ZF70 vs ZF140 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Las designaciones ZF70 y ZF140 corresponden a aceros al carbono/baja aleación con tratamiento superficial, comúnmente utilizados en aplicaciones estructurales, automotrices y de fabricación general donde se requiere resistencia a la corrosión mediante un recubrimiento metálico. Al seleccionar entre estas dos opciones, los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas entre las propiedades mecánicas del sustrato, la durabilidad de la superficie, la facilidad de fabricación y el costo del ciclo de vida. Los contextos de decisión típicos incluyen el equilibrio entre la resistencia a la corrosión atmosférica o por manipulación (y, por lo tanto, la durabilidad del recubrimiento) y el costo unitario, la conformabilidad y las limitaciones del proceso de soldadura.

La principal diferencia operativa entre ambos radica en la cantidad de recubrimiento metálico aplicado al acero base: una variante cuenta con una capa protectora considerablemente mayor que la otra, lo que afecta la durabilidad de la superficie, la resistencia a la abrasión y algunos aspectos de fabricación. Dado que la metalurgia del sustrato puede ser muy similar para ambas marcas de producto, a menudo se comparan principalmente en función de la protección superficial, la vida útil y el coste por unidad de área, en lugar de la composición química fundamental de la aleación.

1. Normas y designaciones

• Normas principales que pueden regir los aceros base y los recubrimientos:
• EN (Normas Europeas) — ej., EN 10147 (aceros galvanizados), EN 10346 (aceros con recubrimiento continuo)
• ASTM/ASME — diversas especificaciones ASTM para recubrimientos galvanizados y aceros al carbono
• JIS — Normas industriales japonesas para aceros revestidos
• GB — Normas nacionales chinas para aceros revestidos
• Clasificación:
• Los aceros ZF70 y ZF140 se caracterizan principalmente por ser aceros al carbono o de baja aleación con recubrimientos protectores metálicos (es decir, aceros recubiertos). No son aceros inoxidables ni, por definición, aceros para herramientas o aceros de aleación de alta resistencia para herramientas. El sustrato subyacente puede ser de acero al carbono simple, acero libre de intersticiales (IF) o acero de baja aleación con límite elástico controlado, según el proveedor y la aplicación prevista.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: función típica de los elementos en sustratos de carbono/baja aleación recubiertos (cualitativo)

Elemento	ZF70 (sustrato)	ZF140 (sustrato)	Función típica / comentario
do	de bajo a medio	de bajo a medio	Controla la resistencia/dureza; un valor C menor mejora la soldabilidad y la conformabilidad.
Minnesota	de bajo a moderado	de bajo a moderado	Contribución a la resistencia y control de la templabilidad
Si	trazas–bajo	trazas-bajas	Desoxidación y mejora de la adhesión del recubrimiento en algunos procesos
PAG	bajo controlado	bajo controlado	Se mantuvo bajo para mayor resistencia y moldeabilidad.
S	bajo controlado	bajo controlado	Se mantiene bajo; las inclusiones de sulfuro reducen la ductilidad
Cr	típicamente sin rastro	típicamente sin rastro	Presente cuando se requiere una mayor templabilidad o resistencia a la corrosión
Ni	típicamente sin rastro	típicamente sin rastro	Aumenta la resistencia en la zona de uso.
Mes	típicamente sin rastro	típicamente sin rastro	Mejora la resistencia/templado a altas temperaturas cuando se añade
V, Nb, Ti	posible microaleación	posible microaleación	Microaleación para el refinamiento del grano y la resistencia a la fluencia en variantes HSLA
B	rastro si está presente	rastro si está presente	Pequeñas adiciones pueden aumentar la endurecebilidad
norte	revisado	revisado	Es relevante si se utilizan microaleaciones o aleaciones de acero inoxidable.

