Z140 vs Z180 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los recubrimientos de zinc por inmersión en caliente Z140 y Z180 son ampliamente utilizados para productos de acero. Al seleccionar un recubrimiento de zinc, ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen evaluar las ventajas y desventajas de la protección contra la corrosión, la conformabilidad, la soldabilidad y el costo. Los factores típicos a considerar incluyen la exposición exterior o interior, las operaciones de conformado y doblado, los procesos de soldadura y unión, y los objetivos de costo del ciclo de vida.

La principal diferencia práctica entre Z140 y Z180 es la masa nominal del recubrimiento de zinc (y el espesor correspondiente): Z180 tiene un recubrimiento de zinc más grueso que Z140. Esa diferencia determina la vida útil de la protección sacrificial, altera el comportamiento de conformado y soldadura en la superficie recubierta y afecta el costo unitario y las características de acabado; de ahí la frecuente comparación en las decisiones de diseño y adquisición.

1. Normas y designaciones

• Las designaciones Z son clases de masa de recubrimiento comúnmente utilizadas en la práctica europea e internacional (por ejemplo, la terminología del sistema EN para el galvanizado continuo en caliente). Especificaciones equivalentes o relacionadas aparecen en las normas nacionales y las especificaciones de productos (por ejemplo, las clases de recubrimiento de chapa en la familia EN 10346 / EN 10142 y las normas ASTM/ASME que especifican el rendimiento del recubrimiento en lugar de la etiqueta "Z").
• Z140 y Z180 no son grados de acero base. Son clases de recubrimiento superficial que se aplican a diversos aceros base, los cuales pueden ser:
• Aceros al carbono (de bajo carbono) (sustratos más comunes para la galvanización continua)
• Aceros estructurales/HSLA (cuando lo especifique el fabricante)
• Aceros comerciales laminados en frío o en caliente
• Los aceros inoxidables no se galvanizan normalmente de la misma manera; el acero inoxidable requiere una estrategia anticorrosión diferente.
• Clasificación: Z140/Z180 = categorías de recubrimiento (tratamiento superficial). El acero subyacente puede ser al carbono, HSLA u otros tipos, según la forma del producto y el proveedor.

2. Composición química y estrategia de aleación

Las clases “Z” describen la masa del recubrimiento de zinc; no definen directamente la aleación del sustrato. La composición química relevante para la corrosión y las propiedades mecánicas consta, por lo tanto, de dos partes: el recubrimiento de zinc (principalmente Zn con fases intermetálicas Fe-Zn) y la composición química del acero base (que varía según el grado).

Tabla: Función de especificación típica (cualitativa) para los elementos enumerados

Grado / Elemento	do	Minnesota	Si	PAG	S	Cr	Ni	Mes	V	Nótese bien	Ti	B	norte
Z140 (clase de recubrimiento)	No especificado — solo masa del recubrimiento; depende del sustrato	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"
Z180 (clase de recubrimiento)	No especificado — solo masa del recubrimiento; depende del sustrato	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"

Notas: Tanto en el caso de Z140 como de Z180, el recubrimiento está compuesto principalmente de zinc; durante el proceso de inmersión en caliente se forman capas intermetálicas de Fe-Zn en la interfaz. La adición de elementos de aleación al recubrimiento (por ejemplo, pequeñas cantidades de Al en el baño) o la aplicación intencional de recubrimientos de zinc aleado modifican el aspecto de la superficie y la cinética de crecimiento, pero no alteran el hecho de que la designación Z se refiere a la masa del recubrimiento. La composición química del acero base (C, Mn, Si, etc.) se selecciona según los requisitos mecánicos y las normas del producto (chapa, fleje, estructural). Los sustratos típicos de galvanizado continuo son aceros de bajo carbono; los valores específicos se definen según la norma del acero del sustrato y el certificado de fábrica, no según la clase Z.

