Recubrimientos Metálicos de Aceros

Recubrimientos metálicos de aceros

Los aceros con recubrimiento metálico se definen como sustratos de acero recubiertos con una capa de zinc, aleación de Zn/Al (zinc/aluminio), aleación de Zn/Si (zinc/silicio), o Al puro, etc. sin pasivación se muestra en la Fig. 1,

Fig. 1 Estructura de revestimiento metálico con y sin pasivación

Los recubrimientos metálicos de los aceros mejoran la vida útil y el rendimiento de los aceros. Proporcionan la forma más eficaz y económica de proteger los aceros contra la corrosión. Los aceros revestidos de metal ofrecen una combinación única de propiedades que incluyen alta resistencia, formabilidad, peso ligero, resistencia a la corrosión, estética, reciclabilidad y bajo costo.

Existen varios procesos para el recubrimiento metálico de aceros, como se indica a continuación.

• El proceso de recubrimiento por inmersión en caliente, mediante el cual la tira de acero se sumerge en un baño de metal fundido. La composición del metal fundido (Zn, Zn/Al, Al/Si o Al puro, etc.) determina la naturaleza del recubrimiento metálico.
• El proceso de electrogalvanización, en el que el metal se deposita electrolíticamente sobre la tira de acero en frío.
• Recubrimiento al vacío, como PVD (deposición física de vapor), CVD (deposición química de vapor), etc.

Los procesos de recubrimiento por inmersión en caliente son los procesos más populares para el recubrimiento metálico de tiras de acero. Normalmente se emplean líneas de recubrimiento continuas para la producción de productos de acero recubiertos de metal.

Los aceros con recubrimiento metálico producidos en líneas continuas de recubrimiento han experimentado un crecimiento notable y continúan utilizándose en nuevos campos cada vez más variados. Esto se debe a sus destacadas ventajas económicas, tecnológicas y medioambientales.

.La amplia gama de productos de acero con recubrimiento metálico disponibles en la actualidad cumple con los requisitos de todos los sectores. Los siguientes son los parámetros que rigen la elección del material de acero revestido de metal.

Calidad o grado del sustrato de acero

• Tipo de revestimiento metálico
• Masa o espesor del revestimiento metálico
• Aspecto de la superficie
• Calidad de la superficie
• Tratamiento de superficie
• Tolerancias en dimensiones y forma

El revestimiento de metal mejora la resistencia a la corrosión del acero y prolonga la vida útil del producto. Un recubrimiento metálico adecuado permite mejorar las propiedades de formación y soldadura por resistencia del acero, así como su pintabilidad.

Tipos de productos recubiertos

  Los siguientes son los principales tipos de productos revestidos de metal.

