Acero galvanizado: propiedades, procesos y usos del material

El acero galvanizado juega un papel importante en el campo de la ciencia y la ingeniería de materiales debido a su conjunto único de propiedades. Tiene una amplia gama de aplicaciones, especialmente en la construcción, el hogar y diversos componentes de automoción. La protección del recubrimiento de zinc es lo que lo hace único frente a otros tipos de acero, lo que eventualmente favorece su vida útil prolongada. En este artículo, podrá explorar las propiedades del material, el proceso de fabricación y su amplio uso en la industria. Entonces, independientemente de su formación académica, prepárese para adquirir conocimientos de esta materia tan versátil.

Figura 1: Acero galvanizado

¿Qué es el acero galvanizado?

Un tipo de acero que se compone de un recubrimiento de zinc mediante un reconocido proceso de galvanización. El respectivo recubrimiento se realiza mediante unión metalúrgica de zinc y acero con el único fin de aumentar sus propiedades como resistencia a la corrosión y durabilidad. Por lo tanto, esta capa protectora le permite resistir ambientes agresivos. Además, aumenta la vida útil del acero, haciéndolo duradero y rentable [3] [4].

Figura 2: Chapa de acero galvanizado

¿Por qué es importante el acero galvanizado?

Este tipo de acero tiene su importancia debido a su excepcional resistencia a la corrosión y su larga vida útil. La capa protectora de zinc actúa como un bloqueo que evita que el oxígeno y el aire entren en contacto directo con el acero, minimizando finalmente las posibilidades de degradación y oxidación. Esta capacidad de soportar diferentes condiciones ambientales convierte a este material en una opción perfecta para que los industriales lo utilicen en aplicaciones como construcción e infraestructura. Además de esto, requiere relativamente poco mantenimiento, lo que la convierte en una opción rentable.

¿Para qué se utiliza el acero galvanizado?

Este acero protegido con zinc tiene una variedad de aplicaciones debido a su conjunto único de propiedades. Algunos de ellos se enumeran a continuación:

Construcción

• vigas estructurales
• Techos
• Paredes

Motorium

• Carrocerías y piezas de automóviles.

Infraestructura

• Puentes
• Las barandillas
• Postes de luz

Electrodomésticos

• Lavadoras
• Refrigeradores

Agricultura

• Esgrima
• Silos

Figura 3: Aplicaciones del acero galvanizado

Ventajas y desventajas del material de acero galvanizado

A continuación se detallan algunas de las ventajas y desventajas del acero galvanizado:

Figura 4: Ventajas y desventajas del acero galvanizado

¿Cómo se fabrica el acero galvanizado?

Este acero se fabrica mediante un proceso de galvanización en el que la inmersión del acero se realiza en zinc fundido. A continuación se muestra la breve descripción del acero galvanizado:

El proceso de galvanización

El proceso de galvanizado más destacado que garantiza una buena propiedad de resistencia a la corrosión es el galvanizado en caliente, que consta de varios pasos que se analizan a continuación:

Preparación de la superficie

Primero, el acero se somete a una preparación de la superficie antes de recubrirlo con zinc. Se puede realizar en tres etapas que se describen a continuación:

• Desengrase y Limpieza:La suciedad, el aceite y otros tipos de contaminantes se eliminan mediante el uso de una solución alcalina para garantizar que el recubrimiento de zinc esté libre de defectos.
• Decapado:Una vez limpio, el acero se sumerge en ácido sulfúrico o clorhídrico, que elimina aún más el óxido o cualquier óxido presente en la superficie del acero.
• Fundente:Después de eso, el acero se sumerge en una solución fundente que consiste en cloruro de zinc y amonio que conduce a la formación de una capa protectora que impide la oxidación antes de galvanizar. Este proceso también ayuda a aumentar la capacidad de adhesión del recubrimiento de zinc al acero.

Galvanizado en caliente

El proceso incluye sumergir el acero limpio en un baño de zinc fundido, generalmente mantenido a una temperatura de 450°C. El proceso incluye los siguientes pasos:

• Sumergir acero en un baño de zinc fundido:Esta inmersión provoca la reacción entre el zinc y el acero, lo que da como resultado la formación de capas de aleación de zinc que garantizan que el acero esté completamente recubierto de zinc.
• Formación de capas de aleación de zinc-hierro:Esta formación tiene lugar durante la inmersión proporcionando una unión fuerte y aumenta la resistencia a la corrosión. Las capas comunes que se forman durante la inmersión son la fase gamma, delta y zeta, lo que mejora la durabilidad general.
• Control del espesor del recubrimiento de zinc:Esto se puede controlar ajustando ciertos parámetros, incluido el tiempo de inmersión, la temperatura del baño y la velocidad a la que se retira el acero del baño.

