Galvanizado por Inmersión en Caliente
Dirigido a:
9 Arquitectos, 9 Ingenieros, 9 Constructores y 9 Usuarios en general.
Notas Informativas V.01/16
CONTENIDO Capítulo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Título
Página
Corrosión
2
Galvanizadoencaliente,¿Quées?
3
Aparienciaycondicionesdelacabado
6
Durabilidaddelrecubrimiento
10
Normasdegalvanizadoencaliente
11
Nuestroprocesodegalvanización
12
Otrosprocesosdegalvanizadoencaliente
13
¿Cómosoldaracerogalvanizado?
15
GalvanizadoyConstrucciónSostenible
16
ElAceroGalvanizadoenlaAgricultura
17
OtrossistemasdeProtecciónmedianteelZinc
18
PreguntasFrecuentes
20
Galvanización en Caliente Notas Informativas
Corrosión ¿Cuántocuesta?,¿quées?,¿cómoevitarla?
1
Elcostoporreparacióndedañosdebidoalacorrosiónllegaamillonesdedólaresanuales.Seestimaque los costos de la corrosión representan alrededor del 4% del PIB de las naciones industrializadas, porcentaje que tiendeasermayorenlaseconomíasdelospaísesemergentes. Cada90segundos,entodoelmundo,unatoneladadeaceroseconsumeporla corrosión,ydecadadostoneladasdeaceroproducido,unaesparareemplazarel acerocorroído.Alprotegerunatoneladadeacerocontralacorrosiónpor galvanizaciónencaliente,seahorrasuficienteenergíaparasatisfacerlas necesidadesdeunafamiliamedianadurantevariassemanas. La corrosión, o lo que se conoce como oxidación, es un fenómeno natural en dondelosmetalestiendenavolverasuestadonatural.Sinembargo,elempleo desistemasadecuadosdeproteccióneneliniciodeunproyecto,talcomola galvanizaciónencaliente,puedereducirsignificativamenteloscostosanuales. Aparte de considerar la galvanización en caliente como un medio de protección contra la corrosión en cualquierproyectodeconstrucción,ahoratambiénesespecificadapormúltiplesrazones,entreellas,ladurabilidad, laversatilidad,lasostenibilidad,elbajocostoporelpocoonulomantenimiento,einclusolaestética.Elgalvanizado representa el uso eficiente del zinc para proteger el acero durante largos períodos, lo que significa además un ahorroderecursosconunimpactomínimoenelmedioambiente.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
2
Galvanización en Caliente Notas Informativas
2
Galvanizaciónporinmersiónencaliente ¿Quées? El galvanizado por inmersión en calienteconsisteenrecubrirelacerobasecon una capa de zinc unido metalúrgicamente. Dicho recubrimiento proporciona una excelenteprotecciónfrentealacorrosión. El producto que va a ser galvanizado, previamente limpiado de impurezas como grasasyoxidaciones,seintroduceenunbaño de zinc fundido a 450º C (ver proceso de figura 1), aleándose con el acero y generándose varias capas con diferentes proporcionesdehierroyzinc. Estas aleaciones, metalúrgicamente adheridas al acero, son tan duras como su base y muy resistentes a golpes o a la abrasión. Además, dado que el acero es sumergido en un baño, cubre por completo todaslassuperficiesdelproducto.
Figura1.Procesodelgalvanizadoporinmersiónencaliente
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
3
Galvanización en Caliente Notas Informativas 2.1Aspectodelrecubrimiento
LaFigura2muestraelaspectodeuncortetransversaldelrecubrimientogalvanizadoobservadomedianteun microscopiometalográfico. Comopuedeobservarse,laestructuraesmuycomplicada.Elacerobasedelapiezaestáenlaparteinferior delafotografía.LacapadelgadainmediatamenteencimadelmismoseconocecomocapaGammaytieneunespesor aproximadodeunmicrómetro(1μm),queequivalea0,001mm.Estacapaestáconstituidaporunaaleacióndehierro yzincquecontieneun25%dehierro.LacapasiguienteeslacapaDelta,formadaporunaaleaciónquetieneun10% de hierro aproximadamente. La capa más gruesa, en la que pueden verse claramente cristales metálicos alargados orientados hacia el exterior, es la capa Zeta, que contiene un 6% de hierro. Finalmente, la capa más externa, denominadaEta,estáconstituidaporzincprácticamentepuro.Esfácildecomprenderlaestructuradelrecubrimiento si consideramos que las capas Gamma, Delta y Zeta son “capas de aleaciones” y es útil saber que estas capas proporcionanalrecubrimientovariasdesuscaracterísticasmásinteresantes.