Notas: Muchas líneas de productos de acero recubierto se definen por la masa del recubrimiento y el acabado superficial, mientras que el sustrato se suministra con una calidad química/microestructural acordada. Las composiciones exactas varían según la fábrica y la familia de productos. La estrategia de aleación para estos sustratos generalmente favorece el bajo contenido de carbono y la microaleación controlada para preservar la conformabilidad, la soldabilidad y las propiedades mecánicas consistentes después del recubrimiento.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: El carbono y el manganeso determinan principalmente la resistencia y la ductilidad; el aumento de C y Mn incrementa la resistencia y la templabilidad, pero reduce la soldabilidad y la conformabilidad. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) ofrecen mejoras en la resistencia a la fluencia a través de la precipitación y el refinamiento del grano sin grandes aumentos de carbono. - La química y la adhesión del recubrimiento dependen de pequeñas adiciones (por ejemplo, contenido de Si) y del proceso de recubrimiento (galvanizado por inmersión en caliente, electrogalvanizado continuo o procesos Zn-Al).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica: En estos aceros recubiertos, el sustrato suele ser ferrita-perlita o ferrita con precipitados finos (en las variantes HSLA). La microestructura se elige para equilibrar la conformabilidad, la resistencia y la tenacidad.
• Normalización: Produce una estructura de ferrita-perlita más fina y uniforme, y puede utilizarse para aplicaciones que requieren mayor resistencia. La normalización puede mejorar la tenacidad y la estabilidad dimensional.
• Temple y revenido: Poco común en aceros estructurales recubiertos, ya que las operaciones de recubrimiento y los requisitos de conformabilidad favorecen condiciones de sustrato más dúctiles. El temple y revenido se utiliza cuando se requiere mayor resistencia, pero generalmente se asocia con productos sin recubrimiento o con tratamientos especiales.
• Procesamiento termomecánico: Para sustratos de baja aleación y alta resistencia, el laminado controlado y el enfriamiento acelerado producen microestructuras finas de ferrita-bainita que aumentan la resistencia manteniendo la ductilidad. Estos sustratos pueden recubrirse posteriormente, pero la secuencia del proceso y la exposición térmica son cruciales para mantener la integridad del recubrimiento.
• Efecto del recubrimiento: Los procesos de recubrimiento (inmersión en caliente, galvanizado continuo) imponen ciclos térmicos que pueden templar o alterar ligeramente la microestructura superficial. Las fábricas controlan el recocido y el enfriamiento para preservar las propiedades mecánicas del sustrato.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: comportamiento mecánico comparativo (cualitativo, dependiente del sustrato)

Propiedad	ZF70 (típico)	ZF140 (típico)	Comentario
Resistencia a la tracción	Similar	Similar	Las propiedades mecánicas globales dependen del tratamiento térmico y la composición química del sustrato, más que de la masa del recubrimiento.
Fuerza de fluencia	Similar	Similar	La microaleación y el trabajo en frío determinan el rendimiento más que el recubrimiento.
Alargamiento	Similar	Similar	La ductilidad depende del sustrato; un recubrimiento más grueso puede afectar ligeramente la ductilidad de los bordes durante el proceso de formación.
resistencia al impacto	Similar	Similar	No se ve fuertemente afectada por la masa del recubrimiento, sino por la microestructura del sustrato.
Dureza	Similar	Similar	El recubrimiento aporta una dureza volumétrica insignificante; la dureza superficial varía según el material del recubrimiento.

Interpretación: Las distintas masas de recubrimiento no alteran sustancialmente las propiedades mecánicas intrínsecas del sustrato de acero. Por lo tanto, la selección en función de la resistencia o la tenacidad debe basarse en las especificaciones del sustrato, y no únicamente en la etiqueta ZF70/ZF140. Cualquier pequeña diferencia en el comportamiento de conformado o en el inicio de fracturas superficiales en los bordes puede deberse al espesor y la adherencia del recubrimiento, no a la resistencia del sustrato.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del equivalente de carbono del sustrato y de cómo el recubrimiento afecta la estabilidad del arco y los humos. Índices útiles:

Mostrar fórmulas: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretación cualitativa: - Un menor contenido de carbono y un contenido de aleación controlado reducen la susceptibilidad al agrietamiento en frío y a la fragilización por hidrógeno; mantenga $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ lo más bajos posible para facilitar la soldadura. - Los recubrimientos metálicos generan vaporización localizada de zinc durante la soldadura, lo que puede causar porosidad y humos inducidos por el zinc; la eliminación del recubrimiento en la zona de soldadura o el uso de parámetros de soldadura adecuados es una práctica común. - Los recubrimientos más gruesos (mayor masa de recubrimiento) requieren una limpieza adicional de los bordes o ajustes en la técnica de soldadura porque se debe eliminar o desplazar más recubrimiento para lograr una soldadura sólida. - El precalentamiento, las temperaturas controladas entre pasadas y la selección adecuada del relleno mitigan los riesgos en sustratos con mayor CE o cuando no se puede eliminar por completo la contaminación del recubrimiento.