• Lámina de acero galvanizado en caliente:las normas ASTM para estas láminas de acero son A653M y A1063M. El recubrimiento galvanizado es esencialmente un recubrimiento de Zn sobre chapa de acero. La palabra galvanizar proviene de la protección galvánica que proporciona el Zn al acero cuando se expone a un entorno corrosivo. Es, con mucho, el producto de recubrimiento por inmersión en caliente más común con una amplia gama de aplicaciones. Zn proporciona protección tanto galvánica como de barrera. La protección galvánica es mayor que para cualquier otro tipo de recubrimiento por inmersión en caliente sobre acero. El revestimiento contiene Al, que normalmente está en el rango de 0,20 % a 0,30 %. Al se agrega al baño de Zn fundido para controlar la tasa de crecimiento de la capa de aleación (zona de unión entre el acero y el recubrimiento de Zn). Mejora dramáticamente la adhesión del recubrimiento para permitir una formación severa de la hoja recubierta. El recubrimiento puede contener una pequeña cantidad de plomo (Pb) y/o antimonio (Sb) para el desarrollo de floreado. Casi todos los aceros revestidos galvanizados no contienen Pb y, si lo tienen, el Pb es inferior al 0,03 %. El peso del recubrimiento (masa) suele estar en el rango de 90 a 1200 g/m2 para A653M y de 90 a 600 g/m2 para A1063M en total en ambos lados.
• Lámina de acero recocido y galvanizado por inmersión en caliente:la especificación ASTM para estas láminas de acero es A653M. En la producción de láminas de acero galvano-recocidas, el recubrimiento galvanizado por inmersión en caliente se alea por difusión con el acero mediante calentamiento adicional en la torre sobre el baño de recubrimiento. El revestimiento típico de metal contiene del 8 % al 11 % de hierro. Estas hojas generalmente están destinadas a ser pintadas para la mayoría de las aplicaciones. Estas láminas se caracterizan por su alta dureza y comportamiento frágil durante el conformado. Las láminas recocidas galvanizadas son más fáciles de soldar y pintar que las láminas galvanizadas. El rendimiento con la pintura mejora sinérgicamente debido a la excelente unión que se forma entre la pintura y la superficie del revestimiento. En comparación con el acero galvanizado, las láminas de acero recocido galvanizadas normalmente exhiben menos corrosión debajo de la pintura en los bordes expuestos, rayones u otros defectos en la pintura. Estas láminas de acero se utilizan para paneles de carrocería de automóviles. El peso (masa) del recubrimiento suele oscilar entre 90 y 180 g/m2 en total en ambos lados.
• Hot dip 55 % Al - Chapa de acero recubierta de aleación de Zn:estas chapas recubiertas también se conocen como chapas Galvalume. El estándar ASTM para estas hojas es A792M. El recubrimiento es un recubrimiento de aleación de Al – Zn que contiene aproximadamente un 55 % de Al, un 43,5 % de Zn y un 1,5 % de Si. Este recubrimiento ofrece una excelente protección de barrera combinada con algo de protección galvánica. La retención de la protección galvánica es una característica importante de este recubrimiento. Esta combinación particular de Al y Zn provoca la formación de una microestructura de recubrimiento que es muy importante para un buen desempeño. Este recubrimiento proporciona un muy buen equilibrio entre protección galvánica y de barrera. Se agrega Si para controlar la tasa de crecimiento de la capa de aleación. El recubrimiento mejora la adhesión durante la formación. El revestimiento tiene una resistencia a la corrosión mucho mayor que los revestimientos galvanizados en la mayoría de los entornos. Su durabilidad a largo plazo ha sido demostrada. El peso del recubrimiento (masa) suele oscilar entre 100 y 210 g/m2 en total en ambos lados.
