Aula 08 Materiais Ferrosos (1)

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II 
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Materiais metálicos ferrosos 
 
Introdução 
 
Os materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. Eles possuem um número grande 
de elétrons não localizados, ou seja, que não estão ligados a nenhum átomo em particular, o que é conhecido com nuvem 
eletrônica. Esta nuvem de elétrons é a responsável pelas principais características dos metais, tais como a condutibilidade 
(são bons condutores térmicos e elétricos) a maleabilidade (são capazes de ser transformado em lâminas) e a elasticidade 
(são capazes de se deformar e voltar ao normal depois de retirada a tensão). 
As ligas metálicas são constituídas pela combinação química de dois ou mais elementos metálicos (como o 
latão, liga cobre-zinco) ou por um ou mais elementos metálicos combinados com um ou mais elementos não metálicos 
(como o aço, liga ferro-carbono). 
 
Classificação 
 
Os metais e suas ligas podem ser divididos em duas grandes classes: materiais metálicos ferrosos e não ferrosos. 
Os ferrosos contêm uma percentagem elevada de ferro em sua composição química, sendo este elemento o seu 
principal constituinte (aços e ferros fundidos). Os não ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas em pequena 
quantidade (tais como o alumínio, o cobre, o níquel, o chumbo, assim como as suas respectivas ligas). Dentre as ligas não 
ferrosas mais importantes na construção civil estão incluídas as de alumínio, cobre e zinco. 
 
Produção 
 
O metal pode ser encontrado na natureza em estado livre ou na forma de compostos e normalmente 
acompanhado de impurezas, genericamente chamadas de ganga, a essa mistura é chamada de minério. A partir do 
minério a obtenção de um metal passa por duas fases distintas: 
- mineração: extração do minério (colheita e concentração) 
- metalurgia: obtenção do metal puro por redução, processo primário feito a altas temperaturas com elevado consumo 
energético. 
 
Obtenção do aço 
 
A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação metalúrgica e de conformação 
mecânica. Resumidamente pode-se dividir sua produção em cinco etapas (DIAS, 1998): 
- preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização) 
- produção do ferro-gusa (alto-forno) 
- produção do aço (aciaria) 
- refinamento e lingotamento 
- conformação mecânica (laminação). 
 
A Figura 1 ilustra esquematicamente os processos para produção do aço. 
 
 
 
Figura 1: Etapas básicas para a produção do aço 
Fonte: Instituto Aço Brasil 
 
 
 
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Preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização) 
 
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. 
Em relação ao carvão mineral, anteriormente à sua entrada no alto-forno, realiza-se nesta matéria-prima uma 
operação de eliminação de impurezas conhecida como coqueificação. Na coqueria, local onde se processa a 
coqueificação (constituído por uma série de fornos específicos), o carvão sofre destilação em ausência de ar, com 
liberação de substâncias voláteis, o que se dá a uma temperatura em torno de 1300ºC, em média durante 18 horas. O 
produto resultante, o coque metalúrgico, é um resíduo poroso composto basicamente de carbono, com elevada 
resistência mecânica e alto ponto de fusão. Desta feita, o coque é encaminhado ao alto-forno, enquanto finos de coque 
são enviados à sinterização e aciaria. Segundo DIAS (1998), a matéria prima mais importante na composição do custo de 
um alto-forno é o coque, participando com 60% do custo total dessa operação. 
Similarmente ao caso do carvão, uma operação prévia é feita com o minério bruto, antes de sua entrada no alto-
forno. Esta operação chama-se sinterização, que nada mais é do que uma 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. 
O processo de sinterização em si consiste na 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, isto é, partículas sólidas de dimensão média superior a 5 mm. 
(DIAS, 1998) 
Com a obtenção do coque e do sínter, parte-se então para a produção do ferro-gusa, no alto-forno. 
 
Produção do ferro-gusa (alto-forno) 
 
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. Em proporções adequadas, são adicionadas quantidades de minério (na forma de 
sínter), coque ou carvão vegetal e um fundente, em geral o calcário. Dessa forma, obtem-se três produtos básicos: o 
material líquido, o então chamado ferro-gusa; a escória de alto-forno e os gases. 
O ferro gusa é, portanto, 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. 
A escória é um subproduto inevitável nos processos siderúrgicos, sendo constituída em sua maior parte de 
aluminossilicatos de cálcio sob a forma vítrea. Ela resulta da combinação dos minerais da ganga do minério de ferro, das 
cinzas do coque e o calcário ou dolomito utilizados como fundentes, tendo atualmente uma importante atuação na 
indústria cimenteira, especificamente na obtenção do cimento Portland de alto-forno, o CP III. Sua estrutura vítrea e alta 
reatividade, requisitos essenciais ao seu uso no cimento, são obtidos mediante resfriamento rápido, quando a escória é 
vertida em tanques com água, os chamados tanques de granulação. O produto final é então denominado escória granulada 
de alto-forno. 
Finalmente, os gases, ricos em monóxido de carbono, saem pela parte superior do alto-forno e são recolhidos 
para sua utilização como combustível. Antes, porém, eles são purificados, de maneira a se retirar poeira. 
 
