Z100 vs Z180 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Z100 e Z180 são designações comumente encontradas na cadeia de suprimentos de aço laminado a frio e a quente quando os materiais são entregues com um revestimento de zinco por imersão a quente. O dilema de seleção entre eles é familiar para engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura: você prioriza o menor custo do material e a formação mais fácil, ou a maior proteção contra corrosão sacrificial e maior vida útil? As decisões geralmente equilibram a exposição à corrosão, os requisitos de formação/soldagem, o acabamento e a longevidade do revestimento em relação ao custo unitário e à disponibilidade.
No cerne, as duas designações diferem na quantidade de zinco aplicada à superfície do aço: uma tem um revestimento de zinco mais leve, enquanto a outra possui uma massa de zinco mais pesada por unidade de área. Como essas etiquetas descrevem a massa do revestimento superficial em vez de diferentes ligas base, elas são frequentemente comparadas quando a mesma química de aço base e grau mecânico são oferecidos com diferentes pesos de revestimento de zinco.
1. Normas e Designações
Normas e especificações internacionais comuns que cobrem aço revestido com zinco por imersão a quente e a forma como os revestimentos são designados incluem: - ASTM A653 / A653M e ASTM A792 (revestimentos de zinco e liga de zinco em chapas de aço, geralmente usando designações G). - EN 10346 (produtos planos revestidos com zinco por imersão a quente contínua) e documentos relacionados EN/ISO (alguns usam prefixos Z para indicar a massa do revestimento). - Normas JIS para revestimentos de zinco (comumente usam nomenclatura do tipo Z na prática japonesa). - Normas nacionais como as especificações chinesas GB/T para galvanização por imersão a quente e aço galvanizado.
Nota importante: Z100 e Z180 não são graus de liga de aço (carbono, HSLA, ferramenta ou inox); referem-se à massa do revestimento de zinco em um substrato. O substrato em si é normalmente aço laminado a frio ou a quente de baixo carbono ou baixa liga (não inox). A especificação do aço subjacente (por exemplo, qualidade comercial laminada a frio, graus de conformação ou graus estruturais) deve ser lida juntamente com a designação do revestimento.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | Z100 | Z180 |
|---|---|---|
| C | Não aplicável ao revestimento; composição do substrato conforme o grau de aço solicitado | Não aplicável ao revestimento; composição do substrato conforme o grau de aço solicitado |
| Mn | " | " |
| Si | " | " |
| P | " | " |
| S | " | " |
| Cr | " | " |
| Ni | " | " |
| Mo | " | " |
| V | " | " |
| Nb | " | " |
| Ti | " | " |
| B | " | " |
| N | " | " |
Comentários: - A tabela lista intencionalmente "Não aplicável ao revestimento" porque Z100 e Z180 denotam a massa do revestimento de zinco (massa de zinco por unidade de área) em vez da química do metal base. A composição química do substrato é determinada pelo grau de aço especificado (por exemplo, SPCC, DC01, S235, etc.). Os aços base típicos usados para galvanização por imersão a quente são aços de carbono ou baixa liga com carbono e liga controlados para atender aos requisitos mecânicos e de conformabilidade. - A estratégia de liga para o substrato (C, Mn, Si, elementos de microliga) visa principalmente resistência, temperabilidade, conformabilidade e resposta ao tratamento térmico; o revestimento de zinco em si é essencialmente Zn metálico com adições de liga ocasionais (por exemplo, alumínio em Galfan ou revestimentos de zinco-alumínio) introduzidas para controlar a morfologia do revestimento e a aderência.
Como a liga afeta o desempenho (perspectiva do substrato): - O aumento do carbono e da microliga (V, Nb, Ti) eleva as resistências de escoamento e tração, mas reduz a soldabilidade e pode aumentar a suscetibilidade a trincas por hidrogênio se não for controlado. - Os níveis de silício e fósforo influenciam a reatividade da superfície do aço no banho de galvanização e, portanto, a morfologia do revestimento resultante e a uniformidade da espessura. - A massa do revestimento de zinco (mais leve vs mais pesada) afeta a vida útil contra corrosão e a proteção das bordas, mas não altera a resistência intrínseca do substrato em massa.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura do substrato: Os revestimentos Z100 e Z180 são aplicados a aços cuja microestrutura depende da especificação do aço e da rota de processamento (ferrita–pearlita, ferrita–bainita, martensita em graus temperados e revenidos, ou de fase dupla em alguns aços avançados). A camada de zinco forma intermetálicos na interface revestimento/substrato durante a galvanização por imersão a quente; a quantidade e a espessura dessas camadas intermetálicas dependem da química da superfície do aço e das condições do banho.
- Microestrutura do revestimento: Uma camada típica de zinco por imersão a quente tem uma estrutura em múltiplas camadas com uma camada externa de zinco puro e uma ou mais camadas intermetálicas (fases zinco-ferro). Revestimentos mais pesados (por exemplo, Z180 em relação a Z100) aumentam a espessura da camada externa de zinco e podem aumentar o material intermetálico total, dependendo da reatividade da superfície do aço e do tempo de imersão.
