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ESTRUTURAS DE AÇO PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO PROF. DR. ANDERSON H. BARBOSA Sumário Considerações Gerais. Processo de Produção. Classificação dos Aços. Aços Patináveis. Aços Galvanizados. Aços Inox. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 2 2 CONSIDERAÇÕES GERAIS Aço: liga de ferro e carbono, geralmente contendo manganês, silício e fósforo, entre outros elementos, que conferem ao material certas propriedades. Quantidade de carbono: confere diferentes níveis de resistência e dureza. Teores de carbono: Podem variar de 0,003 % (extra baixo carbono) até 2,0 % (alto carbono). Níveis de resistência: Adequação às mais variadas aplicações. Usinas siderúrgicas: Atenção especial aos aços para a construção civil – mercado promissor e com grande potencial de crescimento. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 3 3 Processo de produção Altos-fornos: Junção do minério de ferro, o sínter e o coque, gerando o ferro-gusa. Coque: é um tipo de combustível derivado do carvão betuminoso. Sínter: é um aglomerado de partículas finas de minério de ferro. Aciaria: Unidade que converte o ferro-gusa em aço. Nesta etapa os teores de Carbono existentes no gusa são reduzidos em conversores a oxigênio, gerando então o aço. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 4 4 Processo de produção O processo de formação do aço se compõem das etapas: Preparo da matéria-prima: SINTERIZAÇÃO E COQUERIA. Produção do ferro-gusa: ALTO-FORNO. Produção e lingotamento do aço: ACIARIA. Conformação mecânica: LAMINAÇÃO. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 5 5 Processo de produção Detalhes do processo: ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 6 6 Processo de produção Detalhes do processo: Ver vídeo do processo de produção do aço produzido pela GERDAU. Link: http://www.youtube.com/watch?v=egTzLGb-ECg ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 7 7 Processo de produção Laminados a Quente: Produção de bobinas ou chapas de aço laminadas a quente, largamente empregadas na construção civil para fabricação de estruturas metálicas e tubos. Laminados a Frio: Produção de chapas com espessura inferior a 1,0 mm, emprega-se o processo de Laminação a Frio das bobinas laminadas a quente. Os laminadores a frio funcionam como os laminadores a quente, exceto pelo fato de que o processo é feito à temperatura ambiente. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 8 8 Processo de produção Perfis Laminados: O processo é igual até o estágio do lingotamento contínuo, apenas gerando tarugos em vez de placas, que após serem reaquecidos, entram na linha de laminação de perfis para serem conformados a quente nas diversas bitolas padronizadas. Na unidade de Lingotamento Contínuo, o aço líquido é transformado em placas de aço. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 9 9 Processo de produção Perfis Laminados: ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 10 10 Processo de produção Processo de produção de perfis: ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 11 11 Processo de produção O aço é o material mais reciclado no mundo. Devido às suas propriedades magnéticas, que não são encontradas em nenhum outro material, o aço é facilmente separado de detritos e refugos domésticos. 40% da produção mundial de aço é obtida de aço reciclado. E este índice vem aumentando ano após ano, preservando recursos e o meio-ambiente. A sucata de hoje é o depósito de matéria-prima de amanhã. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 12 12 Processo de produção Capacidade de produção nacional: A indústria nacional está capacitada a produzir vários tipos de aços estruturais em diversas espessuras conforme definidos por normas nacionais e internacionais, como o ASTM A36. A produção mundial de aço, no ano de 2012, foi superior a 34,5 milhões de toneladas (Instituto Aço Brasil). Cerca de 100 países produzem aço, e o Brasil é considerado o 9º produtor mundial. O aço é produzido em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 13 13 Processo de produção ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 14 14 Classificação dos aços Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% deles foram desenvolvidos nos últimos 20 anos. Aços-carbono: Quantidades limitadas dos elementos químicos: carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Outros elementos químicos existem apenas em quantidades residuais. Podem ser classificados em: Aços de baixo carbono: < 0,3% - apresentam grande ductilidade, são bons para o trabalho mecânico e soldagem, utilizados na construção de edifícios, pontes, navios, automóveis, dentre outros usos. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 15 15 Classificação dos aços Podem ser classificados em: Aços de médio carbono: 0,3% a 0,6% - são utilizados em engrenagens, bielas e outros componentes mecânicos, são aços que quando temperados atingem boa tenacidade e resistência. Aços de alto carbono: > 0,6% - apresentam elevada dureza e resistência após têmpera, são comumente utilizados em trilhos, molas, engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas etc. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 16 16 Classificação dos aços Construção civil – Interesse maior nos aços estruturais de média e alta resistência mecânica (resistência e ductilidade, além de outras propriedades). Principais requisitos para aços estruturais: Elevada tensão de escoamento. Elevada tenacidade. Boa soldabilidade. Homogeneidade microestrutural. Susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento. Boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem que se originem fissuras ou outros defeitos. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 17 17 Classificação dos aços Por exemplo: ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 18 18 Classificação dos aços Aços estruturais existentes: ASTM A36 (MR 250) – classificado como um aço carbono de média resistência mecânica – mais utilizado. Tendência de uso: Aços de alta resistência e baixa liga – evitar estruturas cada vez mais pesadas. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 19 19 Classificação dos aços Usos dos aços de alta resistência e baixa liga: Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves. Melhorar a resistência à corrosão atmosférica. Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga. Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à tração, sem perda apreciável da ductilidade. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 20 20 Aços patináveis Aços Patínaveis ou Aclimáveis: Aços estruturais de maior resistência à corrosão atmosférica. São assim chamados porque, quando expostos sem nenhuma proteção ao ambiente, formam uma camada de óxido protetora, aderente e impermeável na sua superfície, conhecida como pátina. Vantagens da pátina: Dispensa operações de jateamento e pintura da superfície que fica exposta ao meio ambiente. Estas vantagens resultam em redução do custo da obra. Aços patináveis: aliam a resistência à corrosão atmosférica à elevada resistência mecânica, boa conformabilidade e boa soldabilidade. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 21 21 Aços patináveis Esta camada de pátina apresenta um efeito protetor da superfície do aço contra a continuidade do processo de oxidação. Só acontece após sucessivos ciclos de molhamento e secagem da superfície metálica e é condição obrigatória para a formação da pátina, que de outra maneira não se formará. Pode levar de 1 a 3 anos para se formar totalmente. A resistência à corrosão atmosférica deste tipo de aço é no mínimo 3 vezes maior que dos aços estruturais tradicionais. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 22 22 Aços patináveis Uso em atmosferas muito agressivas: Locais muito próximos ao mar ou atmosferas industriais com elevada concentração de poluentes atmosféricos, deve-se utilizar a proteção adicional da superfície com camadade pintura. Independentemente da agressividade no local, pode-se também utilizar a pintura da estrutura metálica com o objetivo de aumentar sua vida útil ou mesmo apenas para fins estéticos. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 23 23 Aços galvanizados Galvanização: processo de revestimento das chapas de aço. Aplicação: Sobre chapas laminadas a frio, podendo ser realizado por imersão a quente em zinco líquido puro ou com outros metais ou ainda por processo eletrolítico. Este zinco adere à superfície do aço, formando uma camada contínua e com espessuras variáveis de acordo com sua futura aplicação. Produção das Usinas Siderúrgicas – Bobinas e chapas revestidas, conferindo ao aço maior resistência à oxidação ou corrosão. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 24 24 Aços galvanizados As chapas de aço zincadas utilizadas na construção civil podem ser classificadas: chapas de uso geral (para telhas, componentes e acessórios). chapas de uso estrutural (para perfis estruturais). Podem ser usadas em locais com atmosferas mais agressivas, como regiões marinhas e industriais. Aplicações: Coberturas e tapamentos laterais. Estrutura de paredes tipo dry wall. Sistema construtivo Light Steel Framing. Lajes metálicas do tipo Steel-deck. Portas, janelas, caixilhos e esquadrias em geral. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 25 25 Aços galvanizados Um outro tipo de revestimento galvanizado é a associação de alumínio e zinco. O aço 55% Al-Zn é o produto de chapas de aço revestidas com liga de 55% Alumínio e 45% de Zinco, que é perfeitamente adequado para a maioria dos tipos de cobertura. Nomes comerciais: Galvalume ou Zincalume, dependendo do fabricante. Características: Alta resistência à corrosão atmosférica. Excelente performance em atmosferas agressivas, como industrial e marinha. Maior conforto térmico devido à elevada refletividade. Beleza estética devido a sua aparência. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 26 26 Aços inox Aço inox: termo empregado para identificar uma família de aços contendo no mínimo 10,5% de cromo, elemento químico que garante ao material elevada resistência à corrosão. Distribuído de forma homogênea por todo o inox, o cromo, ao entrar em contato com o oxigênio do ar, forma uma camada fina, contínua e resistente de óxido sobre a superfície do aço, protegendo-o contra ataques corrosivos do meio ambiente. Apesar de invisível, estável e com espessura finíssima, essa película é muito aderente ao inox e tem sua resistência aumentada à medida que se adiciona mais cromo à mistura. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 27 27 Aços inox Os seguintes elementos de liga são adicionados para proporcionar características específicas: Cromo: A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis depende do teor de cromo contido. Quanto maior o cromo contido maior a resistência à corrosão. Níquel: Torna o aço mais dúctil. Pequeno efeito na resistência à corrosão. Torna o aço não magnético. Titânio e Nióbio Evita a combinação do carbono com o cromo evitando perda de resistência à corrosão e melhora a soldabilidade. ENGENHARIA CIVIL - ESTRUTURAS DE AÇO 28 28
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