Postoperatorio

Una vez galvanizado el acero pasa por las siguientes etapas de postratamiento:

• Enfriamiento y Solidificación del Zinc:El acero recubierto de zinc se deja enfriar al aire o mediante un determinado proceso de enfriamiento una vez que se saca del baño de zinc.
• Inspección de defectos y uniformidad del recubrimiento:Se realiza una inspección visual para comprobar cualquier defecto del revestimiento. Además, el espesor y la uniformidad también se evalúan mediante instrumentos especializados.
• Aplicación de Tratamientos Adicionales:Según los requisitos de la aplicación, se podría realizar un proceso adicional para galvanizar el acero. Para mejorar la adherencia y la dureza de la superficie, se realiza un recocido galvanizado. Además de esto, se podría realizar un recubrimiento de fosfato de zinc para mejorar la resistencia a la corrosión.

Figura 5: Proceso paso a paso para galvanizar acero 

Propiedades del material del acero galvanizado

El acero galvanizado tiene un conjunto único de propiedades que se detallan a continuación:

Resistencia a la Corrosión:

Este acero tiene una excelente resistencia a la corrosión debido al recubrimiento de zinc que actúa como barrera de sacrificio. A continuación se analizan los fenómenos detrás de este comportamiento de sacrificio y la protección del acero contra la oxidación:

La capa de zinc como barrera de sacrificio

La capa de zinc del acero galvanizado actúa como una barrera de sacrificio que eventualmente proporciona resistencia contra la corrosión en condiciones ambientales agresivas. El zinc es altamente atraído por el oxígeno y la humedad presentes en el medio ambiente en comparación con el acero, por lo que el zinc se corroe primero y al mismo tiempo protege el componente de acero. Esta acción de sacrificio alarga la vida del acero.

Cómo el zinc protege el acero del óxido

La formación de óxido de zinc e hidróxido de zinc tiene lugar una vez que el zinc sufre corrosión. Esta formación de óxidos desarrolla una capa pasiva sobre la superficie del componente de acero y proporciona una barrera física contra el contacto directo del oxígeno y la humedad con el componente de acero. En algunos casos, si este revestimiento se daña, los restos de zinc aún brindan protección al acero mediante acción de sacrificio.

El proceso electroquímico de corrosión del zinc.

Este. El proceso electroquímico conduce a la corrosión del zinc de tal manera que el recubrimiento de zinc actúa como ánodo, mientras que el componente de acero actúa como cátodo. El electrolito en este caso es oxígeno o humedad que ayuda al flujo de electrones. Como resultado de esta oxidación tiene lugar en el zinc mientras que se reduce en el cátodo, lo que eventualmente conduce a un proceso que previene la formación de óxido en el componente de acero.

Factores que afectan la resistencia a la corrosión

Los principales factores que afectan la resistencia a la corrosión son:

Espesor del recubrimiento de zinc

El espesor del recubrimiento de zinc tiene una fuerte influencia en la resistencia a la corrosión. Los recubrimientos que tienen un espesor adecuado ofrecen una mayor resistencia contra la corrosión en comparación con los recubrimientos delgados.

Tipo de recubrimiento de zinc (galvanizado o galvanizado)

El recubrimiento galvanizado ofrece una resistencia superior a los recubrimientos galvanizados porque se compone de una capa más gruesa y tiene la capacidad de soportar condiciones agresivas. Por otro lado, los recubrimientos galvánicos son adecuados para condiciones ambientales suaves.

Condiciones ambientales (humedad, temperatura, contaminantes)

La naturaleza del entorno que debe soportar el componente de acero tiene una gran influencia en su capacidad para resistir la corrosión. Las condiciones agresivas que involucran humedad, temperatura elevada y otros contaminantes pueden acelerar la corrosión.

Composición química del acero galvanizado

A continuación se muestra la composición química del acero galvanizado:

Tabla 1: Composición química del acero galvanizado.

Propiedades mecánicas del acero galvanizado

A continuación se describen brevemente las propiedades mecánicas del acero galvanizado [21] [22] [23]:

Densidad del acero galvanizado

El acero galvanizado tiene una densidad que oscila entre 7.85 y 8.15 g/cm³.

Durabilidad

Tiene una durabilidad excepcional debido a los factores que se mencionan a continuación:

Resistencia a entornos hostiles

Su resistencia contra condiciones ambientales agresivas que incluyen contaminantes, humedad y viceversa debido al acto de sacrificio del recubrimiento de zinc.

Protección contra la intemperie y la radiación UV

El recubrimiento de zinc proporciona una buena protección contra la radiación UV y contra la intemperie, lo que mejora la vida útil de los componentes de acero.

Soportar temperaturas extremas

Puede soportar rangos extremos de temperatura sin causar ningún tipo de degradación en el componente del material.

Impermeabilidad a la humedad y a los productos químicos.

La capacidad del acero galvanizado para soportar condiciones agresivas debido a la capa protectora lo hace lo suficientemente capaz para aplicaciones de alta demanda.

