DX51D+Z vs DX51D+ZF – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

DX51D+Z e DX51D+ZF são aços de baixo carbono laminados a frio intimamente relacionados, amplamente utilizados para produtos planos revestidos nas indústrias automotiva, de eletrodomésticos e de construção. O dilema prático de seleção para engenheiros e equipes de compras geralmente gira em torno do equilíbrio entre resistência à corrosão e capacidade de pintura em relação à conformabilidade e custo, e na escolha da química do revestimento que melhor se adapta aos processos de união e acabamento. Ambas as notações identificam o mesmo grau de substrato DX51D; a distinção crítica reside no tipo e caráter metalúrgico do revestimento à base de zinco aplicado à chapa.

Este artigo compara as duas opções em relação a normas, composição, microestrutura e resposta ao tratamento térmico, propriedades mecânicas, soldabilidade, desempenho à corrosão, comportamento de fabricação, aplicações típicas e considerações de aquisição para apoiar decisões de seleção informadas.

1. Normas e Designações

• EN: DX51D é definido como um grau de substrato na EN 10346 (produtos planos de aço revestidos a quente por imersão contínua) e normas EN relacionadas para produtos laminados a frio usados como bases para revestimento.
• JIS/ASTM/ASME/GB: Existem graus equivalentes de baixo carbono laminados a frio em outras normas (por exemplo, famílias DC01/DC03 na nomenclatura EN/ISO ou aços laminados a frio leves na JIS/ASTM), mas DX51D especifica as designações de revestimento EN.
• Designadores de revestimento:
• +Z denota um revestimento de zinco metálico (camada de zinco galvanizado a quente).
• +ZF denota um revestimento de liga zinco-ferro (uma camada de superfície rica em intermetálicos de zinco-ferro produzida por meio de ligações/difusão durante o processo de imersão a quente, comumente referida como um revestimento de zinco-ferro).
• Classificação: O substrato DX51D é um aço carbono laminado a frio de baixo carbono (não inoxidável, não HSLA, não aço para ferramentas).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

O substrato DX51D é um aço laminado a frio de baixo carbono e baixa liga projetado para boa conformabilidade e resistência adequada após o revestimento. As faixas de composição típicas são intencionalmente baixas em conteúdo de liga; os valores exatos dependem do produtor e da espessura da chapa. A tabela a seguir resume faixas típicas representativas em vez de limites rígidos — sempre verifique os certificados de material do fornecedor para números exatos.

Notas: - DX51D é deliberadamente baixo em elementos de liga; seu desempenho mecânico vem principalmente da redução a frio, endurecimento por deformação e ciclos de revestimento/recocção, em vez de adições significativas de liga. - A química do revestimento difere: o produto +Z possui uma camada de zinco metálico; o produto +ZF possui uma camada de liga zinco-ferro formada por difusão/recocção após a galvanização a quente. A microquímica do revestimento (Zn vs intermetálicos Zn–Fe) é a diferença metalúrgica central e influencia fortemente a dureza da superfície, adesão e comportamento pós-processamento.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês controlam a resistência e a temperabilidade do aço base; manter o carbono baixo preserva a conformabilidade e a soldabilidade. - O silício e o fósforo afetam a desoxidação da superfície e o comportamento de escoamento; níveis baixos controlados ajudam a evitar a fragilização. - A ausência de ligações fortes reduz a temperabilidade; esses aços são prontamente soldáveis e conformáveis, mas têm potencial limitado para aumentos de resistência através da espessura via tratamento térmico.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura (típica): - DX51D laminado a frio: matriz ferrítica com grãos alongados dispersos e estrutura de deslocação endurecida por trabalho. Após recocção contínua (comum para chapa revestida), a microestrutura é em grande parte ferrita recristalizada com tamanho de grão fino ajustado para ductilidade. - Influência do revestimento: O processo de imersão a quente deposita um revestimento e, no caso do +ZF, um passo subsequente de ligações/recocção promove a difusão entre zinco e ferro para formar intermetálicos Zn–Fe (por exemplo, fases zeta, delta) na interface revestimento/substrato.