Produção do aço (aciaria) 
 
Constitui-se matéria-prima para produção do aço o ferro-gusa e sucatas de aço ou ferro fundido. Os ferro-ligas, 
ou seja, ligas de ferro com outros metais em teores relativamente elevados, também podem ser utilizados, sendo, em 
especial, destinados a servir como adição para ajuste da composição química. 
A partir de um pátio de sucata, este tipo de matéria-prima se junta ao ferro-gusa e, em proporções adequadas, 
ambos são adicionados ao forno. Cabe salientar que em função do tipo de forno empregado e da disponibilidade de 
matéria-prima, às vezes só o gusa é empregado e outras vezes apenas é refinada a sucata de aço, cabendo ao ferro-liga um 
uso mais restrito, mormente quando se requer ajuste na proporção especificada. 
Diversos são os tipos de fornos existentes, dentre os quais pode-se citar o conversor Bessemer, o Siemens-
Martin, o forno elétrico etc. 
 
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 pararefino e ajuste de sua composição final. Esses fornos podem ser do tipo elétrico, também com três 
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eletrodos de grafite, sendo conhecidos como fornos panela, nos quais o aço permanece por cerca de quarenta minutos a 
uma temperatura da ordem de 1600ºC. 
Em geral, ao final do período no forno de refino, amostras de cada corrida são retiradas e enviadas a laboratório 
para fins de controle de qualidade. Por meio de técnicas como a espectrometria ótica, por exemplo, elementos químicos 
são determinados e a composição química avaliada. Em função dos resultados, o aço líquido pode receber ferros-ligas, de 
maneira que o produto final se enquadre dentro dos limites requeridos. 
Cessada a etapa de refino, o aço é submetido ao processo de lingotamento contínuo. Através de uma única 
abertura no fundo da panela, o aço líquido é escoado para um distribuidor, que então distribui o volume de material 
líquido de modo a escoá-lo simultaneamente através de vários furos existentes no fundo do distribuidor. Abaixo de cada 
furo do distribuidor existe um molde de seção quadrada que recebe o aço líquido e dá forma ao material. A este molde 
dá-se o nome de lingoteira, a qual, por ser refrigerada com água, é conhecida como lingoteira refrigerada. O aço líquido 
é, portanto, vazado para as lingoteiras ainda em estado rubro, com temperatura ao redor de 1200ºC, sendo 
consequentemente resfriado ao ar, ao mesmo tempo em que vai se solidificando na forma de semi-acabados, lingotes e 
blocos. 
 
Conformação mecânica (laminação) 
 
Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados 
em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química. 
 
Tipos e características 
 
AÇOS-CARBONO 
 
Definição de aço: Aço é a liga ferro-carbono contendo de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos 
elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação, geralmente enxofre, fósforo e silício. O limite inferior a 
0,008% corresponde à máxima solubilidade do carbono no ferro (no caso ferro  ou ferrita) à temperatura ambiente e o 
limite superior 2,11% corresponde à máxima quantidade de carbono que se dissolve no ferro (no caso ferro  ou 
austenita) e que ocorre a 1.148°C. Essa quantidade máxima depende da presença de elementos de liga ou de elementos 
residuais em teores superiores aos habituais. 
 
Existem assim dois tipos fundamentais de aço: 
 
• aço-carbono contendo geralmente 0,008% até 2,11% de carbono, além dos elementos residuais resultantes dos 
processos de fabricação; 
• aço-liga que contém outros elementos de liga. 
 
Aços-carbono 
 
Os aços comuns, ou aços-carbono, podem ser classificados, quanto à composição ou teor em carbono: 
 
 Classificação americana aços de baixo carbono – até 0,25%C 
 aços de médio carbono – 0,25% a 0,6%C 
 aços de alto carbono – 0,6 a 2,0%C 
 
 Classificação francesa aço doce – 0,05 a 0,30%C 
 aço meio doce – 0,30 a 0,40%C 
 aço meio duro – 0,40 a 0,60%C 
 aço duro – 0,60 a 1,00%C 
 
Enquanto a classificação francesa está baseada na dureza, a classificação americana leva em conta a facilidade 
de solda: até 0,25%C o aço é fácil de se soldar; de 0,25 a 0,60%C é difícil, devendo ser tomadas precauções especiais; 
acima de 0,6%C é impossível com os processos de solda comuns. 
 
