Z140 vs Z180 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Z140 e Z180 são classes de revestimento de zinco por imersão a quente amplamente utilizadas especificadas para produtos de aço. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente ponderam as compensações entre proteção contra corrosão, conformabilidade, soldabilidade e custo ao selecionar uma classe de revestimento de zinco. Os contextos típicos de decisão incluem exposição externa vs. interna, operações de conformação e dobra, processos de soldagem e união, e metas de custo de ciclo de vida.

A principal distinção prática entre Z140 e Z180 é a massa nominal do revestimento de zinco (e a espessura correspondente do revestimento): Z180 possui um revestimento de zinco mais pesado do que Z140. Essa diferença influencia a vida útil da proteção sacrificial, altera o comportamento de conformação e soldagem na superfície revestida e afeta o custo unitário e as características de acabamento—daí a comparação frequente nas decisões de design e aquisição.

1. Normas e Designações

• As designações Z são classes de massa de revestimento comumente usadas na prática europeia e internacional (por exemplo, terminologia do sistema EN para galvanização contínua por imersão a quente). Especificações equivalentes ou relacionadas aparecem em normas nacionais e especificações de produtos (por exemplo, classes de revestimento de chapa na família EN 10346 / EN 10142, e normas ASTM/ASME que especificam o desempenho do revestimento em vez do rótulo "Z").
• Z140 e Z180 não são graus de aço base. Elas são classes de revestimento de superfície aplicadas a uma variedade de aços substrato, que podem ser:
• Aços de carbono (baixo carbono) (substratos mais comuns para galvanização contínua)
• Aços HSLA/estruturais (quando especificados pelo fabricante)
• Aços comerciais laminados a frio ou a quente
• Aços inoxidáveis geralmente não são galvanizados da mesma forma; inoxidável é uma estratégia de corrosão diferente
• Classificação: Z140/Z180 = categorias de revestimento (tratamento de superfície). O aço subjacente pode ser carbono, HSLA ou outros tipos dependendo da forma do produto e do fornecedor.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

As classes “Z” descrevem a massa do revestimento de zinco; elas não definem diretamente a liga do substrato. A composição química relevante para a corrosão e propriedades mecânicas é, portanto, de duas partes: o revestimento de zinco (principalmente Zn com fases intermetálicas Fe–Zn) e a química do aço base (varia conforme o grau).

Tabela: Papel típico da especificação (qualitativa) para os elementos listados

Grau / Elemento	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	V	Nb	Ti	B	N
Z140 (classe de revestimento)	Não especificado — massa do revestimento apenas; dependente do substrato	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"
Z180 (classe de revestimento)	Não especificado — massa do revestimento apenas; dependente do substrato	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"

Notas: - Para ambos Z140 e Z180, o revestimento em si é predominantemente zinco; camadas intermetálicas Fe–Zn se formam na interface durante o processamento por imersão a quente. Elementos de liga no revestimento (por exemplo, pequenas adições de Al no banho) ou revestimentos de zinco intencionalmente ligados alteram a aparência da superfície e a cinética de crescimento, mas não alteram o fato de que a designação Z refere-se à massa do revestimento. - A química do aço base (C, Mn, Si, etc.) é selecionada de acordo com os requisitos mecânicos e normas para o produto (chapa, fita, estrutural). Os substratos típicos galvanizados continuamente são aços de baixo carbono; valores específicos são definidos pela norma do aço substrato e certificado da usina, não pela classe Z.

Como a liga afeta o desempenho (geral): - Liga do substrato (C, Mn, Si): controla a resistência do aço base, a capacidade de endurecimento e a resposta à conformação; maior teor de Si ou P pode acelerar o crescimento intermetálico Fe–Zn durante a galvanização. - Aditivos do banho de revestimento (Al, Ni, Pb, Bi, Sn, Mg em banhos especiais): afetam a aparência do revestimento, molhabilidade e soldabilidade; estes são especificados separadamente da classe de massa Z.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

A microestrutura do sistema revestido inclui: - Camada externa de zinco (fase Zn η quase pura em muitos casos) - Camadas intermetálicas na interface Zn–Fe (comumente descritas como fases ζ, δ e Γ para aços galvanizados por imersão a quente tradicionais) - Microestrutura do aço base (ferrita/pearlita, bainita/martensita temperada para aços de maior resistência)

Principais diferenças microestruturais impulsionadas pela massa do revestimento: - Revestimentos mais espessos (Z180) geralmente produzem uma camada externa de zinco mais espessa e, dependendo da química do banho e do tempo de imersão, podem desenvolver uma zona intermetálica mais espessa. Uma zona intermetálica mais espessa pode afetar a adesão e a fragilidade do revestimento durante a conformação.

