Aula 5 - Produção do aço

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Produção do aço e Classificação dos aços Normas ABNT, ASTM, AISI, DIN e aços inoxidáveis
Prof. Vitor
UNIP – ENG. MECANICA E MECATRONICA 5/6° PERÍODOS
Produção dos aços
Para a obtenção do aço são necessárias duas matérias-primas principais: o minério de ferro e o carvão mineral.
O carvão mineral destina-se a fornecer energia térmica e química necessárias à redução do minério de ferro; este, por sua vez, constitui a matéria-prima fundamental para a obtenção do aço
Produção dos Aços
Introdução
A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação metalúrgica e de conformação mecânica.
Produção dos aços
Em síntese, pode-se dividir sua produção em cinco grandes etapas: preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização), produção do ferro-gusa (alto-forno), produção do aço (aciaria), refinamento e lingotamento, e conformação mecânica (laminação e trefilação).
Coqueificação
Eliminação de impurezas do carvão mineral (anteriormente à sua entrada no alto-forno).
Ocorre na coqueria - constituído por uma série de fornos específicos. 
O carvão sofre destilação em ausência de ar, com liberação de substâncias voláteis (T~1 .300°C, durante 18 horas). 
O produto resultante (coque metalúrgico) é um resíduo poroso composto basicamente de carbono, com elevada resistência mecânica e alto ponto de fusão. 
O coque é encaminhado ao alto-forno, enquanto finos de coque são enviados à sinterização e aciaria. 
Ferros utilizados para obtenção ferro gusa
Sintetização
Operação prévia com o minério bruto, antes de sua entrada no alto-forno. 
Aglutinação de finos de minério, tendo em vista teores elevados destes finos dificultarem a entrada de ar e diminuírem a velocidade com que o ar pode entrar para executar a combustão. 
Processo de sinterização - adição de um fundente (finos de calcário ou areia silicosa, além dos finos de coque) aos finos de minério, levando o conjunto a um forno para fundir a mistura. 
Após o resfriamento e britagem, obtém-se como resultado do processo, o sínter - partículas sólidas de dimensão média superior a 5 mm. 
Ferro Gusa
O ferro-gusa é um produto primário no ciclo da produção do aço, sendo oriundo da redução inicial do minério de ferro em um alto-forno. Esta redução é resultante da combinação do carbono presente no coque com o oxigênio do minério,em uma reação exotérmica. 
Ferro Gusa
Transformação química:
Ferro Gusa
Ferro gusa: é um produto bruto, com teores de carbono entre 3,5 e 4,5% que em geral esfria até se tornar sólido, sendo comercializado em blocos. Tal produto representa uma das matérias-primas à obtenção posterior do aço.
Aciaria
Matéria-prima: ferro-gusa, sucatas de aço ou ferro fundido. 
Os ferro-ligas (ligas de ferro com outros metais em teores relativamente elevados) também são matéria-prima à produção do aço, sendo, em especial, destinados a servir como adição para ajuste da composição química. 
Queima ou calcinação - transforma ferro-gusa em aço - T = 1590 a 1700°C 
Refinamento e Lingotamento
Após a passagem pelo forno principal, o aço líquido é vertido em um balde de vazamento ou panela e levado a fornos menores para refino e ajuste de sua composição final. 
Cessada a etapa de refino, o aço é submetido ao processo de lingotamento contínuo.
Refinamento e Lingotamento
Refinamento - queima em fornos menores (fornos panela) ~ 40 min. a 1.600°C. 
Objetivo: refino e ajuste da composição final do aço. 
Lingotamento - moldagem do aço líquido em barras de seção quadrada. 
Sai da lingoteira em estado rubro (T~1.200°C) 
Solidifica-se em forma de barras (15 m) 
Conformação Mecânica
Laminação a Quente 
Reaquecimento das barras (até 1.200°C) 
Passagem pelos trens de laminação - submissão a um esforço de compressão lateral e posteriormente diametral (quando os paralelepípedos se transformam em cilindros) 
Redução de seção transversal 
Conformação Mecânica
Laminação a Quente 
Classificação de Aços
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas ABNT/SAE/AISI/ASTM de classificação dos aços
Usa-se um conjunto de quatro algarismos, no qual os dois primeiros algarismos indicam o tipo do elemento de liga adicionado ao ferro e carbono. 