AÇOS DE BAIXA E MÉDIA LIGA 
 
Aços-liga: Recebem a denominação geral de “aços-liga” todos os aços que possuem qualquer quantidade de 
outros elementos, além dos que entram normalmente na composição química dos aços-carbono (manganês, enxofre, 
fósforo e silício). Esses elementos adicionais são denominados de “elementos de liga”. Conforme a porcentagem total de 
elementos de liga presentes, distinguem-se três classes de aços-liga: 
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• aços de baixa liga – até 5% de elementos de liga. A percentagem de 5% foi estabelecida arbitrariamente pelos 
metalurgistas. 
• aços de média liga – de 5% a 12% de elementos de liga. 
• aços de alta liga – mais de 12% de elementos de liga. A percentagem de 12% se deve a que com 12% de 
cromo, o aço se torna “inoxidável”. 
Nos chamados aços inoxidáveis, o conteúdo de pelo menos 12% de cromo lhes confere a propriedade de não 
enferrujar, mesmo em exposição prolongada a uma atmosfera normal. Isso não significa, entretanto, que não se 
enferrujem em nenhuma outra situação. Todos os aços-liga são bem mais caros do que o aço-carbono, sendo o seu preço 
em geral tanto mais elevado quanto maior porcentagem tiver de elementos de liga. Por essa razão, só se empregam esses 
materiais quando as condições de serviço exigirem. 
 
Ao introduzirem-se elementos de liga nos aços, visa-se aos seguintes objetivos: 
• melhorar as propriedades mecânicas; 
• aumentar a resistência a altas (ou baixas) temperaturas; 
• conferir resistência à corrosão; 
• modificar as características elétricas e magnéticas. 
 
Os elementos de liga são introduzidos em teores e em número os mais variados. A tendência moderna é 
adicionar vários elementos de liga simultaneamente, em teores baixos e médios. Os teores elevados de um ou mais 
elementos de liga são destinados para os casos em que se procuram características especiais. Do ponto de vista da 
indústria química, os aços liga mais importantes são os de cromo, níquel e molibdênio. 
O principal efeito da adição de cromo é uma sensível melhoria na resistência a temperaturas elevadas e na 
resistência à corrosão em geral. Por essa razão, os aços-liga com cromo podem ser empregados em temperaturas mais 
elevadas do que a temperatura limite de uso dos aços-carbono. A resistência do aço cromo às altas temperaturas cresce 
até uma percentagem de Cr de 2,5%. Acima deste valor, o aumento de resistência é irrelevante. Por esta razão, 2,5% é a 
percentagem máxima de Cr que se adiciona ao ferro para resistir altas temperaturas. Entretanto, são adicionadas 
percentagens maiores quando se deseja aumentar a resistência à corrosão ou melhorar outras propriedades mecânicas. 
O principal efeito da adição de molibdênio é o de melhorar a resistência à fluência do aço. A percentagem 
máxima de Mo para esta finalidade é de 0,5%. 
Os aços contendo níquel como elemento de liga são os materiais específicos para serviços em baixas 
temperaturas. Esses materiais têm também transição dúctil-frágil, mas a faixa de temperaturas de transição é tanto mais 
baixa quanto maior for a quantidade de níquel presente, chegando ao mínimo quando conteúdo é de 9%. Percentagens 
maiores de Ni não têm efeitos apreciáveis sobre a resistência a baixas temperaturas. 
 
Aços inoxidáveis 
 
Denominam-se genericamente de “aços inoxidáveis” os aços que não se enferrujam, mesmo pela exposição 
prolongada à atmosfera normal. Esta propriedade é conseguida pela adição de pelo menos 12% de Cr. São portanto aços 
de alta liga, que podem conter 12 a 26% de Cr, até 22% de Ni e frequentemente pequenas quantidades de outros 
elementos de liga; são consideravelmente mais caros do que os aços-carbono e os aços de baixa liga. 
O cromo tem grande afinidade pelo oxigênio e oxida-se preferencialmente, formando uma película forte e 
aderente de óxidos e hidróxidos, que protege o ferro retardando a oxidação do material; todos esses efeitos são tanto mais 
acentuados quanto maior for a quantidade de cromo no aço. Os aços inoxidáveis costumamser classificados em três 
grupos, de acordo com a estrutura metalúrgica predominante na liga, em temperatura ambiente: 
 
• Aços inoxidáveis austeníticos 
• Aços inoxidáveis ferríticos 
• Aços inoxidáveis martensíticos 
 
Os aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos têm, dependendo do tipo, 12 a 30% de Cr; a maioria é isenta de 
Ni. 
 