Efeitos do tratamento térmico e processamento: - O revestimento é formado a temperaturas de zinco fundido; tratamentos térmicos subsequentes (por exemplo, galvanização: recozimento em um ambiente controlado para produzir uma superfície de liga Fe–Zn) alteram a microestrutura para enfatizar as camadas intermetálicas para adesão de tinta. - Normalização/resfriamento e tempera afetam apenas a microestrutura do substrato; o revestimento não replicará essas mudanças, exceto que tratamentos térmicos realizados após a galvanização podem modificar o revestimento (difusão de Fe em intermetálicos de Zn, perda potencial de ductilidade do revestimento). - Laminação/recocimento termo-mecânico antes da galvanização determina o tamanho e a resistência do grão do substrato e influencia o comportamento de crescimento do revestimento via química do substrato (Si, P).

4. Propriedades Mecânicas

A massa do revestimento não altera fundamentalmente as propriedades de tração/limite de escoamento do aço substrato, mas revestimentos mais espessos afetam o comportamento da superfície durante a conformação, a iniciação de fadiga local e o desgaste.

Tabela: Efeitos comparativos (qualitativos)

Propriedade	Z140	Z180
Resistência à tração (substrato em massa)	Igual ao aço subjacente (revestimento ≈ cosmético/sacrificial)	Igual ao aço subjacente
Limite de escoamento (substrato em massa)	Igual ao substrato	Igual ao substrato
Alongamento / conformabilidade	Levemente melhor para revestimento mais fino durante dobras acentuadas; menos rachaduras no revestimento	Levemente reduzida conformabilidade local em dobras severas; o revestimento pode rachar ou descascar se o raio de dobra for pequeno
Tenacidade ao impacto (substrato)	Não afetada (exceto na superfície imediata onde defeitos do revestimento podem atuar como concentradores de tensão)	Mesmo comportamento do substrato; revestimento mais espesso pode iniciar rachaduras na superfície sob impacto em alguns casos
Dureza da superfície (revestimento)	Dureza dominada pela camada de Zn e intermetálicos; tipicamente mais macio que o aço	Dureza ligeiramente maior na interface se a camada intermetálica for mais espessa

Explicação: - A capacidade mecânica do componente estrutural é controlada pelo grau do aço substrato. A camada de zinco é sacrificial; sua espessura influencia o desempenho local da superfície (adesão do revestimento durante a conformação) mais do que as propriedades mecânicas em massa.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente da química do substrato e da presença de zinco na junta. O zinco vaporiza e pode causar porosidade, aumento de respingos e defeitos induzidos por hidrogênio ou zinco se não forem gerenciados.

Índices de soldabilidade relevantes (sem entradas numéricas): - Equivalente de carbono do Instituto Internacional de Soldagem: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula profissional de carbono-manganês: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação e orientação prática: - O número Z em si não altera $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$, mas uma camada de zinco mais pesada (Z180) aumenta a quantidade local de zinco na zona de solda, o que leva a: - Aumento do risco de porosidade e formação de fumaça de zinco durante a soldagem a arco. - Necessidade de remoção do revestimento pré-soldagem (desgaste mecânico, queima localizada ou decapagem química) ou parâmetros de soldagem adaptados (maior velocidade de deslocamento, menor entrada de calor, uso de gás de proteção). - Consideração da seleção de eletrodo/filler e gás de proteção para gerenciar a porosidade. - Para soldagem por pontos de chapa revestida, revestimentos mais espessos podem aumentar o desgaste do eletrodo e reduzir o tamanho do nugget; ajustes nos parâmetros do processo são necessários.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• O revestimento de zinco fornece proteção catódica (sacrificial) ao aço exposto e proteção de barreira à superfície. Uma maior massa de revestimento geralmente estende a vida da proteção sacrificial.
• PREN não é aplicável a aços de carbono revestidos de zinco (PREN se aplica à classificação de resistência à corrosão de aços inoxidáveis). Para referência, as métricas de desempenho inoxidável são diferentes: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (Este índice é irrelevante para aço galvanizado.)

Considerações sobre proteção contra corrosão: - Z180 oferece uma camada sacrificial mais espessa do que Z140 e, portanto, geralmente proporciona uma vida útil sem manutenção mais longa em ambientes semelhantes. - Revestimentos mais espessos podem mostrar uma formação de ferrugem branca mais pronunciada durante a exposição inicial em armazenamento úmido/seco se não forem manuseados e drenados adequadamente. - Acabamento de superfície (pintura, revestimentos de conversão, passivação) ainda é recomendado para atmosferas agressivas—zinco mais espesso compra tempo antes que a tinta se degrade.