- Resposta ao tratamento térmico: Tratamentos térmicos pós-galvanização raramente são aplicados para modificar revestimentos diretamente porque o calor pode alterar a morfologia do revestimento. A resposta do substrato à normalização, resfriamento e revenimento, ou processamento termo-mecânico é independente da massa de zinco, mas a galvanização é tipicamente aplicada após a conformação ou em estágios controlados para evitar danos ao revestimento. Para material pré-galvanizado (revestido a bobina), os tratamentos térmicos devem ser validados porque altas temperaturas podem causar difusão e alterações no revestimento.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | Z100 (massa de zinco mais leve) | Z180 (massa de zinco mais pesada) |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Determinada pelo substrato; a massa do revestimento tem efeito negligenciável na tração em massa | Mesma do substrato; a massa do revestimento não altera a tração central |
| Resistência ao escoamento | Determinada pelo substrato; inalterada pela massa do revestimento | Mesma do substrato |
| Alongamento | Alongamento do substrato inalterado; a deformação local na superfície pode ser afetada durante a conformação severa | Alongamento do substrato inalterado; revestimento mais espesso pode trincar ou descascar em deformações mais altas |
| Dureza de impacto | Dureza do substrato inalterada em massa; a fragilização da superfície é negligenciável para a maioria dos aços | Mesma dureza em massa; nas bordas cortadas, o zinco frágil pode influenciar o desempenho de impacto localizado |
| Dureza (superfície) | Dureza da superfície ligeiramente aumentada pela deposição de intermetálicos de zinco duro; efeito geral pequeno | Zinco mais espesso aumenta a espessura da camada superficial — resistência à abrasão local ligeiramente maior, mas o zinco é mais macio que o aço |
Interpretação: - Os valores de resistência mecânica e ductilidade do aço com revestimentos Z100 vs Z180 são fundamentalmente controlados pelo grau do substrato e pelo tratamento térmico. A massa do revestimento de zinco influencia o comportamento da superfície durante a conformação, a iniciação de trincas locais nas bordas ou características altamente deformadas, e o comportamento de desgaste, mas não altera materialmente as resistências à tração ou ao escoamento em massa. - Revestimentos mais espessos têm maior probabilidade de desenvolver trincas longitudinais ou pulverização em operações de dobra agressivas; a validação do processo é necessária ao passar de um revestimento mais leve para um mais pesado.
5. Soldabilidade
Considerações sobre soldabilidade incluem o equivalente de carbono do substrato e a presença de uma camada de zinco na zona de solda.
Índices úteis de equivalente de carbono e soldabilidade: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm do Instituto Internacional 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 e orientações práticas: - O CE ou Pcm numérico deve ser calculado a partir da composição do substrato para avaliar os requisitos de pré-aquecimento e a suscetibilidade a trincas a frio. Essas fórmulas não incluem a massa do revestimento de zinco. - Soldar sobre uma camada de zinco introduz problemas adicionais: o zinco vaporiza e produz fumaça, pode causar porosidade em soldas de fusão e pode levar à fragilização do cordão de solda se não for removido ou eliminado. Revestimentos de zinco mais espessos (Z180) geralmente aumentam o volume de vapor de zinco e o risco de porosidade e geração de fumaça em comparação com Z100. - Práticas recomendadas: remover o zinco da zona de solda imediata por meio de moagem ou meios químicos; usar ventilação e extração de fumaça apropriadas; aplicar parâmetros de soldagem de menor entrada de calor ou barras de apoio e usar consumíveis adequados para o substrato; considerar soldagem por plugue ou fixação mecânica para peças com revestimento muito espesso. - Para soldagem por resistência e soldagem pontual, revestimentos mais espessos alteram a resistência de contato elétrico e podem exigir ajustes na força do eletrodo, corrente e tempo. Revestimentos mais pesados geralmente aumentam o número de soldas rejeitadas se os parâmetros do processo não forem otimizados.
6. Corrosão e Proteção da Superfície
- Para aços não inoxidáveis com revestimentos de zinco, a proteção contra corrosão é sacrificial (proteção catódica) mais proteção de barreira da camada de zinco. Massas de zinco mais pesadas proporcionam maior vida útil e melhor proteção nas bordas cortadas, arranhões e fendas, pois há mais metal sacrificial para consumir antes de expor o substrato.
- PREN não é aplicável a revestimentos de zinco; PREN é relevante para aços inoxidáveis e é calculado como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Considerações práticas:
- Z100 é tipicamente adequado em ambientes brandos e onde acabamentos pintados são usados para fornecer uma barreira adicional.
- Z180 é escolhido para atmosferas externas mais agressivas, zonas costeiras ou aplicações onde proteção de borda e intervalos de manutenção mais longos são necessários.