Efeitos do tratamento térmico/processamento: - Recocção de recristalização: restaura a ductilidade no substrato e afeta a aderência do revestimento; recocções contínuas padrão usadas antes do revestimento produzem uma ferrita macia e dúctil. - Normalização/resfriamento e têmpera: não é típico para DX51D; o baixo teor de liga limita a temperabilidade, portanto, rotas HT convencionais usadas para HSLA ou aços temperados não são geralmente aplicadas. - Processamento termo-mecânico: modificações na redução a frio e perfis de recocção podem ajustar combinações de limite de escoamento/resistência e valores r (razões de deformação plástica) importantes para o desempenho de conformação, mas o substrato permanece um aço ferrítico de baixa liga.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas do DX51D revestido dependem da espessura, redução a frio e recocção final. O revestimento em si contribui minimamente para os valores mecânicos em massa, mas afeta as respostas relacionadas à superfície (por exemplo, trincas no revestimento durante a conformação). As faixas de propriedades típicas são apresentadas como representativas; verifique os certificados do moinho para lotes de produção.

Qual é mais forte/mais resistente/mais dúctil: - O substrato DX51D base determina o envelope mecânico; os revestimentos +Z e +ZF não alteram materialmente os valores de tração ou escoamento em massa. - A ductilidade e a conformabilidade são efetivamente as mesmas para o substrato — as diferenças na conformabilidade prática são impulsionadas pela ductilidade e adesão do revestimento. Revestimentos de zinco puro (+Z) são geralmente mais dúcteis durante operações de conformação severa do que revestimentos de liga ricos em ferro (+ZF), que podem ser ligeiramente mais duros e mais propensos à fragmentação do revestimento em deformações extremas.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente do equivalente de carbono do substrato e do comportamento do revestimento durante a soldagem.