• Lámina de acero recubierta con aleación de aluminio al 5 % Zn por inmersión en caliente:estas láminas recubiertas también se conocen como láminas Galfan. El estándar ASTM para estas hojas es A875M. El recubrimiento galvánico contiene alrededor de un 95 % de Zn y un 5 % de Al. Este revestimiento brinda aproximadamente la misma protección galvánica que el galvanizado y mejora la resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos. Este recubrimiento normalmente se usa principalmente para aplicaciones que requieren una buena ductilidad del recubrimiento (como piezas de embutición profunda y láminas prepintadas) y una resistencia superior a la corrosión. El peso del recubrimiento (masa) suele oscilar entre 90 y 700 g/m2 en total en ambos lados.
• Hoja de acero revestida con aleación de Zn, Al y Mg (magnesio) por inmersión en caliente:la norma ASTM para estas hojas es A1046M. El recubrimiento es un recubrimiento galvánico que contiene Zn, Al (5 % a 11 %) y Mg (2 % a 4 %). Este revestimiento proporciona una resistencia superior a la corrosión en muchos entornos agresivos. El recubrimiento se utiliza en aplicaciones como el transporte, la infraestructura, la construcción, la agricultura, la energía eléctrica y la automoción. El peso del recubrimiento (masa) suele oscilar entre 60 y 600 g/m2 en total en ambos lados.
• Lámina de acero aluminizado por inmersión en caliente:la especificación ASTM para estas láminas es A463M. Hay dos tipos de recubrimientos aluminizados:(i) Tipo 1:Al junto con 5 % a 11 % Si, y (ii) Tipo 2:recubrimiento de Al puro. La forma más común es el recubrimiento Tipo 1; se utiliza para aplicaciones que requieren resistencia a la oxidación por calor, como piezas de hornos, pequeños electrodomésticos y sistemas de escape, etc. El revestimiento aluminizado es el mejor revestimiento sobre chapa de acero para la resistencia a la oxidación por calor. Se puede aplicar sobre acero inoxidable para ofrecer un mejor rendimiento a altas temperaturas. El revestimiento Pure Al Type 2 se utiliza para aplicaciones exteriores. El rendimiento frente a la corrosión de este revestimiento se basa en la protección de barrera sin protección galvánica en la mayoría de los entornos. La protección contra la corrosión de barrera es muy buena en este caso ya que el Al del revestimiento forma una película estable de óxido de aluminio sobre la superficie del revestimiento. El peso (masa) del recubrimiento suele oscilar entre 75 y 300 g/m2 en total en ambos lados para el tipo 1 y para el tipo 2 entre 200 y 300 g/m2 en total en ambos lados.
• Lámina de acero recubierta de Terne:el estándar ASTM para estas láminas es A308M. Este recubrimiento es un recubrimiento de aleación de Pb que contiene del 3 % al 15 % de Sn (estaño). Se añade Sn para desarrollar una unión entre el revestimiento y el acero. El recubrimiento es muy maleable y mejora el comportamiento de embutición profunda. Además, la hoja recubierta se puede soldar fácilmente. La lámina recubierta tiene muy buena resistencia a la gasolina, aunque el uso para tanques de combustible está disminuyendo (relacionado con el problema ambiental asociado con el Pb y no relacionado con el desempeño de la lámina recubierta). El peso del recubrimiento (masa) suele oscilar entre 75 y 335 g/m2 en total en ambos lados.

