Z180 vs Z275 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Elegir entre Z180 y Z275 es una decisión común para ingenieros, gerentes de compras, planificadores de producción y profesionales de la industria que trabajan con acero galvanizado en caliente. La elección suele equilibrar la protección contra la corrosión y el costo del ciclo de vida con los efectos del recubrimiento en las operaciones de conformado, soldadura y acabado. Para los equipos de diseño, las compensaciones suelen ser la resistencia a la corrosión y el rendimiento a largo plazo frente a un menor costo inmediato del material y ciertas consideraciones de facilidad de fabricación.

Z180 y Z275 no son grados metalúrgicos distintos del acero base; son clases de designación para la masa de recubrimiento de zinc aplicada al acero (galvanizado en caliente o galvanizado continuo). La principal diferencia radica en la masa de recubrimiento de zinc (y, por consiguiente, en su espesor), que influye directamente en la durabilidad de la protección contra la corrosión y afecta a los procesos de fabricación y acabado. Dado que el metal base suele ser acero al carbono o de baja aleación (grados DX, S o equivalentes), la selección debe considerar tanto las propiedades del sustrato como la clase de recubrimiento.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes que hacen referencia a las clases de recubrimiento y a los productos galvanizados:
• EN (Europa): EN 10346 — acero revestido continuamente por inmersión en caliente (por ejemplo, DX51D+Z275).
• ISO: ISO 3575, ISO 1461 (galvanizado en caliente de artículos fabricados).
• JIS (Japón): JIS G3302, JIS H8613 (las especificaciones de chapa prepintada/galvanizada se refieren a clases de recubrimiento).
• GB (China): GB/T 2518, GB/T 2518-1995 (chapa/tira de acero galvanizado en caliente).
• ASTM/ASME: ASTM A653/A653M aborda las clases de recubrimiento de zinc para láminas de acero (las designaciones utilizan G60, G90, que son aproximadamente análogas; nota: la conversión a clases Z requiere cuidado).
• Clasificación de materiales:
• Z180 y Z275: clases de recubrimiento (masa de recubrimiento de zinc), aplicadas a aceros al carbono o de baja aleación (no son en sí mismos grados de carbono/aleación/herramientas/inoxidables).
• Los aceros base que se encuentran debajo de estos recubrimientos suelen ser aceros al carbono, aceros de baja aleación o aceros estructurales dulces (no aceros inoxidables ni aceros para herramientas a menos que se especifique lo contrario).

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: Presencia o función de los elementos clave en el acero base y en el recubrimiento de zinc

Elemento	Función típica en el acero base	Presencia/función en el recubrimiento de zinc (HDG)
do	Factor que contribuye a la resistencia y templabilidad del acero base	Generalmente ausente; posibles impurezas traza
Minnesota	Desoxidación, resistencia y ductilidad en el acero base	Solo trazas; puede difundirse en capas intermetálicas.
Si	Desoxidante y afecta el crecimiento del recubrimiento durante la galvanización.	Puede alearse en recubrimientos especializados; afecta las reacciones Fe-Zn.
PAG	Elemento residual en el acero que afecta la fragilización	Solo rastro
S	Mejora la maquinabilidad del acero (pero es perjudicial para algunos recubrimientos).	Solo rastro
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Aleación para mejorar la resistencia y la tenacidad de los aceros; elementos de microaleación	Generalmente no está presente en los recubrimientos de zinc, excepto cuando se utilizan recubrimientos de aleación específicos (por ejemplo, Zn-Al, Zn-Al-Mg).
norte	Controlar los residuos en el acero; puede influir en la soldabilidad	Insignificante en el recubrimiento