Aços inoxidáveis especiais 
 
Além dos aços inoxidáveis convencionais, vistos nos itens anteriores, têm sido desenvolvidos ultimamente 
numerosos outros tipos de aços inoxidáveis, alguns dos quais feitos especificamente para determinados casos de 
aplicação. De um modo geral, estes materiais, que são quase todos muito mais caros do que os aços inoxidáveis usuais, 
foram desenvolvidos para atingir um dos seguintes objetivos: 
• melhor resistência à corrosão 
• maior resistência mecânica 
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Estes aços chamam-se também de “ligas proprietárias” pois estão protegidas por patentes de propriedades das 
empresas que as desenvolveram. Algumas ligas proprietárias muito usadas na indústria química são: Inconel e Incoloy, 
propriedade da Huntington Alloys (USA), Sanicro, propriedade da Sandvik (Suécia), Hastelloy, propriedade da Cabot 
(USA), Uranus, propriedade da Uginor (França). 
 
Ferros fundidos 
 
Define-se ferro fundido como as ligas Fe-C cujo teor de carbono se situa acima de 2,1%. Face à influência do 
silício nessa liga, sobretudo sob o ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro fundido é normalmente 
considerado uma “liga ternária Fe-C-Si”, pois o silício está sempre presente. Por esse motivo o carbono está, em grande 
parcela, na forma livre, como grafita. A composição química é um dos fatores mais importantes para determinar a 
estrutura dos ferros fundidos. 
Dentro da denominação geral de “ferro fundido”, podem ser distinguidos os seguintes tipos: 
 
• ferro fundido cinzento, cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), e estrutura em 
que uma parcela relativamente grande do carbono está no estado livre como grafita, em forma de veios ou flocos, e outra 
parcela no estado combinado (Fe3C). 
• ferro fundido branco, cuja fratura mostra uma coloração clara (donde a sua denominação), mas cuja estrutura, 
devido ao menor teor de silício, apresenta o carbono quase inteiramente na forma combinada (Fe3C); 
• ferro fundido nodular, caracterizado por apresentar, devido a um tratamento realizado ainda no estado líquido, 
carbono livre na forma de grafita esferoidal (ou de nódulos), que confere ao material características de boa ductilidade, 
donde a denominação frequente para esse material de ferro fundido dúctil ou maleável. 
 
Ferro fundido cinzento: É o material metálico mais barato que existe; obtido diretamente do alto forno. O ferro fundido 
é quebradiço devido à presença do carbono em forma de veios, que facilita as fraturas e faz com que a resistência à tração 
e a ductilidade do material sejam bastante baixas. Tem grande fusibilidade, preenchendo facilmente moldes complicados, 
e muito boa usinabilidade. A sua soldagem é extremamente difícil, empregada apenas para reparos. A resistência 
mecânica é baixa para esforços de tração e de flexão; mas tem uma boa resistência à compressão e grande capacidade de 
absorção de vibrações. O ferro fundido não pode ser trabalhado a frio. A resistência à corrosão do ferro fundido é 
sensivelmente melhor do que dos aços-carbono, devido à presença da grafita em forma de veios. No contato com a 
atmosfera, com o solo e com águas neutras e alcalinas, a ferrugem do ferro fundido é insignificante. 
 
Ferro fundido branco: É assim chamado porque, devido a apresentar o carbono quase inteiramente combinado na forma 
de Fe3C, mostra uma fratura branca. Suas propriedades básicas são elevada dureza e resistência ao desgaste, o que os 
torna difíceis de usinar, mesmo com os melhores materiais de corte. 
 
Ferro nodular, maleável ou dúctil: O ferro nodular é um ferro fundido obtido por um processo especial, no qual o 
carbono apresenta-se sob a forma de nódulos. A sua composição química é semelhante à do ferro fundido cinzento. O 
material tem qualidades mecânicas e de resistência à temperatura muito superiores às do ferro fundido cinzento, sendo 
empregado em peças fundidas de alta qualidade. Pode trabalhar em temperaturas elevadas tendo resistência à fluência 
semelhante à do aço de baixo carbono. A ductilidade é bastante boa. A resistência à corrosão é semelhante à do ferro 
fundido cinzento e sensivelmente melhor do que a do aço-carbono. É um material de solda muito difícil. 
 