  Línea de revestimiento de metal

  La línea de recubrimiento de metal es donde el sustrato de acero se recubre con una combinación protectora y comprobada de metales que brindan una resistencia efectiva a la corrosión. La línea tiene dos acumuladores de tiras de números, uno a la entrada y otro a la salida de la línea, lo que permite acumular la tira de acero durante un corto período de tiempo. Esta capacidad permite que la línea cambie a una bobina nueva o retire una bobina terminada mientras el resto de la línea continúa funcionando a una velocidad constante. La precisión se puede mantener en cada parte del proceso, lo que da como resultado una superficie uniforme y un revestimiento uniforme. Los siguientes son los componentes básicos de una línea de revestimiento de metal.

• La bobina viene del tren de laminación en frío (CRM) a la línea de recubrimiento a través de uno de los dos carretes de desenrollado. El extremo de la cola de la bobina anterior y el extremo de la cabeza de la bobina nueva se cortan. Los nuevos extremos se sueldan entre sí con una soldadora de costura eléctrica o se unen mecánicamente para crear una tira continua de acero en la sección de proceso de la línea.
• El acero ingresa al primer acumulador de tiras generalmente en forma de torre.
• Después de la reducción en frío en el CRM, la película residual de aceite lubricante debe eliminarse del acero antes del recocido para garantizar que el revestimiento metálico se adhiera perfectamente al sustrato de acero. La película de aceite se elimina en un tanque de desengrasado alcalino. Después de limpiar, la tira de acero se enjuaga y se seca.
• La banda de acero frío entra en el horno. El propósito del horno es hacer una limpieza final de la superficie quemando la película de aceite sobrante en la superficie de acero con quemadores de llama abierta en la zona de precalentamiento de la sección de recocido. El segundo propósito del horno es calentar el acero para que desarrolle las propiedades mecánicas adecuadas.
• Debido al laminado en frío del acero, el sustrato de acero muestra un endurecimiento por trabajo extremo y generalmente se lo conoce como acero completamente duro. La sección de recocido proporciona un tratamiento térmico del acero para recuperar sus propiedades mecánicas y hacer que el acero sea adecuado para el uso previsto. Durante el tratamiento térmico, la microestructura severamente reducida en frío se recristaliza.
• La sección de recocido se divide en tres zonas:(i) precalentamiento, (ii) mantenimiento y (iii) enfriamiento controlado. Dentro de la zona de recocido, se evita que el acero se oxide mediante el uso de una mezcla de hidrógeno y nitrógeno gaseoso. Todos los quemadores suelen ser del tipo radiante, para evitar el contacto directo entre la llama y la superficie del acero. Los ciclos de recocido se gestionan de acuerdo con las propiedades mecánicas finales requeridas.
• Al final de la zona de enfriamiento, la temperatura de la tira se enfría hasta un nivel apropiado con respecto a la temperatura del metal fundido que se va a recubrir.
• Una vez que la tira de acero ha alcanzado la temperatura requerida, se sumerge en un baño de metal fundido. Cuando la tira sale del baño, se recubre con una gruesa capa de metal fundido. Un juego de cuchillas de aire (o nitrógeno), ubicado sobre el baño, ajusta el peso del recubrimiento a los niveles requeridos. El peso del recubrimiento normalmente se controla y supervisa permanentemente mediante un equipo de medición automático
• Las tiras de acero recubiertas pasan por una torre de enfriamiento, lo que hace que la tira recubierta casi vuelva a la temperatura ambiente.
• En caso de necesidad, el acero se puede pasar por un molino de acondicionamiento de superficie para crear una superficie lisa para el recubrimiento de color.
• El nivelador de tensión tira de la tira de acero recubierta de metal mientras pasa sobre una serie de rodillos para proporcionar una planitud superior.
• El fleje de acero revestido de metal que no está destinado a la línea de revestimiento de color recibe un tratamiento químico que brinda protección provisional contra el deterioro del revestimiento. Este tratamiento superficial se realiza mediante proyección convencional o inmersión y posterior estrujado o mediante aplicación directa con rodillo. Los tratamientos posteriores son pasivación superficial o recubrimientos orgánicos delgados. Pueden aplicarse en la sección de salida en algunos casos.
• El fleje de acero revestido ingresa al acumulador de salida, a la espera de ser enrollado nuevamente.
• La tira de acero recubierta se vuelve a enrollar en el carrete de tensión y se envía para el recubrimiento de color o el embalaje.

Un diagrama esquemático típico de la línea de recubrimiento de metal que muestra el equipo principal se encuentra en la Fig. 2.

Fig. 2 Diagrama esquemático típico de una línea de revestimiento de metal que muestra el equipo principal

  Aplicaciones

El uso de una variedad de aceros con recubrimiento metálico se ha convertido en una parte integral de la vida diaria de las personas. Estos aceros se utilizan para proteger, resguardar, embalar y transportar, y al mismo tiempo satisfacen la demanda de materiales sólidos, duraderos y estéticamente agradables.

En la edificación y la construcción, los aceros revestidos de metal se han utilizado para perfilado, revestimiento y techado durante muchos años, pero también se utilizan para aplicaciones como puertas, escaleras y techos, etc.

Los productos de acero revestidos de metal tienen una gama muy amplia de aplicaciones en la industria en general. Algunos ejemplos son muebles, aire acondicionado, conductos, tanques y escudos térmicos, etc.

El sector de los electrodomésticos también es un gran usuario de aceros revestidos de metal. Incluso existe una tendencia hoy en día hacia la construcción de electrodomésticos completamente con aceros revestidos de metal, tanto electrodomésticos (refrigeradores, lavadoras, hornos, etc.) como electrodomésticos (electrónica, video y alta fidelidad, etc.).