recubrimientos de zinc más gruesos son más propensos a agrietarse, pulverizarse y transferir material durante el doblado cerrado o el embutido profundo. Para operaciones de conformado exigentes, suele preferirse un recubrimiento más fino o un galvanizado posterior al conformado, o bien ajustar los parámetros del proceso (radio de la matriz, lubricación).
• Maquinabilidad: Los recubrimientos de zinc no alteran sustancialmente la maquinabilidad del núcleo de acero en operaciones de corte pasante, pero el acabado superficial y la vida útil de la herramienta pueden verse afectados por la transferencia de zinc. Se recomienda el uso de recubrimientos y refrigerante adecuados para las herramientas.
• Acabado: Los recubrimientos más gruesos pueden requerir una preparación de la superficie más agresiva para pintar o adherir; sin embargo, una capa de zinc más gruesa también puede proporcionar un sustrato más uniforme para las capas de acabado en muchos procesos.

8. Aplicaciones típicas

Z100 – Aplicaciones típicas	Z180 – Aplicaciones típicas
Paneles arquitectónicos interiores, interiores de electrodomésticos, conductos de climatización ligeros, componentes de construcción pintados para entornos protegidos	Fachadas exteriores de edificios, canalones y bajantes, señalización vial, maquinaria agrícola, estructuras en atmósferas moderadamente agresivas.
Muebles y armarios metálicos ligeros donde el conformado es severo y la adherencia del recubrimiento a curvas complejas es importante	Piezas de carrocería de automóviles donde se requiere una mayor vida útil contra la corrosión o una mejor protección de los bordes (dependiendo de las especificaciones del fabricante del equipo original).

Justificación de la selección: - Elija el recubrimiento más ligero cuando los requisitos de conformado sean estrictos, cuando el ambiente sea templado o cuando la pieza final se recubra con una pintura que proporcione la barrera principal. - Elija el recubrimiento más grueso para una exposición prolongada al aire libre, lugares donde la protección de los bordes es fundamental o donde los ciclos de mantenimiento deben ser más prolongados.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: los recubrimientos de zinc más gruesos requieren mayor cantidad de zinc metálico y tiempos de inmersión más prolongados o una química de baño diferente, por lo que el Z180 suele ser más caro por unidad de superficie que el Z100. La diferencia de coste debe sopesarse con el ahorro a lo largo de la vida útil derivado de un menor mantenimiento y una mayor resistencia a la corrosión.
• Disponibilidad: ambas masas de recubrimiento suelen estar disponibles en bobinas, láminas y productos prepintados de las principales fábricas, pero la disponibilidad según el tipo y el espesor del sustrato puede variar según la región y la fábrica. Los sustratos especiales con alta conformabilidad o alta resistencia pueden tener una disponibilidad más limitada en versiones con recubrimiento grueso, por lo que se recomienda contactar con las fábricas o los proveedores con antelación.

10. Resumen y recomendación

Criterios	Z100 (encendedor)	Z180 (más pesado)
Soldabilidad (práctica)	Más fácil: menos zinc que eliminar, menos humos de soldadura y menos problemas de porosidad.	Más complejo: mayor riesgo de vapores/humos de zinc y porosidad; se requiere su eliminación o controles de proceso.
Resistencia-Tenacidad (sustrato)	Determinado por el acero base elegido; la masa del recubrimiento no modifica las propiedades del material base.	Igual que el sustrato; la masa del recubrimiento influye en el comportamiento de la superficie bajo tensión.
Costo	Menor costo de materiales	Mayor coste de los materiales, pero mayor vida útil frente a la corrosión.

Recomendaciones: Elija Z100 si su producto se fabricará con radios reducidos o mediante embutición profunda, se instalará en un entorno relativamente benigno o recibirá una pintura o recubrimiento en polvo de alta calidad que actúe como barrera anticorrosiva principal. Z100 minimiza el desprendimiento del recubrimiento y reduce los problemas de humos de soldadura y porosidad. Elija Z180 si la pieza estará expuesta a la intemperie o a entornos moderadamente agresivos, si se requiere una mayor vida útil y una mejor protección de los bordes, o si es necesario minimizar los intervalos de mantenimiento. Z180 proporciona una mayor reserva de zinc de sacrificio y una mejor protección a largo plazo contra arañazos y cortes.

Nota final: Z100 y Z180 son designaciones de masa de recubrimiento vinculadas a la práctica de galvanizado, no a grados metalúrgicos específicos del sustrato. En los documentos de adquisición, especifique siempre tanto el grado de acero subyacente (requisitos químicos y mecánicos) como la masa de recubrimiento requerida, y valide los procesos de conformado, soldadura y acabado para la combinación elegida con datos del proveedor y pruebas de proceso.