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas ABNT/SAE/AISI/ASTM de classificação dos aços
E os dois últimos algarismos divididos por 100 indicam o teor de carbono no aço. 
Por exemplo, o aço ABNT 1020, os dois primeiros algarismos indicam que é um aço ao carbono, e os dois últimos algarismos indicam que o teor de carbono é igual a 0,2% (mais ou menos, permite uma pequena faixa de variação).
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas DIN
Aços comuns para construção mecânicas 
São indicados com o prefixo St seguidos pelo valor da resistência de ruptura a tração em Kgf/mm2.
Ex. Aço St 37 (Aço com sr= 37 Kgf/ mm2)
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas DIN
Aços carbono de qualidade
São classificados com a letra C seguidos pela percentagem de carbono multiplicado por 100
Ex. Aço C 15 (aço carbono com 0,15%C)
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas DIN
Aços liga
São indicados por uma expressão de letras e números com os seguintes significados:
1º Número representativo da % de C.
2º Símbolos químicos dos elementos de liga que mais caracterizam o aço.
3º Percentagem dos elementos de liga dividido por 4 -10-100 respectivamente.
Ex: 15 Cr 3 (Aço cromo – 0,15% C – 0,75% Cr)
22 Cr Mo 54 (Aço cromo molibdênio com – 0,22%C – 1,25%Cr – 0,4%Mo)
100%
Classificação dos Aços
Quanto a composição química: Sistemas DIN
Se a expressão indicativa for precedida po X, o último grupo de número não representa mais a percentagem convencional dos elementos de ligas e sim a percentagem real segundo ordem.
Ex: 
	X 10 Cr Ni Ti 1892 
	(Aço com: 0,1%C – 18%Cr – 9%Ni – 2%Ti)
Classificação dos Aços
	Uma outra forma de classificarmos os aços, é segundo a sua aplicação
Aços de usinagem fácil – tem essa denominação, pois além de manterem boas propriedades mecânicas, apresentam “corte fácil”. A excelente usinabilidade, conseguida nesses materiais, deve-se a adição de Enxofre, Manganês e Chumbo.
	Ex: aço ABNT 1111, aço ABNT 1112.
Classificação dos Aços
Aços para cementação – a cementação consiste na introdução de Carbono na superfície do aço de modo que este, depois de temperado e revenido, apresente uma superfície mais dura. 
	Podem ser cementados os aços carbonos e os aços ligas de baixo teor de C (0,08a 0,25 %). Ex: aço ABNT 1020, aço ABNT 8620.
Classificação de aços
Aços para beneficiamento – os aços para beneficiamento são indicados para a construção de elementos de máquinas de pequenas dimensões, alta resistência e máxima tenacidade. Estes aços apresentam elevado limite de elasticidade, bom alongamento e grande resistência.
	O beneficiamento é um tratamento térmico composto de têmpera e de revenido.
	
	O beneficiamento melhora as propriedades mecânicas do aço, como a resistência a tração e dureza. Principalmente a resistência a solicitações dinâmicas. Ex: aço ABNT 4340, aço ABNT 8640.
Classificação dos Aços
Aços para molas – esses aços devem apresentar: alto limite de elasticidade, elevada resiliência, grande resistência mecânica e alto limite de fadiga
	Quando as molas destinam-se a cargas fracas usam-se aços carbono, para cargas de alta intensidade usam-se aços ligados, como Aços Cr ou Aços Ni Cr Mo. Ex: aço ABNT 9260, aço ABNT 5160.
Classificação dos Aços
Aços para ferramentas e matrizes – estes aços além de apresentarem alta dureza e elevada resistência ao desgaste, devem possuir, boa endurecibilidade, elevada resistência mecânica, elevada resiliência, resistência ao calor, usinabilidade razoável.