Notas: Las designaciones de clase Z (Z180, Z275) especifican la masa de zinc por unidad de área, no su composición elemental. El galvanizado típico produce una capa exterior de zinc casi puro (fase η) y capas subyacentes de compuestos intermetálicos Fe-Zn (fases γ, δ, ζ) cuyo espesor y proporciones de fase dependen de la composición del acero y de los parámetros del proceso. Existen recubrimientos especializados (por ejemplo, aleaciones de Zn-Al, Zn-Fe, Zn-Al-Mg) que modifican el comportamiento frente a la corrosión; al comparar Z180 con Z275, asumimos recubrimientos convencionales con predominio de zinc a menos que se especifique lo contrario.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura del recubrimiento: la galvanización en caliente produce una estructura multicapa en el acero:
• Capa exterior η (eta): principalmente zinc puro, dúctil y protectora.
• Capas subyacentes ζ (zeta), δ (delta) y Γ (gamma): compuestos intermetálicos de Fe-Zn formados en la interfaz acero/recubrimiento. Estos intermetálicos son más duros y menos dúctiles que la capa η externa.
• Efecto de la masa del recubrimiento: los recubrimientos más gruesos (Z275) generalmente presentan capas η más intermetálicas más gruesas en términos absolutos; las proporciones relativas pueden depender del proceso.
• Tratamientos térmicos:
• El tratamiento térmico del acero base (recocido, normalizado, temple y revenido) afecta la microestructura y las propiedades mecánicas del sustrato, pero no modifica la clase de masa de zinc en sí misma.
• Secuencia de recocido/galvanizado: el galvanizado continuo por inmersión en caliente suele seguir al recocido en atmósfera controlada; la química de la superficie del acero (niveles de Si, P) influye en el crecimiento de las capas intermetálicas.
• La exposición al calor posterior al galvanizado (por ejemplo, el calor de la soldadura) puede modificar localmente la microestructura del recubrimiento, aumentar la difusión en la interfaz y reducir la protección contra la corrosión en la zona afectada por el calor.
• Comportamiento mecánico: las capas intermetálicas pueden fracturarse en curvas cerradas o bajo conformado severo, lo que conduce a la delaminación localizada si los radios de curvatura son demasiado pequeños.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: Efecto de la clase de recubrimiento sobre las propiedades mecánicas (cualitativo)

Propiedad	Z180	Z275
Resistencia a la tracción	Sin cambios (el recubrimiento no es estructural)	Sin alterar
Fuerza de fluencia	Sin alterar	Sin alterar
Alargamiento	Ligero riesgo de reducción de la ductilidad aparente en flexión cerrada debido al agrietamiento del recubrimiento.	Riesgo ligeramente mayor que el Z180 de agrietamiento del recubrimiento en curvas pronunciadas.
resistencia al impacto	Sustrato sin cambios; el recubrimiento no mejora la tenacidad.	Sustrato sin cambios; un recubrimiento más grueso puede enmascarar pequeños defectos, pero no aumenta la tenacidad.
Dureza (superficial)	La dureza superficial aumenta ligeramente debido a los compuestos intermetálicos; la capa η exterior es blanda.	La dureza superficial es ligeramente mayor donde los compuestos intermetálicos son más gruesos.

Explicación: El recubrimiento de zinc en sí no soporta carga; las propiedades mecánicas de los elementos estructurales dependen del acero base. Por lo tanto, las diferencias entre Z180 y Z275 no alteran los valores de resistencia a la tracción y límite elástico del acero, pero los recubrimientos más gruesos pueden influir en la conformación, el inicio de la fatiga y la dureza superficial localizada debido a la mayor cantidad de compuestos intermetálicos y capas de recubrimiento exteriores más pronunciadas.

5. Soldabilidad

• Consideraciones sobre el recubrimiento:
• El zinc se vaporiza durante la soldadura por arco, produciendo humos de ZnO y porosidad potencial; los recubrimientos más gruesos (Z275) liberan más zinc en las zonas de soldadura que los recubrimientos más delgados (Z180), lo que aumenta la generación de humos y la necesidad de protección respiratoria y preparación de la soldadura (por ejemplo, eliminación del recubrimiento).
• Los recubrimientos pueden promover la absorción de hidrógeno en algunos procesos y contribuir al riesgo de fisuración en frío en aceros de alta resistencia; el precalentamiento y el control del hidrógeno son relevantes.
• La soldabilidad del sustrato depende principalmente del contenido de carbono y aleación del acero; las fórmulas de equivalencia de carbono cuantifican el riesgo de soldabilidad. Dos índices comunes:
• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• PCM internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación: Al evaluar conjuntos soldados, elimine el recubrimiento en las juntas de soldadura o planifique los parámetros de soldadura y el tratamiento posterior. El acero Z275 requiere una preparación y ventilación ligeramente más exhaustivas que el Z180 debido a su mayor masa de zinc.