Solidez

El acero galvanizado mantiene la resistencia natural del acero al tiempo que aumenta varias propiedades mecánicas:

Resistencia a la tracción y límite elástico

• El acero galvanizado mantiene su alta resistencia a la tracción y su límite elástico, que son vitales para los componentes estructurales.

Ductilidad y resistencia al impacto

• Presenta una ductilidad competente junto con una resistencia al impacto que le permite soportar golpes abruptos sin romperse.

Dureza y Resistencia al Desgaste

• El recubrimiento de zinc mejora la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste de este acero, lo que lo hace suficientemente adecuado para aplicaciones que exigen resistencia a la abrasión.

Módulo de elasticidad

Este material tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 200 GPa, lo que demuestra su capacidad para resistir cargas sin deformarse plásticamente.

Módulo de volumen

El acero galvanizado tiene un módulo volumétrico de 160 GPa.

el coeficiente de Poisson

De manera similar, la proporción de veneno para el acero galvanizado es 0.3.

Módulo de corte

El acero recubierto de zinc tiene un módulo de corte de 80 GPa, lo que demuestra su capacidad para soportar fuerzas de corte.

Tabla Resumen de Propiedades Mecánicas del Acero Galvanizado

Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero galvanizado.

Conformabilidad

El galvanizado puede adoptar diversas formas sin alterar sus propiedades mecánicas:

Procesos de conformado en frío

Puede someterse a varios procesos de conformado en frío, incluidos doblado, laminado y estampado, lo que muestra su tendencia a alcanzar diversas formas y está disponible para una variedad de aplicaciones sin comprometer su integridad estructural.

Técnicas de Fabricación

Este acero recubierto de zinc puede someterse a diversas técnicas de fabricación, como soldadura, corte y perforación, según la demanda de las aplicaciones. Sin embargo, se debe tener cuidado al realizar cualquier técnica para evitar causar daños al recubrimiento de zinc.

Capacidades de mecanizado

Este material tiene la capacidad de ser mecanizado lo que eventualmente permite al industrial realizar diversas operaciones como torneado, taladrado o fresado según la necesidad y requerimiento de la aplicación.

Acabados de acero galvanizado

El acero galvanizado adquiere un buen acabado superficial. Las principales propiedades superficiales que posee se mencionan a continuación:

Propiedades de la superficie

• Tiene buena suavidad, lo que hace que el componente de acero sea atractivo en términos de apariencia estética.
• El recubrimiento de zinc promueve una adhesión excepcional de recubrimientos y pinturas con garantía duradera.
• Tiene buena capacidad de impresión, lo que los hace bastante flexibles en términos de acabado de diversas aplicaciones arquitectónicas.

Relación coste-eficacia

El acero galvanizado tiene un costo inicial más alto debido al proceso de aplicación del recubrimiento de zinc sobre el acero. Por lo tanto, es costoso en comparación con otros materiales, pero si nos preocupa el ahorro a largo plazo, este material es mucho más beneficioso ya que requiere poco mantenimiento, puede soportar ambientes agresivos y viceversa.

Alternativas al acero galvanizado

Si nos preocupa alguna alternativa al acero galvanizado, considere factores como el costo, las condiciones ambientales que puede soportar, las propiedades mecánicas y viceversa. Sin embargo, los siguientes son los mejores materiales alternativos a considerar:

• Acero inoxidable
• Aluminio:
• Acero al carbono recubierto
• Plásticos
• composites

Ventajas de las piezas de mecanizado CNC de acero galvanizado en la fabricación

El mecanizado CNC es una de las últimas tecnologías para mecanizar un determinado material en una determinada forma o tamaño, según la naturaleza y la demanda de la aplicación. La diferencia entre el mecanizado tradicional y el CNC radica en la exactitud y la precisión. Como todos los demás materiales, el acero galvanizado tiene una buena capacidad para mecanizarse mediante CNC debido a su capacidad de conformado sin comprometer sus propiedades mecánicas. El mecanizado CNC de piezas de acero galvanizado tiene muchas ventajas en la fabricación. Algunos de ellos se mencionan en la siguiente figura:

Figura 6: Ventajas de las piezas de mecanizado CNC de acero galvanizado

Conclusión

En conclusión, el acero galvanizado es uno de los materiales más versátiles y ampliamente aceptable para numerosas aplicaciones, ya sea que lo elija para la fabricación, la construcción o cualquier otro sector. Además, el recubrimiento de zinc o deberíamos decir el recubrimiento protector que le da al acero una inmensa cantidad de protección contra condiciones agresivas lo convierte en una opción popular entre las aplicaciones que requieren resistencia contra ambientes altamente corrosivos. Finalmente, sus capacidades de mecanizado hacen de este material un buen candidato cuando se requiere alta precisión y exactitud entre los componentes de acero. Por lo tanto, hacer de este material una contribución valiosa en las prácticas de fabricación.