ZF70 vs ZF140 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ZF70 e ZF140 são designações de aço carbono/ligado de baixo teor tratados superficialmente, comumente usados em aplicações estruturais, automotivas e de fabricação geral onde é necessária resistência à corrosão de um revestimento metálico. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam as compensações entre as propriedades mecânicas do substrato, durabilidade da superfície, fabricabilidade e custo do ciclo de vida ao selecionar entre essas duas opções. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar a resistência à corrosão atmosférica ou de manuseio (e, portanto, a durabilidade do revestimento) em relação ao custo unitário, formabilidade e restrições do processo de soldagem.

A principal diferença operacional entre os dois reside na quantidade de revestimento metálico aplicada ao aço base: uma variante possui substancialmente mais revestimento protetor do que a outra, afetando a longevidade da superfície, resistência à abrasão e algumas considerações de fabricação. Como a metalurgia do substrato pode ser muito semelhante para ambos os rótulos de produto, eles são frequentemente comparados principalmente com base na proteção da superfície, vida útil e custo por unidade de área, em vez de na química fundamental da liga em massa.

1. Normas e Designações

• Principais normas que podem reger os aços substrato e revestimentos:
• EN (Normas Europeias) — por exemplo, EN 10147 (aços galvanizados), EN 10346 (aços revestidos continuamente)
• ASTM/ASME — várias especificações ASTM para revestimentos galvanizados e aços carbono
• JIS — Normas Industriais Japonesas para aços revestidos
• GB — Normas Nacionais Chinesas para aços revestidos
• Classificação:
• ZF70 e ZF140 são melhor caracterizados como aços carbono ou de baixo teor de liga com revestimentos protetores metálicos (ou seja, aços revestidos). Eles não são graus inoxidáveis; nem são aços para ferramentas ou categorias de aços de liga de alta resistência por definição. O substrato subjacente pode ser aço carbono simples, livre de interstícios (IF) ou aço de baixo teor de liga de rendimento controlado, dependendo do fornecedor e da aplicação pretendida.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: papel típico dos elementos para substratos de aço carbono/baixo teor de liga revestidos (qualitativo)

Notas: - Muitas linhas de produtos de aço revestido são definidas pela massa do revestimento e acabamento superficial, enquanto o substrato é fornecido em um grau químico/microestrutural acordado. As composições exatas variam por usina e família de produtos. - A estratégia de liga para esses substratos geralmente favorece baixo carbono e microligação controlada para preservar formabilidade, soldabilidade e propriedades mecânicas consistentes após o revestimento.

Como a liga afeta o desempenho: - O carbono e o manganês definem principalmente a resistência e a ductilidade; aumentar C e Mn eleva a resistência e a temperabilidade, mas reduz a soldabilidade e a formabilidade. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) oferecem melhorias na resistência ao rendimento por meio de precipitação e refino de grão sem grandes aumentos no carbono. - A química do revestimento e a adesão dependem de pequenas adições (por exemplo, teor de Si) e do processo de revestimento (galvanização a quente, galvanização eletrolítica contínua ou processos Zn-Al).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: Para esses aços revestidos, o substrato é comumente uma estrutura de ferrita–pearlita ou ferrita com finos precipitados (em variantes HSLA). A microestrutura é escolhida para equilibrar formabilidade, resistência e tenacidade.
• Normalização: Produz uma estrutura de ferrita–pearlita mais fina e uniforme e pode ser usada para aplicações de maior resistência. A normalização pode melhorar a tenacidade e a estabilidade dimensional.
• Resfriamento e têmpera: Raro para aços de construção revestidos em geral, pois as operações de revestimento e os requisitos de formabilidade favorecem condições de substrato mais dúcteis. Q&T é usado quando maior resistência é necessária, mas geralmente está associado a produtos não revestidos ou especialmente tratados.
• Processamento termo-mecânico: Para substratos de baixo teor de liga de alta resistência, a laminação controlada e o resfriamento acelerado produzem microestruturas finas de ferrita–bainita que aumentam a resistência enquanto mantêm a ductilidade. Esses substratos podem ser posteriormente revestidos, mas a sequência do processo e a exposição térmica são críticas para manter a integridade do revestimento.
• Efeito do revestimento: Os processos de revestimento (galvanização a quente, galvanização contínua) impõem ciclos térmicos que podem temperar levemente ou alterar a microestrutura próxima à superfície. As usinas controlam o recozimento e o resfriamento para preservar as metas mecânicas do substrato.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: comportamento mecânico comparativo (qualitativo, dependente do substrato)

Interpretação: - As diferentes massas de revestimento não alteram substancialmente as propriedades mecânicas intrínsecas do substrato de aço. A seleção para resistência ou tenacidade deve, portanto, ser baseada na especificação do substrato, em vez do rótulo ZF70/ZF140 sozinho. Quaisquer pequenas diferenças no comportamento de conformação ou na iniciação de fraturas na superfície nas bordas podem surgir da espessura do revestimento e da adesão, não da resistência do substrato.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade dependem do equivalente de carbono do substrato e de como o revestimento afeta a estabilidade do arco e a fumaça. Índices úteis:

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

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

Interpretação qualitativa: - Menor teor de carbono e conteúdo de liga controlado reduzem a suscetibilidade a trincas a frio e fragilização por hidrogênio; mantenha $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ o mais baixos possível para facilitar a soldagem. - Revestimentos metálicos criam vaporização localizada de zinco durante a soldagem, o que pode causar porosidade e fumaça induzida por zinco; a remoção do revestimento na área da solda ou o uso de parâmetros de soldagem adequados é prática comum. - Revestimentos mais pesados (maior massa de revestimento) requerem limpeza adicional das bordas ou ajustes na técnica de soldagem, pois mais revestimento deve ser removido ou deslocado para uma solda sólida. - Pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e seleção apropriada de material de adição mitigam riscos em substratos de CE mais altos ou quando a contaminação do revestimento não pode ser totalmente removida.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• Para aços revestidos não inoxidáveis como ZF70 e ZF140, revestimentos metálicos (tipicamente zinco ou ligas de zinco) fornecem proteção sacrificial e proteção de barreira. Uma massa de revestimento mais pesada prolonga o início da corrosão do substrato e melhora a resistência à abrasão mecânica e danos por manuseio.
• Ao avaliar o desempenho contra corrosão em ambientes agressivos, considere os mecanismos de degradação localizada, proteção de bordas e a necessidade de passivação ou pintura pós-revestimento.
• Para aços inoxidáveis apenas, o PREN é relevante: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Este índice não é aplicável a aços carbono revestidos com zinco; use-o apenas ao avaliar verdadeiras ligas inoxidáveis.
• Sistemas de revestimento podem ser aumentados com camadas orgânicas, inibidores ou revestimentos de conversão para estender a vida útil, especialmente em atmosferas costeiras ou industriais.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Corte e usinagem: A maquinabilidade do substrato segue o comportamento padrão de carbono/baixo teor de liga. O revestimento metálico pode entupir ferramentas ou afetar o acabamento superficial; estratégias de ferramentas e refrigerantes devem levar isso em conta.
• Conformação e dobra: Revestimentos mais pesados alteram o atrito e podem rachar o revestimento em dobras agudas; janelas de processo (raio mínimo de dobra, geometria de punção/matriz) devem considerar a ductilidade e adesão do revestimento. Revestimentos mais pesados do tipo ZF140 mostrarão mais prontamente descontinuidades no revestimento em conformações severas, a menos que projetados para isso.
• Acabamento superficial: Revestimentos mais pesados oferecem melhor resistência ao pós-processamento, mas podem exigir um corte de borda mais cuidadoso e manutenção da faca de corte. A adesão da tinta e a eletrocoagulação podem depender da química do revestimento e da preparação da superfície.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha um revestimento mais leve onde a complexidade da conformação, soldabilidade ou menor custo inicial dominam e a exposição ambiental é limitada. - Escolha um revestimento mais pesado onde uma vida útil prolongada contra corrosão, proteção sacrificial melhorada ou melhor resistência à abrasão durante o serviço e manuseio são necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Produtos revestidos mais pesados têm custo unitário mais alto por área devido ao material de revestimento adicional e tempo de processamento. Economias de escala e estoques de fornecedores influenciam o preço final.
• Disponibilidade por forma de produto: Ambos os revestimentos são comumente oferecidos como bobinas, chapas e opções pré-pintadas. Os prazos de entrega podem variar conforme a demanda regional e a capacidade do fornecedor; variantes com revestimento mais pesado podem ter prazos de entrega ligeiramente mais longos se forem menos comumente estocadas.
• Dica de aquisição: Especifique explicitamente a massa de revestimento necessária, classe de adesão e propriedades mecânicas do substrato para evitar ambiguidades nas ofertas dos fornecedores.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Conclusões e orientações: - Escolha ZF70 se: a aplicação requer máxima formabilidade e facilidade de soldagem, a exposição ambiental é moderada e minimizar o custo inicial do material é uma prioridade. ZF70 é frequentemente preferido para estampagem complexa, painéis internos automotivos e componentes estruturais internos. - Escolha ZF140 se: a aplicação exige proteção contra corrosão prolongada, resistência melhorada à abrasão/manuseio ou redução da frequência de manutenção em ambientes externos ou agressivos. ZF140 faz sentido para componentes estruturais expostos, partes externas de carrocerias automotivas e peças que devem sofrer desgaste mecânico frequente ou exposição prolongada a atmosferas corrosivas.

Nota final: Como a química do substrato e os requisitos mecânicos podem ser especificados independentemente da massa do revestimento, sempre defina tanto o grau de aço substrato (requisitos mecânicos e químicos) quanto a massa/química do revestimento necessária em documentos de aquisição e design. Isso garante que a variante ZF selecionada atenda tanto às expectativas estruturais quanto de durabilidade, sem depender apenas da nomenclatura.