Cómo afecta la aleación al rendimiento (general): - Aleación del sustrato (C, Mn, Si): controla la resistencia, la templabilidad y la respuesta al conformado del acero base; un mayor contenido de Si o P puede acelerar el crecimiento intermetálico de Fe-Zn durante la galvanización. - Aditivos para el baño de recubrimiento (Al, Ni, Pb, Bi, Sn, Mg en baños especiales): afectan la apariencia, la humectabilidad y la soldabilidad del recubrimiento; estos se especifican por separado de la clase de masa Z.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

La microestructura del sistema recubierto incluye: - Capa exterior de zinc (en muchos casos, fase η de Zn casi pura) - Capas intermetálicas en la interfaz Zn–Fe (comúnmente descritas como fases ζ, δ y Γ para los aceros galvanizados en caliente tradicionales) - Microestructura del acero base (ferrita/perlita, bainita/martensita revenida para aceros de mayor resistencia)

Diferencias microestructurales clave determinadas por la masa del recubrimiento: Los recubrimientos más gruesos (Z180) generalmente producen una capa exterior de zinc más gruesa y, según la composición química del baño y el tiempo de inmersión, pueden desarrollar una zona intermetálica más gruesa. Una zona intermetálica más gruesa puede afectar la adhesión y la fragilidad del recubrimiento durante el proceso de conformado.

Efectos del tratamiento térmico y del procesamiento: - El recubrimiento se forma a temperaturas de zinc fundido; los tratamientos térmicos posteriores (por ejemplo, galvanneal: recocido en un ambiente controlado para producir una superficie de aleación Fe-Zn) cambian la microestructura para enfatizar las capas intermetálicas para la adhesión de la pintura. - La normalización/templado y el revenido afectan únicamente a la microestructura del sustrato; el recubrimiento no replicará estos cambios, salvo que los tratamientos térmicos realizados después de la galvanización pueden modificar el recubrimiento (difusión de Fe en intermetálicos de Zn, posible pérdida de ductilidad del recubrimiento). - El laminado/recocido termomecánico previo a la galvanización determina el tamaño y la resistencia del grano del sustrato e influye en el comportamiento de crecimiento del recubrimiento a través de la química del sustrato (Si, P).

4. Propiedades mecánicas

La masa del recubrimiento no modifica fundamentalmente las propiedades de tracción/fluencia del acero base, pero los recubrimientos más gruesos afectan el comportamiento de la superficie durante el conformado, el inicio de la fatiga local y el desgaste.

Tabla: Efectos comparativos (cualitativos)

Propiedad	Z140	Z180
Resistencia a la tracción (sustrato a granel)	Igual que el acero subyacente (recubrimiento ≈ cosmético/de sacrificio)	Igual que el acero subyacente
Límite elástico (sustrato a granel)	Igual que el sustrato	Igual que el sustrato
Alargamiento / conformabilidad	Ligeramente mejor para recubrimientos más delgados en curvas pronunciadas; menos grietas en el recubrimiento.	Ligera reducción de la capacidad de conformado local en curvas pronunciadas; el recubrimiento puede agrietarse o descascararse si el radio de curvatura es pequeño.
Resistencia al impacto (sustrato)	No se ve afectado (excepto en la superficie inmediata donde los defectos del recubrimiento pueden actuar como concentradores de tensión).	El comportamiento del sustrato es el mismo; en algunos casos, un recubrimiento más grueso puede provocar fisuras superficiales por impacto.
Dureza superficial (recubrimiento)	Dureza determinada principalmente por la capa de Zn y los compuestos intermetálicos; generalmente más blando que el acero.	Mayor dureza en la interfaz si la capa intermetálica es más gruesa.

Explicación: La capacidad mecánica del componente estructural está controlada por la calidad del acero del sustrato. La capa de zinc es de sacrificio; su espesor influye más en el comportamiento superficial local (adherencia del recubrimiento durante el conformado) que en las propiedades mecánicas del material en su conjunto.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente de la composición química del sustrato y de la presencia de zinc en la unión. El zinc se vaporiza y, si no se controla, puede provocar porosidad, un aumento de las salpicaduras y defectos inducidos por hidrógeno o zinc.