Figura2.
2.2¿Cómosecomportanlosrecubrimientosgalvanizadosfrentealosgolpes?
Losrecubrimientosgalvanizadossonmuy resistentes. Esto se debe a la especial combinación de propiedades mecánicas que tienen las capas que los componen. La figura 3 muestraundiagramadeladurezadeéstascapas, expresadaenunidadesVickers(Hv).
La dureza típica de los aceros suaves es de unas 160 unidades de dureza Vickers. Las capasdealeacioneszincͲhierrosonbastantemás duras,hasta240Hv,mientrasquelacapaexterna dezincesmásblandaydúctilqueelaceroylas capasdealeación. Figura3. Estosignificaquecualquiersolicitacióndeimpactoesabsorbidanormalmenteporlacapaexternadezinc, que se deforma, mientras que la gran dureza de las capas de aleación proporciona al recubrimiento una elevada resistenciaalaabrasiónyalosarañazos.Además,siporcausadeungolpefuertesedesprendieraunaporcióndel recubrimiento, siempre quedaría adherida al acero la primera capa de aleación, la capa Gamma, que está interconectadaanivelatómicoconelacerobaseyqueseguiráproporcionandoprotecciónelectroquímicaalmismo.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
4
Galvanización en Caliente Notas Informativas
2.3Tripleprotección Laprotecciónquímicaestriple
Elzinc,altenerunpotencialelectroquímico mayor que el hierro, es el primero en oxidarse sacrificándose frente al acero: mientras exista una capadezinc,elaceronosedeteriorará.Segundo,si poralgunacausa(cortes,taladros,etc.)elacerose ha quedado localmente desprotegido, la capa de zinc, en presencia de aire y humedad, genera carbonatos de zinc que se acumulan en la zona desnuda del acero cubriéndola y aislándola de la humedadydelambiente,(verfigura4).Porúltimo, sieltamañodelazonadesprotegidaesaúnmayor, laaccióndeproteccióndelzincsigueejerciéndose como ánodo de sacrificio siendo además su velocidad de corrosión entre diez y treinta veces máslentaqueladelacero.
Figura4.
Con todo ello, conseguimos que un producto galvanizado esté protegido durante un largo período de tiempo, que en la mayoría de los casos sobrepasa la vida útil del producto. La calidad del recubrimiento protectorestáaseguradaydetalladaperfectamentepornumerosasnormasinternacionales.
2.4¿Dóndepuedeutilizarselagalvanización? Hoy en día el acero galvanizado es utilizado por los grandes países desarrollados en una gran variedad de aplicaciones,talescomo: x x
ConstrucciónyArquitectura, EnergíayTelecomunicaciones, x Armadurasparahormigón, x SeñalizaciónVial, x AgroͲIndustria, x Transporte, x MobiliarioUrbano, x Arte, x Portones, x Deporte, x etc.
Nodebenutilizarselosrecubrimientosgalvanizadossinprotecciónadicionalparaprotegerelaceroque vayaaestarenlassiguientescondiciones: x Ensolucionesácidas. x Ensolucionesalcalinasfuertes.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
5
Galvanización en Caliente Notas Informativas
AparienciayCondicionesdelacabadosuperficial Tiposdeacabadosycriteriosparainspeccionarlacalidaddelacerogalvanizado
3
Losrecubrimientosreciéngalvanizadospresentannormalmenteunaspectometálicobrillantemuycaracterístico. Este brillo va desapareciendo con el tiempo hasta adquirir un color gris metálico mate. Este cambio se debe a la reacciónentreelzincyelaire,quedalugaralaformacióndeunafinacapadehidróxidosycarbonatosbásicosdezinc, que se conoce como capa de pasivación y que constituye una barrera que aísla la superficie del zinc del medio ambiente.Sinembargo,enelgalvanizadoporinmersiónencaliente,sepuedenpresentartambiéndistintosacabados entre piezas y/o secciones de la misma. Dichas variaciones por lo general son causadas por las características de su propio acero, pero lo más importante, es que dichas diferencias en su aspecto, no afecta su objetivo de protección contralacorrosión.Laaceptabilidaddeunrevestimientodebeserenfocadaespecialmenteensurendimientoalargo plazoyasuresistenciaalacorrosión,nonecesariamenteporsuapariencia.
