Z180 vs Z275 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Escolher entre Z180 e Z275 é uma decisão comum para engenheiros, gerentes de compras, planejadores de fabricação e profissionais da indústria que trabalham com aço galvanizado por imersão a quente. A escolha geralmente equilibra a proteção contra corrosão e o custo do ciclo de vida em relação aos efeitos relacionados ao revestimento nas operações de conformação, soldagem e acabamento. Para as equipes de design, as compensações são comumente a resistência à corrosão e o desempenho a longo prazo em comparação com o custo imediato do material mais baixo e algumas considerações de facilidade de fabricação.

Z180 e Z275 não são graus de metalurgia de aço base distintos; são classes de designação para a massa de revestimento de zinco aplicada ao aço (galvanização por imersão a quente ou galvanização contínua). A principal distinção é a massa do revestimento de zinco (e, por consequência, a espessura do revestimento), que influencia diretamente a durabilidade da proteção contra corrosão e afeta os processos de fabricação e acabamento. Como o metal base é tipicamente aço carbono ou aços de baixa liga (graus DX, S ou equivalentes), a seleção deve considerar tanto as propriedades do substrato quanto a classe do revestimento.

1. Normas e Designações

• Normas comuns que referenciam classes de revestimento e produtos galvanizados:
• EN (Europa): EN 10346 — aço revestido por imersão a quente de forma contínua (por exemplo, DX51D+Z275).
• ISO: ISO 3575, ISO 1461 (galvanização por imersão a quente em artigos fabricados).
• JIS (Japão): JIS G3302, JIS H8613 (especificações de chapas pré-pintadas/galvanizadas referem-se a classes de revestimento).
• GB (China): GB/T 2518, GB/T 2518‑1995 (chapas/fitas de aço galvanizado por imersão a quente).
• ASTM/ASME: ASTM A653/A653M aborda classes de revestimento de zinco para chapas de aço (as designações usam G60, G90 que são aproximadamente análogas; nota: a conversão para classes Z requer cuidado).
• Classificação de material:
• Z180 e Z275: classes de revestimento (massa de revestimento de zinco), aplicadas a aços carbono ou de baixa liga (não são eles mesmos graus de carbono/ligas/ferramentas/aço inoxidável).
• Os aços base sob esses revestimentos são tipicamente aços carbono, aços de baixa liga ou aços estruturais leves (não inoxidáveis ou aços para ferramentas, a menos que especificado).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: Presença ou papel de elementos-chave no aço base e no revestimento de zinco

Notas: - As designações de classe Z (Z180, Z275) especificam a massa de zinco por unidade de área, não uma composição elementar. A galvanização típica produz uma camada externa de zinco quase puro (fase η) e camadas intermetálicas Fe–Zn subjacentes (fases γ, δ, ζ) cuja espessura e proporções de fase dependem da composição do aço e dos parâmetros do processo. - Revestimentos especializados (por exemplo, ligas Zn–Al, Zn–Fe, Zn–Al–Mg) existem e alteram o desempenho contra corrosão; ao comparar Z180 vs Z275, assumimos revestimentos convencionais dominantes em zinco, a menos que especificado de outra forma.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura do revestimento: a galvanização por imersão a quente produz uma estrutura em múltiplas camadas no aço:
• Camada externa η (eta): principalmente zinco puro, dúctil e protetora.
• Camadas subjacentes ζ (zeta), δ (delta) e Γ (gamma): compostos intermetálicos Fe–Zn formados na interface aço/revestimento. Esses intermetálicos são mais duros e menos dúcteis do que a camada externa η.
• Efeito da massa do revestimento: revestimentos mais espessos (Z275) geralmente exibem camadas η mais espessas além de camadas intermetálicas em termos absolutos; as proporções relativas podem depender do processo.
• Tratamentos térmicos:
• Processamento térmico do aço base (recozimento, normalização, têmpera e revenimento) afeta a microestrutura do substrato e as propriedades mecânicas, mas não altera a classe de massa de zinco em si.
• Sequência de recozimento/galvanização: a galvanização contínua por imersão a quente geralmente segue o recozimento em uma atmosfera controlada; a química da superfície do aço (níveis de Si, P) influencia o crescimento das camadas intermetálicas.
• Exposição ao calor pós-galvanização (por exemplo, calor de soldagem) pode modificar localmente a microestrutura do revestimento, aumentar a difusão na interface e reduzir a proteção contra corrosão na zona afetada pelo calor.
• Comportamento mecânico: camadas intermetálicas podem se romper em dobras apertadas ou sob conformação severa, levando a delaminação localizada se os raios de curvatura forem muito pequenos.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Efeito da classe de revestimento nas propriedades mecânicas (qualitativa)

Explicação: - O revestimento de zinco em si não suporta carga; as propriedades mecânicas dos elementos estruturais são governadas pelo aço substrato. As diferenças entre Z180 e Z275, portanto, não alteram os valores de tração/escoamento do aço, mas revestimentos mais espessos podem influenciar a conformação, a iniciação de fadiga e a dureza superficial localmente devido a intermetálicos mais espessos e camadas de revestimento externo mais pronunciadas.