Índices de soldabilidad relevantes (sin entradas numéricas): - Equivalente de carbono del Instituto Internacional de Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula profesional de carbono-manganeso: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación y orientación práctica: - El número Z en sí mismo no cambia $CE_{IIW}$ ni $P_{cm}$, pero una capa de zinc más gruesa (Z180) aumenta la cantidad local de zinc en la zona de soldadura, lo que conlleva a: - Mayor riesgo de porosidad y formación de humos de zinc durante la soldadura por arco. - Necesidad de eliminar el recubrimiento previo a la soldadura (rectificado mecánico, quemado localizado o decapado químico) o de adaptar los parámetros de soldadura (mayor velocidad de desplazamiento, menor aporte de calor, uso de gas de respaldo). - Consideración de la selección de electrodos/materiales de relleno y del gas de protección para controlar la porosidad. - Para la soldadura por puntos de chapa recubierta, los recubrimientos más gruesos pueden aumentar el desgaste del electrodo y reducir el tamaño del punto de soldadura; se requieren ajustes en los parámetros del proceso.

6. Corrosión y protección de superficies

• El recubrimiento de zinc proporciona protección catódica (de sacrificio) al acero expuesto y actúa como barrera protectora en la superficie. Una mayor masa de recubrimiento generalmente prolonga la vida útil de la protección de sacrificio.
• PREN no es aplicable a los aceros al carbono galvanizados (PREN se aplica a la clasificación de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables). A modo de referencia, las métricas de rendimiento del acero inoxidable son diferentes: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (Este índice no es relevante para el acero galvanizado.)

Consideraciones sobre la protección contra la corrosión: - Z180 ofrece una capa de sacrificio más gruesa que Z140 y, por lo tanto, normalmente ofrece una vida útil sin mantenimiento más prolongada en entornos similares. - Los recubrimientos más gruesos pueden mostrar una formación de óxido blanco más pronunciada durante la exposición inicial en almacenamiento húmedo/mojado si no se manipulan y drenan adecuadamente. - El acabado superficial (pintura, recubrimientos de conversión, pasivación) sigue siendo recomendable para atmósferas agresivas; un mayor espesor de zinc proporciona más tiempo antes de que la pintura se degrade.

Conversión entre masa de recubrimiento y espesor aproximado (regla práctica útil): - La relación física es: $$t = \frac{m}{\rho}$$ donde $t$ es el espesor en μm si $m$ se da en g/m² y $\rho$ es la densidad del zinc en g/cm³ (conversiones de unidades apropiadas incluidas). - Utilizando la densidad del zinc (~7,14 g/cm³) se obtienen espesores aproximados: - Z140 → aproximadamente $140/7.14 ≈ 19.6 µm - Z180 → aproximadamente $180/7.14 ≈ 25.2 µm - Se trata de conversiones aproximadas de un solo número; la morfología real del recubrimiento (capa intermetálica frente a capa de Zn puro) afecta al espesor funcional y al rendimiento.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y cizallado: tanto el Z140 como el Z180 se pueden cortar mediante métodos estándar; el zinc más grueso puede producir más escoria y requiere un mantenimiento de herramientas ligeramente diferente.
• Conformado y doblado: El Z140 suele ser mejor para dobleces cerrados y piezas con mucha deformación, ya que su recubrimiento más delgado es menos propenso a agrietarse o descascararse. El Z180 puede requerir radios de curvatura mayores, lubricación adicional o retoques posteriores al conformado.
• Maquinabilidad: La capa de zinc es blanda en comparación con el acero; un mayor espesor de zinc puede afectar los acabados superficiales y requerir un acabado más agresivo después del mecanizado o torneado.
• Acabado: La pintura, el recubrimiento en polvo u otras capas de acabado suelen adherirse a ambas superficies; aun así, las superficies galvanizadas (obtenidas mediante tratamiento térmico) suelen ser preferibles cuando se requiere una adherencia superior de la pintura.