ManchasdecolorGrisOpaco(Aceptable): Sedesarrollaenzonaslocalizadas,perosepuedeextendersobre toda la superficie de la pieza. Ocurre principalmente en aceros con contenido relativamente alto de silicio o fósforo, sustancias másreactivasconelzincfundido.Lafigura5ilustraelefectodel contenidodesilicioenlosespesoresdelrecubrimiento.Raravez sedaelcasodequeelgalvanizadordisminuyaeseefecto,elcual eselresultadodelacomposiciónquímicadelacero.
Figura5.
Combinacióndemateriales(Aceptable): Sepuedenpresentarpiezasunidascondostonalidadesdistintas. Esto puede ocurrir al usar materiales con distintos espesores, o también a su composición química. Otra zona común donde se presenta este fenómeno, son en las zonas soldadas, ya que el contenidodesiliciodelasoldadurainfluyeenlaapariencia. Velocidaddeenfriamiento(Aceptable): Un sector con recubrimiento tanto opaco y brillante también puede ser el resultado de una velocidad de enfriamiento diferente. Los bordes exteriores del producto se enfriaron rápidamente, mientras que el centro del producto se mantuvo por encima de280 °C por mástiempo y la reacción metalúrgica entreelzincyelhierrocontinuóenelestadosólido,loque resultaenunaspectogrismate.Lasdiferenciasenlaapariencia
serán menos notables con el tiempo y el color general se volveráununiformegrismate.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
6
Galvanización en Caliente Notas Informativas
PuntosNegros(Rechazable): Areas descubiertas o puntos negros son generalmente el resultadodeprocesosdefectuososydebenserrechazadas. Las causas del problema sólo serán responsabilidad del galvanizador si hubo un tratamiento previo deficiente, excesivatemperaturadesecadoantesdelagalvanizacióno piezas apoyándose unas sobre otras durante la inmersión enelbaño.Puntosoáreaspequeñaspuedenserreparadas acordealaNormaASTMA780.
Marcasdecadenay/oalambredeamarre(Aceptable): Otro tipo de defecto de la superficie se produce cuando el acero se sujeta y se transporta mediante cadenas y cables conectadosalasgrúas.Marcassuperficialesquequedanenel recubrimiento galvanizado no son motivo para el rechazo a menosquelasmarcasdejenaldescubiertoelacerodesnudo,y entalcaso,elgalvanizadordeberepararlasdichasáreasantes paraaceptarlas.
Roscasyagujerosobstruidos(Aceptable): Losagujerostapadossoncausadosporundrenajeinadecuado ypuedenllenarparcialocompletamentelosagujerosconzinc. Elzincfundidonodesaguafácilmenteenlosagujerosmenores de3/32"(3mm)dediámetrodebidoalaviscosidaddelmetal de zinc, por lo que se debe de considerar hacer las perforaciones con el mayor diámetro posible. Agujeros obstruidos de menos de Ø1/2” (12.7mm) no son una causa paraelrechazo. Del mismo modo, los hilos obstruidos de una sección roscada en tornillos, son causados por un mal drenaje (o falta del mismo)alahoraderetirardelacalderadegalvanización.Los hilos obstruidos se pueden limpiar usando operaciones como una centrífuga o con herramientas para repasar las roscas sin quitarelrecubrimiento(despuésdegalvanizar).
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
7
Galvanización en Caliente Notas Informativas Grumos(Rechazable): Son depósitos de diversos tipos, formas y dimensiones que forman parte de la capa de zinc. Los grumos se forman cuandolasimpurezasdelbañodezinc(lodos,óxidos,plomo), sefijanenlasuperficiedelapiezaconzincenelmomentode suretiradadelabañera. Lapresenciaexcesivadegrumossuelesercausaderechazo, yaquetiendenadebilitarelrecubrimiento.
Excesodealuminioengalvanizado(Rechazable): DeacuerdoalasespecificacionesASTMA123yA153,latina degalvanizadodebecontenercomomínimoun98%dezinc puro, el restante 2% serán aleaciones que se quedará a criteriodelgalvanizadorusarono.Unaditivomuycomún es el aluminio, que ayuda con el acabado brillante de la pieza,sinembargo,sinosecontrolasuconcentraciónenel baño, puede generar marcas negras o descubiertas. Si son zonas pequeñas pueden ser reparadas, pero si superan el áreapermitida,debenserrechazadasyreprocesadas.