	As altas durezas e resistência ao desgaste são conseguidas pelo alto teor de carbono ou pela adição de elementos de ligas que aumentam também as outras propriedades. Ex: aço ABNT O1 (Oil – Óleo), aço ABNT A2 (Air –
Ar).
Classificação dos Aços
Aços inoxidáveis: costuma-se agrupar os aços inoxidáveis, segundo sua estrutura cristalina, nas seguintes classes:
· Aços inoxidáveis ferríticos – apresenta estrutura ferrítica em qualquer temperatura. É ferromagnético e não endurecível por têmpera. Ex: aço AISI 430.
· Aços inoxidáveis martensíticos – apresenta como característic predominante a capacidade de adquirir estrutura martensítica por têmpera. Este aço é ferromagnético. Ex: aço AISI 410 e 420.
Classificação para Aços
Aços inoxidáveis austeníticos – apresenta estrutura austenítica em qualquer temperatura. É paramagnético e não endurecível por têmpera. Mediante deformação a frio, pode adquiri estrutura parcialmente martensítica, apresentando então leve ferromagnetismo. 
Ex: aço AISI 302, 303, 304, 316L.
Classificação para Aços
Aços inoxidávies duplex
	Influência do teor de carbono torna temperáveis determinados aços, que por este motivo são classificados como martensíticos; com teores mais baixos de carbono, o mesmo aço não é temperável, enquadrando-se portanto entre os aços ferríticos. Esse é o caso típico dos aços cromo com 13% a 18% de Cr.
	
Classificação de Aços
Aços inoxidávies duplex
	Quanto as características de resistência a corrosão, o carbono tem uma influência desfavorável nos aços austeníticos: os de teor mais elevado são normalmente mais propensos a sofrer corrosão intercristalina do que os de teor mais baixo.
Classificação de Aços
Influência dos elementos de liga
CROMO é o elemento de liga fundamental dos aços inoxidáveis, adicionado em teores mínimos da ordem de 12%, sua função básica está relacionada com a formação de uma película impermeável, que protege o aço contra o ataque de agentes agressivos.
Classificação de Aços
Influência dos elementos de liga
NÍQUEL depois do cromo é o elemento de liga mais importante e mais característico dos aços inoxidáveis. O níquel favorece a formação de austenita, tendendo a aumentar o campo de existência desta fase, que se estende até a temperatura ambiente no caso dos aços inoxidáveis austeníticos. Além disso, o níquel aumenta consideravelmente a resistência ao calor e a corrosão.
Classificação dos Aços
TITÂNIO, NIÓBIO, TÂNTALO possuem grande afinidade pelo carbono e são adicionados aos aços inoxidáveis como estabilizadores de estrutura, formando carbonetos muito estáveis. Sua presença evita a formação de carbonetos de cromo, removendo assim o fator principal da corrosão intercristali na. Isso é particularmente importante nas peças soldadas que por qualquer circunstância não possam ser recozidas após a soldagem.
Classificação dos Aços
ENXOFRE, SELÊNIO quando adicionados intencionalmente aos aços inoxidáveis, tem a função de melhorar a usinabilidade, tal como nos aços para construção mecânica.
MOLIBDÊNIO geralmente adicionado em teores da ordem de 2 a 4%, melhora sensivelmente a resistência a corrosão e ao calor.
Classificação de Aços
Aços para fins elétricos e magnéticos – destinados a fabricação de núcleos d equipamentos eletromagnéticos, geralmente caracterizado por alto teor de silício.
Aços resistentes ao calor – caracterizam-se por apresentar resistência química e mecânica a ação de altas temperaturas.
Mensagem
Pois estou convencido de que nem morte nem vida, nem anjos nem demônios, nem o presente nem o futuro, nem quaisquer poderes, nem altura nem profundidade, nem qualquer outra coisa na criação será capaz de nos separar do amor de Deus que está em Cristo Jesus, nosso Senhor. 
Romanos 8:38-39