6. Corrosión y protección de superficies

• En aceros sin recubrimiento inoxidable, como el ZF70 y el ZF140, los recubrimientos metálicos (normalmente de zinc o aleaciones de zinc) proporcionan protección sacrificial y de barrera. Un mayor espesor de recubrimiento retrasa la aparición de la corrosión del sustrato y mejora la resistencia a la abrasión mecánica y a los daños por manipulación.
• Al evaluar el comportamiento ante la corrosión en ambientes agresivos, considere los mecanismos de degradación localizada, la protección de los bordes y la necesidad de pasivación o pintura posterior al recubrimiento.
• Solo para aceros inoxidables, PREN es relevante: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Este índice no es aplicable a los aceros al carbono recubiertos de zinc; utilícelo únicamente al evaluar aleaciones inoxidables auténticas.
• Los sistemas de recubrimiento pueden complementarse con capas superiores orgánicas, inhibidores o recubrimientos de conversión para prolongar su vida útil, especialmente en ambientes costeros o industriales.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte y mecanizado: La maquinabilidad del sustrato se comporta de forma similar a la de los materiales de carbono/baja aleación. El recubrimiento metálico puede obstruir las herramientas o afectar al acabado superficial; es necesario tener esto en cuenta en las estrategias de herramientas y refrigerantes.
• Conformado y doblado: Los recubrimientos más gruesos modifican la fricción y pueden agrietarse en curvas pronunciadas; los parámetros del proceso (radio de curvatura mínimo, geometría del punzón/matriz) deben considerar la ductilidad y la adherencia del recubrimiento. Los recubrimientos más gruesos tipo ZF140 mostrarán discontinuidades con mayor facilidad en procesos de conformado severos, a menos que estén diseñados para ello.
• Acabado superficial: Los recubrimientos más gruesos ofrecen mayor resistencia al procesamiento posterior, pero pueden requerir un recorte de bordes más cuidadoso y un mantenimiento más riguroso de la cuchilla de recorte. La adherencia de la pintura y el recubrimiento electroforético pueden depender de la composición química del recubrimiento y la preparación de la superficie.

8. Aplicaciones típicas

ZF70 (usos típicos)	ZF140 (usos típicos)
Elementos estructurales ligeros expuestos a ambientes templados (estanterías interiores, molduras)	Componentes estructurales exteriores, elementos de fachada y piezas que se prevé que estén expuestas a manipulación o abrasión frecuentes.
Paneles interiores de automóviles, componentes donde basta con un recubrimiento más delgado y la conformabilidad es fundamental.	Piezas del chasis, soportes inferiores o componentes que requieren una mayor vida útil frente a la corrosión en entornos más agresivos.
Fabricación general donde el coste y la facilidad de conformado/soldadura son prioritarios.	Aplicaciones que requieren intervalos de mantenimiento más prolongados y una mayor resistencia a la manipulación y a la corrosión.

Justificación de la selección: - Elija un recubrimiento más ligero cuando la complejidad de la conformación, la soldabilidad o el menor costo inicial sean factores determinantes y la exposición ambiental sea limitada. - Elija un recubrimiento más grueso cuando se requiera una mayor vida útil contra la corrosión, una mejor protección contra el desgaste o una mejor resistencia a la abrasión durante el servicio y la manipulación.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Los productos con mayor recubrimiento tienen un coste unitario por área más elevado debido al material de recubrimiento adicional y al tiempo de procesamiento. Las economías de escala y los inventarios de los proveedores influyen en el precio final.
• Disponibilidad según el formato del producto: Ambos recubrimientos se ofrecen habitualmente en bobinas, láminas y como opciones prepintadas. Los plazos de entrega pueden variar según la demanda regional y la capacidad del proveedor; las variantes con mayor espesor de recubrimiento pueden tener plazos de entrega ligeramente más largos si su disponibilidad es menor.
• Consejo para la adquisición: Especifique explícitamente la masa de recubrimiento requerida, la clase de adhesión y las propiedades mecánicas del sustrato para evitar ambigüedades en las ofertas de los proveedores.

10. Resumen y recomendación

Cuadro resumen (cualitativo)

Criterio	ZF70	ZF140
Soldabilidad	Mejor en términos prácticos porque hay que eliminar menos revestimiento en las juntas.	Un poco más complicado debido a la mayor masa de recubrimiento en las zonas de soldadura.
Resistencia-Tenacidad (sustrato)	Comparable (dependiente del sustrato)	Comparable (dependiente del sustrato)
Costo	Menor costo unitario inicial	Mayor costo inicial; una vida útil más larga puede compensar el costo

Conclusiones y orientación: Elija ZF70 si: la aplicación requiere máxima conformabilidad y facilidad de soldadura, la exposición ambiental es moderada y minimizar el costo inicial del material es una prioridad. ZF70 suele ser la opción preferida para estampado complejo, paneles interiores de automóviles y componentes estructurales para interiores. Elija ZF140 si la aplicación requiere una mayor protección contra la corrosión, una mayor resistencia a la abrasión y al manejo, o una menor frecuencia de mantenimiento en exteriores o entornos agresivos. ZF140 es ideal para componentes estructurales expuestos, piezas externas de los bajos de los automóviles y piezas que se prevé que sufran un desgaste mecánico frecuente o una exposición prolongada a atmósferas corrosivas.

Nota final: Dado que la química del sustrato y los requisitos mecánicos pueden especificarse independientemente de la masa del recubrimiento, siempre defina tanto el grado de acero del sustrato (requisitos mecánicos y químicos) como la masa y la química del recubrimiento requeridas en los documentos de adquisición y diseño. Esto garantiza que la variante de ZF seleccionada cumpla con las expectativas estructurales y de durabilidad sin depender únicamente de la nomenclatura.