Descamación(Rechazable): Cuando revestimientos pesados (300 μm o más) se desarrollan durante el proceso de galvanizado, puede dar como resultado la descamación. Recubrimientos excesivamente gruesos generan altas tensiones en la interfaz del acero y hace que el recubrimiento de zinc se separe en escamas de la superficie del acero. La descamación se puede evitar reduciendo al mínimo el tiempo de inmersión en la caldera de galvanización y la refrigeración de las piezas de acero galvanizados tan rápidamentecomoseaposible,y/osiesposibleelusode unacalidaddeacerodiferente.Sieláreadeladescamación espequeño,sepuederepararyluegoaceptar,sinembargo, sieláreadeladescamaciónessuperioralpermitidoporlas especificaciones, la pieza debe ser rechazada y regalvanizada.
LíneasdeOxido(Aceptable): Laslíneasdeóxidosonlíneassuavesdecolormásclaroen la superficie del acero galvanizado creado cuando un productonoseextraedelacalderadegalvanizaciónauna velocidad constante. La tasa inconsistente de retiro puede serdebidoalaformadelproductoodelascondicionesde drenaje.Laslíneasdeóxidosedesvaneceránconeltiempo y obedecen a una condición estética, no tienen ningún efecto en el comportamiento contra la corrosión, y, por lo tanto,nosonunacausaparaelrechazo.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
8
Galvanización en Caliente Notas Informativas SuperficieRugosa(Aceptable): Elrecubrimientoásperoocurredebidoalacomposiciónquímica delasuperficiedeacerooelestadosuperficialdelapieza.Estos factores se encuentran fuera del control del galvanizador. La rugosidad también puede ser originada en el proceso de galvanización por el exceso de extracción, la inmersión por tiempo prolongado del tanque de galvanización o la alta temperaturadelzincfundido.
“Sangrado”deOxido(Aceptable): Aparece como una mancha de color marrón o rojo que se escapadelasjuntasnoselladasdespuésdequeelproductoha sido galvanizado en caliente. Es causada por los productos químicos de tratamiento previo que penetran en una junta no sellada. Durante la galvanización del producto, la humedad se evapora, pero los productos químicos de tratamiento quedan atrapadosendichasjuntas,dejandoresiduosdecristalanhidro en la articulación. Con el tiempo, estos residuos de cristal absorben agua de la atmósfera y atacan el acero en ambas superficiesdelaarticulación,creandoelefectodesangradode óxido que se filtra fuera de la junta. Si se produce una hemorragia,éstapuedeserlimpiadalavándoladespuésquese hidrolizanloscristales.Estefenómenonoesresponsabilidaddel galvanizadorynoescausaderechazo.
CorrosiónBlanca (LigeraoMediaesAceptable,ExcesivaesRechazable): Eselnombredadoalosdepósitosblancosqueseformanenla superficiedelapieza,debidoalalmacenamientootransporteen condicionesdemalaventilaciónohumedad. Apesardelaapariencia,lacorrosiónblancanoponeenpeligro lacapadezincoriginal.Encasodeduda,debeprocederseauna limpiezadeláreaafectadayverificarsuespesor. Paraevitarlacorrosiónblancaenelalmacenamiento,laspiezas deben ser transportadas y almacenadas en un lugar seco y aireado.
[email protected] ۄwww.cemesacr.com ۄSan José, Costa Rica.
9
Galvanización en Caliente Notas Informativas
4
Durabilidaddelrecubrimiento Rendimientocontralacorrosiónatmosférica
La resistencia de la galvanización contra la corrosión atmosférica depende del espesor del recubrimiento en la superficie del metal. La velocidad de corrosión del zinc se produce generalmente de forma lineal en un entorno determinado,locualpermiteestimarlavidaútildelrevestimientomediantelasevaluacionesdesuespesor.Tambiénse puede estimar la vida útil del recubrimiento a través del cálculo de las velocidades de corrosión de una determinada categoríadecorrosividad,deacuerdoconlanormaISO9223,quesemuestraenlasiguientetablaylaFigura6. Categoríade Corrosividad C1Muybaja C2Baja
C3Media
C4Alta
C5Muyalta
CXExtrema
Ambiente Interior:Seco,muybajahumedadypolución.Ej:Oficinas,Casas. Exterior:Zonassecasyfrías,bajahumedad.Ej:algunosdesiertos Interior:Condensaciónocasional.Ej:Almacenes,gimnasios. Exterior:Zonasconbajapolución(SO2