- Revestimentos adicionais (tintas, passivação, revestimentos de conversão) podem ser aplicados sobre o zinco para melhorar a estética e a resistência à corrosão; a combinação deve ser validada para aderência e compatibilidade.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Corte: Operações de cisalhamento e estampagem geralmente não são afetadas em massa pela massa do revestimento, mas revestimentos mais espessos podem produzir mais escamas, flocos ou rebarbas que requerem pós-processamento e podem aumentar o desgaste das ferramentas.
- Conformação e dobra: Revestimentos de zinco mais espessos são mais propensos a trincas, pulverização e transferência durante dobras apertadas ou conformação profunda. Para operações de conformação severa, um revestimento mais leve ou galvanização pós-conformação é frequentemente preferido, ou os parâmetros do processo (raios de matriz, lubrificação) devem ser ajustados.
- Maquinabilidade: Revestimentos de zinco não alteram substancialmente a maquinabilidade do núcleo de aço para operações de corte, mas o acabamento da superfície e a vida útil da ferramenta podem ser afetados pela transferência de zinco. O uso de revestimentos de ferramentas apropriados e refrigerantes é recomendado.
- Acabamento: Revestimentos mais pesados podem exigir preparação de superfície mais agressiva para pintura ou colagem; no entanto, uma camada de zinco mais espessa também pode fornecer um substrato mais uniforme para camadas superiores em muitos processos.
8. Aplicações Típicas
| Z100 – Aplicações típicas | Z180 – Aplicações típicas |
|---|---|
| Painéis arquitetônicos internos, interiores de eletrodomésticos, dutos de HVAC de leve, componentes de construção pintados para ambientes protegidos | Fachadas de edifícios externos, calhas e tubos de queda, sinalização de beira de estrada, equipamentos agrícolas, estruturas em atmosferas moderadamente agressivas |
| Móveis e armários de metal de leve onde a conformação é severa e a aderência do revestimento a dobras complexas é importante | Peças de carroceria automotiva onde maior vida útil contra corrosão ou melhor proteção de borda é necessária (dependendo da especificação do OEM) |
Racional de seleção: - Escolha o revestimento mais leve quando os requisitos de conformação forem rigorosos, quando o ambiente for brando ou quando a peça final for revestida com tinta que fornece a barreira primária. - Escolha o revestimento mais pesado para exposição externa prolongada, locais onde a proteção de borda é crítica ou onde os ciclos de manutenção devem ser estendidos.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: revestimentos de zinco mais pesados requerem mais metal de zinco e tempos de imersão mais longos ou química de banho diferente, portanto, Z180 será tipicamente mais caro por unidade de área do que Z100. A diferença de custo deve ser ponderada em relação à economia de ciclo de vida proveniente da redução de manutenção e maior vida útil contra corrosão.
- Disponibilidade: ambas as massas de revestimento estão comumente disponíveis em bobinas, chapas e produtos pré-pintados de grandes usinas, mas a disponibilidade por grau de substrato e espessura pode variar por região e usina. Graus de substrato especiais com alta conformabilidade ou alta resistência podem ser mais limitados em versões com revestimento pesado, portanto, é aconselhável um engajamento precoce com usinas ou fornecedores.
10. Resumo e Recomendação
| Critérios | Z100 (mais leve) | Z180 (mais pesado) |
|---|---|---|
| Soldabilidade (prática) | Mais fácil: menos zinco para remover, menos fumaça de soldagem e problemas de porosidade | Mais desafiador: mais vapor/fumaça de zinco e risco de porosidade; remoção ou controles de processo necessários |
| Resistência–Tenacidade (substrato) | Determinada pelo aço base escolhido; a massa do revestimento não altera as propriedades em massa | Mesma do substrato; a massa do revestimento influencia o comportamento da superfície sob tensão |
| Custo | Custo de material mais baixo | Custo de material mais alto, mas maior vida útil contra corrosão |
Recomendações: - Escolha Z100 se seu produto for formado com raios apertados ou conformação profunda, for instalado em um ambiente relativamente benigno ou receber uma pintura ou revestimento em pó de alta qualidade que sirva como a barreira primária contra corrosão. Z100 minimiza a descamação do revestimento e reduz problemas de fumaça/porosidade na soldagem. - Escolha Z180 se a peça for exposta a ambientes externos ou moderadamente agressivos, se maior vida útil e melhor proteção de borda forem necessárias, ou se os intervalos de manutenção devem ser minimizados. Z180 fornece maior reservatório de zinco sacrificial e melhor proteção a longo prazo em arranhões e bordas cortadas.
Nota final: Z100 e Z180 são designações de massa de revestimento ligadas à prática de galvanização, em vez de graus de substrato metalúrgico distintos. Sempre especifique tanto o grau de aço subjacente (requisitos químicos e mecânicos) quanto a massa de revestimento necessária nos documentos de aquisição, e valide os processos de conformação, soldagem e acabamento para a combinação escolhida com dados do fornecedor e testes de processo.