8. Aplicaciones típicas

Z140 — Usos típicos	Z180 — Usos típicos
Elementos estructurales para interiores, perfiles de construcción ligeros, paneles interiores para automóviles, aplicaciones donde se acepta una resistencia a la corrosión moderada y la conformabilidad es fundamental.	Componentes arquitectónicos exteriores, cercas, fijaciones para exteriores, revestimientos de edificios moderadamente expuestos, aplicaciones donde se desea una vida útil prolongada.
Piezas estampadas con dobleces de radio reducido y conformado de alta resistencia.	Piezas que requieren intervalos de mantenimiento más prolongados en exposiciones atmosféricas; aplicaciones con humectación y secado periódicos.

Justificación de la selección: - Elija recubrimientos más delgados cuando el rendimiento de la formación y la minimización de costos sean prioridades y las condiciones de servicio sean moderadas. - Elija recubrimientos más gruesos cuando la mayor protección contra la corrosión y la mayor vida útil compensen el costo adicional y los posibles ajustes de conformado/soldadura.

9. Costo y disponibilidad

• Costo relativo: Z180 cuesta más que Z140 por área debido al mayor consumo de zinc y posiblemente al mayor tiempo de procesamiento.
• Disponibilidad: Ambos tipos de recubrimiento se producen habitualmente en operaciones continuas de galvanizado en caliente para chapa y bobina; la disponibilidad depende de la planta y del formato del producto (bobina recubierta, chapa cortada a medida, tubos o elementos estructurales fabricados).
• Consideraciones para la adquisición: especifique en las órdenes de compra la clase de recubrimiento, la calidad del acero base y cualquier química de baño especial o postratamiento (galvanizado, pasivado). Los certificados de fábrica deben confirmar la masa del recubrimiento (g/m²) y la calidad del acero del sustrato.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Atributo	Z140	Z180
Soldabilidad (tal como se recubre)	Mejor para soldar sin limpieza previa; menos zinc que se vaporice.	Mayor riesgo de porosidad y emanaciones; a menudo se requiere limpieza previa.
Resistencia-Tenacidad (sustrato a granel)	Determinado por el sustrato; el recubrimiento tiene un efecto mínimo.	Determinado por el sustrato; el recubrimiento tiene un efecto mínimo.
Formabilidad	Ideal para curvas cerradas y conformado severo.	Ligeramente reducido para un conformado preciso; puede requerir radios mayores.
Vida útil por corrosión (de sacrificio)	Moderado	Mayor (mejor protección sacrificial)
Costo	Más bajo	Más alto

Conclusiones y recomendaciones: - Elija Z140 si: - El componente estará fuertemente conformado o estampado con radios de curvatura reducidos. - El entorno de exposición es de leve a moderado y los requisitos de corrosión durante el ciclo de vida son modestos. - Un menor coste inicial de los materiales y la facilidad de procesamiento posterior (soldadura, pintura) son prioridades.

• Elija Z180 si:
• Se requiere una protección anticorrosiva de sacrificio más prolongada (exposición al aire libre, humectación periódica o intervalos de mantenimiento reducidos).
• Un coste de material ligeramente superior es aceptable a cambio de una mayor vida útil.
• Los procesos de conformado y soldadura pueden adaptarse para acomodar el recubrimiento más grueso (limpieza previa a la soldadura, radios de curvatura ajustados, ajuste de los parámetros del proceso).

Nota final: Dado que Z140 y Z180 especifican la masa del recubrimiento y no la calidad del acero base, indique tanto la clase Z como la calidad exacta del acero base al emitir los documentos de adquisición. Confirme la masa del recubrimiento y la composición química del baño con los informes de pruebas de fábrica y realice ensayos de conformado/soldadura cuando el espesor del recubrimiento pueda influir en los parámetros del proceso.