Conversão entre massa de revestimento e espessura aproximada (regra prática útil): - A relação física é: $$t = \frac{m}{\rho}$$ onde $t$ é a espessura em μm se $m$ for dado em g/m² e $\rho$ é a densidade do zinco em g/cm³ (conversões de unidade apropriadas incorporadas). - Usando a densidade do zinco (~7.14 g/cm³) dá espessuras aproximadas: - Z140 → aproximadamente $140/7.14 \approx 19.6\ \mu m$ - Z180 → aproximadamente $180/7.14 \approx 25.2\ \mu m$ - Estas são conversões aproximadas de número único; a morfologia real do revestimento (intermetálico vs. camada de Zn pura) afeta a espessura funcional e o desempenho.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte e cisalhamento: tanto Z140 quanto Z180 podem ser cortados por métodos padrão; zinco mais espesso pode produzir mais escória e exigir manutenção de ferramentas ligeiramente diferente.
• Conformação e dobra: Z140 é geralmente melhor para dobras apertadas e peças altamente conformadas porque o revestimento mais fino é menos provável de rachar ou descascar. Z180 pode exigir raios de dobra maiores, lubrificação adicional ou retoques pós-conformação.
• Maquinabilidade: A camada de zinco é macia em comparação com o aço; zinco mais espesso pode afetar acabamentos de superfície e exigir acabamentos mais agressivos após usinagem ou torneamento.
• Acabamento: Pintura, revestimento em pó ou outros revestimentos superiores geralmente aderem a ambos—mesmo assim, superfícies galvanizadas (engenheiradas por tratamento térmico) são frequentemente preferidas quando uma adesão superior da tinta é necessária.

8. Aplicações Típicas

Z140 — Usos Típicos	Z180 — Usos Típicos
Membros estruturais internos, seções de construção de baixo peso, painéis internos automotivos, aplicações onde resistência moderada à corrosão é aceitável e conformabilidade é crítica	Componentes arquitetônicos externos, cercas, fixadores externos, revestimento de edifícios moderadamente expostos, aplicações onde uma vida sacrificial extra é desejada
Estampagens formadas com dobras de raio apertado e conformação pesada	Peças que requerem intervalos de manutenção mais longos em exposições atmosféricas; aplicações com umedecimento e secagem periódicos

Racional de seleção: - Escolha revestimentos mais finos quando o desempenho de conformação e a minimização de custos são prioridades e as condições de serviço são brandas. - Escolha revestimentos mais pesados quando a proteção contra corrosão aumentada e a vida útil mais longa superam o custo incremental e os ajustes potenciais de conformação/soldagem.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Z180 custa mais do que Z140 por área devido ao maior consumo de zinco e possivelmente ao aumento do tempo de processamento.
• Disponibilidade: Ambas as classes de revestimento são comumente produzidas em operações de galvanização contínua por imersão a quente para chapa e bobina; a disponibilidade depende da usina e da forma do produto (bobina revestida, chapa cortada a comprimento, tubos ou membros estruturais fabricados).
• Considerações de aquisição: especifique a classe de revestimento, grau do aço base e qualquer química de banho especial ou tratamento pós-processamento (galvanização, passivação) nos pedidos de compra. Certificados da usina devem confirmar a massa do revestimento (g/m²) e o grau do aço substrato.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Atributo	Z140	Z180
Soldabilidade (como revestido)	Melhor para soldagem sem pré-limpeza; menos zinco para vaporizar	Maior risco de porosidade e fumaça; pré-limpeza frequentemente necessária
Resistência–Tenacidade (substrato em massa)	Determinado pelo substrato; efeito mínimo do revestimento	Determinado pelo substrato; efeito mínimo do revestimento
Conformabilidade	Melhor para dobras apertadas e conformação severa	Levemente reduzida para conformação acentuada; pode exigir raios maiores
Vida útil contra corrosão (sacrificial)	Moderada	Estendida (melhor proteção sacrificial)
Custo	Mais baixo	Mais alto

Conclusões e recomendações: - Escolha Z140 se: - O componente será fortemente conformado ou estampado com raios de dobra apertados. - O ambiente de exposição é brando a moderado e os requisitos de corrosão do ciclo de vida são modestos. - O custo inicial de material mais baixo e a facilidade de processamento posterior (soldagem, pintura) são prioridades.

• Escolha Z180 se:
• Uma proteção contra corrosão sacrificial mais longa for necessária (exposição externa, umedecimento periódico ou intervalos de manutenção reduzidos).
• Um custo de material ligeiramente mais alto for aceitável em troca de uma vida útil estendida.
• Os processos de conformação e soldagem puderem ser adaptados para acomodar o revestimento mais espesso (limpeza pré-soldagem, raios de dobra ajustados, ajuste de parâmetros do processo).

Nota final: Como Z140 e Z180 são especificações de massa de revestimento em vez de graus de aço substrato, especifique tanto a classe Z quanto o grau exato do aço substrato ao emitir documentos de aquisição. Confirme a massa do revestimento e a química do banho com relatórios de teste da usina e realize testes de conformação/soldagem onde a espessura do revestimento possa influenciar as janelas de processo.