5. Soldabilidade

• Considerações sobre o revestimento:
• O zinco vaporiza durante a soldagem a arco, produzindo fumos de ZnO e potencial porosidade; revestimentos mais espessos (Z275) liberam mais zinco nas zonas de solda do que revestimentos mais finos (Z180), aumentando a geração de fumaça e a necessidade de proteção respiratória e preparação da solda (por exemplo, remoção do revestimento).
• Revestimentos podem promover a absorção de hidrogênio em alguns processos e contribuir para o risco de trincas a frio em aços de alta resistência; o pré-aquecimento e o controle de hidrogênio são relevantes.
• A soldabilidade do substrato depende principalmente do teor de carbono e liga do aço; fórmulas de equivalente de carbono quantificam o risco de soldabilidade. Dois índices comuns:
• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm Internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretação: Ao avaliar montagens soldadas, remova o revestimento nas costuras de solda ou planeje os parâmetros de solda e o tratamento pós-solda. Z275 requer preparação/ventilação ligeiramente mais agressiva do que Z180 devido à maior massa de zinco.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Para aços não inoxidáveis, o zinco fornece proteção sacrificial: o zinco se corroe preferencialmente e protege o aço nu em descontinuidades do revestimento por ação catódica.
• PREN não é aplicável a revestimentos de zinco ou aços carbono; é usado para graus inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Massa do revestimento e proteção:
• A classe Z indica a massa de zinco em g/m². A conversão aproximada para a espessura total média do revestimento (ambos os lados combinados) é dada por: $$\text{espessura (m)} = \frac{\text{massa por área (g/m}^2\text{)}}{\rho_{Zn} \times 1000}$$
• Usando a densidade do zinco $\rho_{Zn} \approx 7.14\ \text{g/cm}^3$, aproximações práticas típicas resultam em:
  • Z180 ≈ 180 g/m² → aproximadamente 25–30 µm de revestimento total (ambos os lados combinados), aproximadamente metade por lado dependendo da geometria do produto.
  • Z275 ≈ 275 g/m² → aproximadamente 38–40 µm de revestimento total (ambos os lados combinados).
• Efeito prático: revestimentos mais espessos (Z275) proporcionam maior tempo até a primeira manutenção e melhor proteção em atmosferas agressivas (marítimas, industriais). O ambiente, a preparação do substrato e os sistemas de pintura permanecem variáveis críticas.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformação/curvatura:
• Revestimentos mais finos (Z180) toleram raios de curvatura mais apertados com menos risco de trincas e descamação do revestimento. Z275 é mais propenso a trincar em dobras agudas e pode exigir raios de curvatura maiores ou retoques pós-conformação.
• Corte/soldagem:
• Revestimentos mais espessos criam mais fumaça e complicações de soldagem; a expulsão de zinco pode levar a porosidade e perda de revestimento perto da solda—prepare as soldas por remoção mecânica ou química do revestimento.
• Usinabilidade:
• Revestimentos de zinco podem entupir ferramentas de corte e aumentar o atrito; revestimentos mais espessos aumentam o desgaste das ferramentas e requerem ajustes na alimentação/velocidade e uso de refrigerante.
• Acabamento:
• A adesão da tinta é geralmente boa em superfícies galvanizadas limpas; revestimentos mais espessos podem exigir preparação de superfície diferente para garantir a fixação mecânica da tinta e evitar esconder a rugosidade da superfície.

8. Aplicações Típicas

Tabela: Usos típicos para Z180 e Z275

Racional de seleção: - Escolha Z180 onde custo e conformabilidade são priorizados e a exposição ambiental é moderada ou quando outros revestimentos (tinta) serão aplicados e mantidos. - Escolha Z275 para ambientes externos, costeiros ou industriais onde proteção sacrificial estendida e intervalos de manutenção mais longos são desejados.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Z275 é mais caro do que Z180 devido ao maior consumo de zinco por unidade de área. A diferença de preço está diretamente ligada ao preço de mercado do zinco e aos custos do processo de revestimento.
• Disponibilidade: Ambas as classes são padrão e amplamente disponíveis em grandes usinas de bobinas/fitas e chapas; populares na construção e cadeias de suprimento de OEM. Especificar classes comuns como Z180 e Z275 facilita a aquisição e tempos de entrega consistentes.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Resumo comparativo (qualitativa)

Recomendações: - Escolha Z180 se precisar de melhor conformabilidade e menor custo de material para componentes que terão exposição leve a moderada ou receberão sistemas de pintura robustos e manutenção regular. - Escolha Z275 se o requisito principal for maior proteção contra corrosão com manutenção reduzida em atmosferas externas, marítimas ou industriais, e você aceitar um custo de material mais alto e algumas considerações adicionais de fabricação (preparação de solda, raios de curvatura maiores, controle de fumaça).

Nota final: Como Z180 e Z275 se referem à massa do revestimento e não ao grau metalúrgico do substrato, sempre especifique tanto o grau de aço base (por exemplo, DX51D, S235 ou equivalente) quanto a classe do revestimento nos documentos de aquisição. Isso garante que o desempenho mecânico e a intenção de proteção contra corrosão sejam atendidos e evita ambiguidades no planejamento de fabricação e ciclo de vida.