6. Corrosión y protección de superficies

• Para los aceros que no son inoxidables, el zinc proporciona una protección sacrificial: el zinc se corroe preferentemente y protege el acero desnudo en las discontinuidades del recubrimiento mediante acción catódica.
• PREN no es aplicable a recubrimientos de zinc ni a aceros al carbono; se utiliza para aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Masa del recubrimiento y protección:
• La clase Z indica la masa de zinc en g/m². La conversión aproximada al espesor total promedio del recubrimiento (ambas caras combinadas) viene dada por: $$\text{espesor (m)} = \frac{\text{masa por unidad de área (g/m²)}} {\rho_{Zn} \times 1000}$$
• Utilizando una densidad del zinc $\rho_{Zn} \approx 7.14\ \text{g/cm}^3$, las aproximaciones prácticas típicas dan como resultado:
  • Z180 ≈ 180 g/m² → aprox. 25–30 µm de recubrimiento total (ambas caras combinadas), aproximadamente la mitad por cara dependiendo de la geometría del producto.
  • Z275 ≈ 275 g/m² → aprox. 38–40 µm de recubrimiento total (ambas caras combinadas).
• Efecto práctico: los recubrimientos más gruesos (Z275) ofrecen un mayor tiempo hasta el primer mantenimiento y una mejor protección en atmósferas agresivas (marinas, industriales). El entorno, la preparación del sustrato y los sistemas de pintura siguen siendo variables críticas.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformado/doblado:
• Los recubrimientos más delgados (Z180) toleran radios de curvatura más cerrados con menor riesgo de agrietamiento y desprendimiento. El Z275 es más propenso a agrietarse en curvas pronunciadas y puede requerir radios de curvatura mayores o retoques posteriores al conformado.
• Corte/soldadura:
• Los recubrimientos más gruesos generan más humos y complicaciones en la soldadura; la expulsión de zinc puede provocar porosidad y pérdida de recubrimiento cerca del cordón de soldadura; prepare las soldaduras mediante la eliminación mecánica o química del recubrimiento.
• Maquinabilidad:
• Los recubrimientos de zinc pueden obstruir las herramientas de corte y aumentar la fricción; los recubrimientos más gruesos aumentan el desgaste de las herramientas y requieren ajustes en la velocidad de avance y el uso de refrigerante.
• Refinamiento:
• La adherencia de la pintura suele ser buena en superficies galvanizadas limpias; los recubrimientos más gruesos pueden requerir una preparación diferente de la superficie para asegurar la adherencia mecánica de la pintura y evitar ocultar la rugosidad de la superficie.

8. Aplicaciones típicas

Tabla: Usos típicos de Z180 y Z275

Z180 (masa de zinc más ligera)	Z275 (mayor masa de zinc)
Paneles estructurales interiores, carcasas de electrodomésticos, paneles interiores de automóviles, conductos ligeros de climatización	Revestimiento exterior, techos, canalones, postes y cercas, elementos estructurales exteriores
Lámina prepintada para ambientes interiores con menor exposición a la corrosión	Aceros estructurales galvanizados para exposición atmosférica moderada a severa
Componentes que requieren un conformado extenso con radios ajustados	Bienes exteriores de larga duración que requieren una protección prolongada mediante sacrificios.

Justificación de la selección: - Elija Z180 cuando el costo y la conformabilidad sean prioritarios y la exposición ambiental sea moderada o cuando se vayan a aplicar y mantener recubrimientos adicionales (pintura). - Elija Z275 para entornos exteriores, costeros o industriales donde se desee una protección de sacrificio prolongada y mayores intervalos de mantenimiento.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El Z275 es más caro que el Z180 debido a un mayor consumo de zinc por unidad de superficie. La diferencia de precio está directamente relacionada con el precio de mercado del zinc y los costos del proceso de recubrimiento.
• Disponibilidad: Ambas clases son estándar y están ampliamente disponibles en las principales fábricas de bobinas, flejes y láminas; son comunes en la construcción y en las cadenas de suministro de fabricantes de equipos originales (OEM). Especificar clases comunes como Z180 y Z275 facilita la adquisición y garantiza plazos de entrega uniformes.

10. Resumen y recomendación

Tabla: Resumen comparativo (cualitativo)

Atributo	Z180	Z275
Soldabilidad (impacto en el proceso)	Mejor (menos zinc para vaporizar)	Ligeramente peor (más vapores de zinc; más preparación)
Resistencia-Tenacidad (sustrato)	Neutro (controlado por el sustrato)	Neutro (controlado por el sustrato)
Protección contra la corrosión (vida útil)	Adecuado para climas templados/interiores	Superior para entornos exteriores/agresivos
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendaciones: - Elija Z180 si necesita una mejor conformabilidad y un menor costo de material para componentes que estarán expuestos a una temperatura baja o moderada o que recibirán sistemas de pintura robustos y mantenimiento regular. - Elija Z275 si el requisito principal es una protección contra la corrosión más prolongada con un mantenimiento reducido en ambientes exteriores, marinos o industriales, y acepta un mayor costo del material y algunas consideraciones de fabricación adicionales (preparación para soldadura, radios de curvatura mayores, control de humos).

Nota final: Dado que Z180 y Z275 se refieren a la masa del recubrimiento y no a la calidad metalúrgica del sustrato, siempre especifique tanto la calidad del acero base (p. ej., DX51D, S235 o equivalente) como la clase de recubrimiento en los documentos de adquisición. Esto garantiza que se cumplan tanto el rendimiento mecánico como la protección contra la corrosión previstas y evita ambigüedades en la fabricación y la planificación del ciclo de vida.