Principais aplicações e usos não estruturais 
 
Aços carbono comuns: 
 
Arames recozidos, telas soldadas (para cercamentos e alambrados), chapas lisas ou corrugadas (para 
revestimento de pisos e paredes), tubos para encanamentos e seus acessórios, painéis de andaimes, telhas e tapamentos 
laterais, painéis (arquitetônicos e termo-acústicos), forros, esquadrias e seus acessórios, calhas, rufos, condutores 
verticais de águas pluviais e eletrocalhas. 
Podem ser revestidos superficialmente (por exemplo, por zinco, estanho, fósforo e materiais poliméricos 
orgânicos, como as tintas e vernizes) para uma melhor proteção contra a corrosão. 
 
Aços inoxidáveis: 
 
Elemento decorativo de fachadas (revestimento de superfícies com chapas com acabamento espelhado, lixado, 
escovado ou colorido), elemento decorativo de interiores (corrimãos, divisórias, revestimento interno de elevadores, etc.), 
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mobiliário urbano (sinalização, bancos, abrigos, lixeiras, etc.), caixas d´água, cubas, revestimento de pias, válvulas, 
metais sanitários, coifas, ralos, etc. 
 
Ferros fundidos: 
 
Tampões de pista de rolamento e de calçada (para visitas em redes de água, esgoto, telefonia e elétrica), grelhas 
para águas pluviais, grades decorativas, tubos para redes de água e seus acessórios (válvulas, conexões, etc.), ralos, 
caixas de correio, etc. 
Os principais tipos de tubos e conexões de ferro fundido são produzidos em ferro fundido dúctil e suas 
principais aplicações são: 
- Obras de engenharia sanitária (adutoras, redes de água, redes de esgoto, emissários, instalações de estações de 
recalque, etc.) 
- Indústria petroquímica, no transporte de gases, de ar comprimido e de matérias sólidas em suspensão. 
Todos os tubos em fabricação normal são revestidos internamente com argamassa de cimento aplicada por 
centrifugação e no revestimento externo aplica-se uma pintura betuminosa anti-corrosiva de cor preta. Outros 
revestimentos tanto interno como externo podem ser aplicados conforme destino do produto. 
 
Corrosão 
 
Um dos cuidados que se deve ter ao utilizar os metais é com a oxidação e a corrosão estes. A oxidação e a 
corrosão são dois processos pelos quais os metais retornam à natureza, procurando uma condição mais estável, ou seja 
tentando retornar à condição de minérios. 
A oxidação é o fenômeno pelo qual o metal reage diretamente com o oxigênio do ar com o qual está em contato 
direto. A reação química que ocorre pode ser representada pela expressão: 
 
metal + O2  óxido metálico 
A oxidação se inicia na superfície exposta do metal e a camada de óxido formada constitui uma barreira 
tendendo a impedir o prosseguimento da reação. No entanto, esta pode prosseguir se houver um processo de difusão do 
metal ou do oxigênio, ou mesmo de ambos, através da camadade óxido. Essa difusão é mais intensa se o volume de 
óxido formado for menor do que o do metal que se oxidou, o que faz com que a camada seja porosa. Se essa camada for 
pouco porosa e firmemente aderente ao metal, o óxido protege eficientemente o restante do metal. É o que acontece com 
o alumínio e com cromo. 
Por outro lado, quando o volume do óxido for maior do que o do metal de origem, surgem tensões de 
compressão na camada de óxido que acabam provocando seu desprendimento, com exposição de porções de superfície 
ainda não atacada, tornando o processo de oxidação mais rápido. O aumento de temperatura favorece a oxidação devido 
ao aumento da reatividade do metal e do oxigênio e aumento da velocidade de difusão através da camada de óxido. 
Em geral a corrosão é um processo espontâneo que está constantemente transformando os materiais metálicos de 
modo que a durabilidade e o desempenho dos mesmos deixem de satisfazer os fins a que se destinam. Por isso, na 
seleção de materiais metálicos, a resistência à corrosão do material é um fator que deve ser levado em conta. 
 
 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
CASCUDO, Oswaldo & HELENE, Paulo. Produção e obtenção de barras de fios de aço para concreto armado. São 
Paulo, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia de Construção Civil, Boletim 
Técnico BT/PCC/256, 17p. 2000 ISSN 0103-9830 
 
ISAIA, G. C. (Editor). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. Vol. 2. São Paulo: 
IBRACON, 2007. Páginas 1037 a 1074. 
 
Site do Instituto Aço Brasil, disponível em <http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/aco/processo--etapas.asp>. 
Acesso em 14/04/2013. 
 
SILVA, M. R. Materiais de Construção. Ed. Pini, 2ª ed. São Paulo, 1991.