Índices de soldabilidade comuns: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (sensibilidade a trincas de soldagem): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - O substrato DX51D tem baixo teor de carbono e baixa liga, produzindo baixos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ — portanto, o substrato em si é prontamente soldável por métodos de fusão e resistência padrão. - Efeitos do revestimento: - +Z (zinco) vaporiza e pode causar fumos de zinco, porosidade e subcorte se não for removido localmente ou se os parâmetros de soldagem não forem ajustados; ventilação e controle de fumos são necessários. - Revestimentos +ZF (liga zinco-ferro) tendem a ser mais ricos em ferro e aderem mais fortemente; produzem menos fumaça e são mais fáceis de soldar sem pré-desbaste, e geralmente reduzem a porosidade em comparação com revestimentos de zinco puro. - Soldagem por resistência: A resistência elétrica do revestimento afeta a soldabilidade por ponto. Revestimentos de zinco podem reduzir a vida útil do eletrodo e alterar as correntes de soldagem. Revestimentos galvannealed ou ZF geralmente proporcionam um comportamento de soldagem por ponto mais consistente devido a uma condição de superfície mais estável. - Preparação pré-soldagem (desbaste ou uso de parâmetros adaptados) mitiga problemas de soldagem relacionados ao revestimento.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• Nenhum dos dois, DX51D+Z ou DX51D+ZF, é aço inoxidável; a proteção contra corrosão depende do tipo e espessura do revestimento.
• +Z (zinco): fornece proteção galvânica sacrificial — o zinco se corroe preferencialmente, protegendo o aço exposto em arranhões e bordas cortadas. Camadas de zinco puro são geralmente mais dúcteis e fornecem proteção sacrificial robusta.
• +ZF (liga zinco-ferro): a camada de liga oferece boa proteção de barreira e melhor adesão da tinta devido a uma superfície mais ativa em óxido e topografia mais áspera; geralmente é melhor para repintura e durabilidade ao cozimento.
• Fórmula PREN (caso de uso inoxidável): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Este índice não é aplicável a produtos DX51D porque são aços de baixo carbono não inoxidáveis.
• Implicações práticas:
• Para resistência à corrosão em bordas expostas ou cortadas, +Z é frequentemente superior devido ao comportamento sacrificial.
• Para sistemas pintados/revestidos onde a longa vida útil da tinta e a capacidade de cozimento são importantes, +ZF geralmente resulta em melhor adesão da tinta e menor risco de descamação, melhorando a longevidade do sistema.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformação:
• Revestimentos +Z (zinco metálico) são tipicamente mais tolerantes em estampagem profunda e conformação severa porque o revestimento é mais macio e dúctil; menor risco de fraturas visíveis no revestimento.
• Revestimentos +ZF são mais duros e mais quebradiços na superfície e podem desenvolver pequenas trincas no revestimento durante dobras apertadas ou conformação por estiramento; no entanto, essas trincas geralmente estão bem unidas e são menos visíveis após a pintura.
• Corte e cisalhamento: o tipo de revestimento afeta ligeiramente a formação de rebarbas e o desgaste das ferramentas. Revestimentos +ZF podem aumentar a abrasão das ferramentas em comparação com +Z.
• Maquinabilidade: ambos se comportam como aço leve; os revestimentos precisam ser considerados para adesão de aparas e contaminação das ferramentas.
• Acabamento: +ZF oferece melhor adesão da tinta e compatibilidade com ciclos de eletro-revestimento e cozimento em alta temperatura; +Z pode exigir pré-tratamentos específicos para desempenho ideal da tinta.
• Manuseio e armazenamento: ambos requerem precauções padrão para evitar danos mecânicos ao revestimento; +Z pode mostrar arranhões mais visíveis (mas a proteção sacrificial mantém o desempenho contra corrosão), enquanto danos em +ZF podem aparecer mais escuros e mais aderentes.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha +Z quando a proteção contra corrosão sacrificial e a conformabilidade profunda forem priorizadas e quando a sensibilidade ao custo for importante. - Escolha +ZF quando a pintura subsequente, ciclos de cozimento e consistência da solda forem importantes; +ZF suporta sistemas de tinta robustos e geralmente resulta em melhor resistência à descamação da tinta durante a conformação.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Na maioria dos mercados, DX51D+Z é tipicamente ligeiramente menos caro do que DX51D+ZF porque este último requer um passo adicional de ligações/recocção para formar a camada de zinco-ferro. As diferenças exatas de preço dependem dos preços de mercado do zinco e das capacidades dos processadores.
• Disponibilidade: Ambos os revestimentos são produtos comerciais padrão disponíveis de grandes revestidores de bobinas e usinas de aço em uma ampla gama de espessuras e pesos de bobina. Os prazos de entrega são geralmente curtos para calibres comuns; revestimentos especiais ou pré-tratamentos de tinta necessários podem estender o tempo de aquisição.

10. Resumo e Recomendação

Orientação final: - Escolha DX51D+Z se você precisar de chapa galvanizada econômica com forte proteção contra corrosão sacrificial e comportamento de revestimento dúctil superior para estampagem profunda ou componentes estruturais expostos. - Escolha DX51D+ZF se sua prioridade for a adesão da tinta, soldagem consistente (especialmente soldagem por resistência) e desempenho pintado a longo prazo — demandas comuns em painéis externos/internos automotivos e aplicações de bobinas pré-pintadas.

Nota final: Como a química e a condição de processamento do substrato (DX51D) determinam o comportamento mecânico, e como os parâmetros de revestimento variam de fornecedor para fornecedor, sempre solicite certificados de teste do moinho, pesos/espessuras de revestimento e realize testes representativos de conformação/soldagem/pintura com seu fornecedor escolhido antes da aceitação total da produção.