Galvanización de pernos de alta resistencia

¿Pueden los pernos de alta resistencia ser galvanizados en caliente (Galv-Cal)?

Algunos pernos de alta resistencia pueden galvanizarse mientras que otros no. En la industria de los sujetadores de construcción, típicamente la frase "alta resistencia" se refiere a los pernos que se han templado y bonificado (tratado con calor) para desarrollar los requisitos de resistencia adecuados de una especificación dada. En muchos casos, los aceros de baja aleación como ASTM A572g50 o F1554g55 se denominan de "alta resistencia". No hay problemas para galvanizar esos grados de baja aleación. Sin embargo, con el fin de aclarar esta pregunta, solo estaremos discutiendo los pernos templados y bonificados. Hay dos cuestiones separadas involucradas para determinar si un perno de alta resistencia puede ser galvanizado o no.

Problemas de fragilización por hidrógeno

El primer problema involucra un fenómeno llamado fragilización por hidrógeno (término en inglés: Hydrogen Embrittlement) que puede ocurrir cuando el acero absorbe hidrógeno atómico durante el proceso de decapado ácido que tiene lugar antes de la galvanización. Esta fragilidad puede conducir potencialmente a la pérdida o pérdida parcial de la ductilidad en el acero y, en consecuencia, a la falla prematura del sujetador en el campo.

De acuerdo con la especificación ASTM A143 - Protección contra la fragilidad de los productos de acero estructural galvanizado por inmersión en caliente y el procedimiento para detectar la fragilidad:

“En la práctica la fragilización por hidrógeno de un acero galvanizado al caliente es generalmente de preocupación sólo si el acero es superior a aproximadamente 150 ksi (1100 MPa) en resistencia a la tracción final”.

Además, la sección 7.2.2 de la especificación ASTM F2329 - Revestimiento de zinc, inmersión en caliente, requisitos para la aplicación a pernos, tornillos, arandelas, tuercas y sujetadores roscados especiales de acero al carbono y aleado dice lo siguiente:

"Para los sujetadores de alta resistencia (que tienen una dureza mínima especificada del producto de 33 HRC), existe el riesgo de fragilización interna por hidrógeno".

Al revisar la Tabla 1 a continuación, queda claro que las especificaciones ASTM A490, ASTM A354 grado BD y SAE J429 grado 8 son potencialmente susceptibles a la fragilización por hidrógeno y, por lo tanto, no deben galvanizarse en caliente. Esto se ve reforzado por referencias específicas que se encuentran tanto en la especificación ASTM F3125 / A490 como en la especificación ASTM A354.

De acuerdo con el Anexo A1 de F3125 y la Tabla A1.1 - Recubrimientos permitidos, para los pernos de grado A490, tanto el galvanizado mecánico según B695 como el galvanizado en caliente según F2329 están "No calificados", lo que significa que esos dos recubrimientos están actualmente prohibidos en los sujetadores de grado A490.

Además, A354 en la Sección 4.3.5, Nota 4, hace referencia a ISO TR 20491, “Fundamentos de la fragilización por hidrógeno en sujetadores de acero”. Aunque esto está muy por debajo de una prohibición específica, está claro que los autores de A354 quieren asegurarse de que el usuario comprenda completamente las posibles dificultades de los pernos de galvanizado en caliente de este grado.

Esta información tomada directamente de las especificaciones de ASTM respalda nuestra creencia de que el galvanizado en caliente de ASTM A490, ASTM A354 grado BD y SAE J429 grado 8 debe evitarse debido al riesgo de fragilización por hidrógeno.

Efecto del calor en sujetadores templados y bonificados

El segundo tema de preocupación cuando se consideran los sujetadores de alta resistencia de galvanizado en caliente es potencialmente reducir las resistencias mecánicas debido a la introducción de calor durante el proceso de galvanizado en caliente. La mayoría de galvanizadoras operan sus tanques de galvanizado en caliente en promedio a 450° Centígrados (840° Fahrenheit). ¿Es esto suficiente calor para alterar potencialmente la resistencia de un sujetador templado y bonificado? En teoría, la cantidad de calor a la que está expuesto un sujetador de alta resistencia durante el proceso de galvanizado en caliente no debería alterar sus propiedades mecánicas.

Es obvio que la aplicación de calor a un perno que desarrolla su resistencia a través de un proceso de tratamiento térmico podría afectar negativamente la resistencia del sujetador. La pregunta es, ¿cuánto calor es necesario para cambiar potencialmente las propiedades mecánicas? En la página 4-4 de la Novena Edición del Manual AISC (American Institute of Steel Construction), se produce la siguiente declaración:

“El material de los pernos de anclaje o estructurales que está templado y bonificado (por tratamiento térmico) no debe ser soldado o calentado.”

Sin embargo, no se refiere a la cantidad de calor que debe evitarse. Obviamente, la soldadura aplica una tremenda cantidad de calor a los componentes que se están soldando, mientras que la galvanización en caliente se realiza a temperaturas significativamente más bajas. Otra referencia que se refiere el calentamiento de los pernos de alta resistencia (que ocurre durante la galvanización en caliente) se puede encontrar en la especificación ASTM F1554. La sección 6.5.3 de la especificación ASTM F1554 establece:

“La temperatura máxima de doblado en caliente para pernos de anclaje con tratamiento térmico deberá ser inferior a ....538°C (1000°F) para el grado 105. Los pernos de anclaje y estructurales se dejarán enfriar a temperatura ambiente después del doble.”

Aunque esta afirmación se refiere a doblado en caliente, esto implica que cualquier proceso (incluyendo la galvanización) que aplica calor o excede la temperatura de templado de un perno de alta resistencia pueden potencialmente alterar las propiedades mecánicas del sujetador y por lo tanto debe evitarse. Sin embargo, los pernos galvanizados en caliente solo permanecen en el tanque de zinc durante unos minutos y aunque la temperatura de la superficie puede acercarse a 450°C (840°F), es poco probable que todo el sujetador se caliente a esa temperatura. La referencia más relevante encontrada en cualquier especificación ASTM que se refiera la posibilidad de que el proceso de galvanizado en caliente altere las propiedades mecánicas de un sujetador de alta resistencia se encuentra en la sección 7.2.1.2 de la nueva especificación de galvanizado en caliente ASTM F2329 que establece:

“No es necesario probar las propiedades mecánicas si el proceso de galvanización se lleva a cabo a una temperatura más baja que la temperatura de alivio de tensión o templado de los sujetadores.”

Esto implica que las propiedades mecánicas tienen el potencial de ser alteradas solo si los pernos de alta resistencia se templan a temperaturas iguales o inferiores a la temperatura de 450°C (840°F) a la que están sujetos los pernos durante la galvanización en caliente. Como se indica a continuación en la Tabla 2, la temperatura mínima de templado y bonificado para ASTM A193 grado B7 y ASTM F1554 grado 105 es de 538°C (1000°F). Por lo tanto, no es posible que las temperaturas de galvanización excedan la temperatura de revenido para estas especificaciones. Aunque en teoría es posible que las otras especificaciones estén templadas por debajo de la temperatura del galvanizado. Por lo tanto, el galvanizado en caliente realizado en cualquiera de las especificaciones de pernos de alta resistencia enumeradas en la Tabla 2 no afectará negativamente la resistencia de estos sujetadores.

Temperaturas mínimas para el temple