Aço

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O aço é uma liga feita de ferro com normalmente alguns décimos de um por cento de carbono para melhorar sua força e resistência à fratura em comparação com outras formas de ferro. Muitos outros elementos podem estar presentes ou adicionados. Os aços inoxidáveis ​​que são resistentes à corrosão e à oxidação precisam normalmente de um adicional de 11% de cromo . Por causa de sua alta resistência à tração e baixo custo, o aço é usado em edifícios , infraestrutura , ferramentas , navios , trens , carros , máquinas, aparelhos elétricos e armas . O ferro é o metal básico do aço. Dependendo da temperatura, pode assumir duas formas cristalinas (formas alotrópicas): cúbica centrada no corpo e cúbica centrada na face . A interação dos alótropos do ferro com os elementos de liga, principalmente o carbono, dá ao aço e ao ferro fundido sua gama de propriedades únicas.

No ferro puro, a estrutura cristalina tem relativamente pouca resistência aos átomos de ferro deslizando uns sobre os outros e, portanto, o ferro puro é bastante dúctil ou macio e de fácil formação. No aço, pequenas quantidades de carbono, outros elementos e inclusões dentro do ferro atuam como agentes de endurecimento que impedem o movimento de deslocamentos .

O carbono em ligas de aço típicas pode contribuir com até 2,14% de seu peso. [1] Variando a quantidade de carbono e muitos outros elementos de liga, bem como controlando sua composição química e física no aço final (seja como elementos de soluto ou como fases precipitadas), retarda o movimento dos deslocamentos que tornam o ferro puro dúctil e, portanto, controla e aprimora suas qualidades. Essas qualidades incluem a dureza , o comportamento de têmpera , a necessidade de recozimento , o comportamento de revenimento , a resistência ao escoamento e a resistência à tração do aço resultante. O aumento da resistência do aço em relação ao ferro puro só é possível reduzindo a ductilidade do ferro.

O aço foi produzido em fornos floridos por milhares de anos, mas seu uso industrial em larga escala só começou depois que métodos de produção mais eficientes foram concebidos no século 17, com a introdução do alto-forno e produção de cadinho de aço . Isso foi seguido pela fornalha de forno aberto e, em seguida, pelo processo Bessemer na Inglaterra em meados do século XIX. Com a invenção do processo Bessemer, uma nova era de aço produzido em massa começou. O aço suave substituiu o ferro forjado . Os estados alemães viram grandes proezas do aço sobre a Europa no século XIX. [2]

Refinamentos adicionais no processo, como fabricação de aço com oxigênio básico (BOS), substituíram amplamente os métodos anteriores, reduzindo ainda mais o custo de produção e aumentando a qualidade do produto final. Hoje, o aço é um dos materiais artificiais mais comuns no mundo, com mais de 1,6 bilhão de toneladas produzidas anualmente. O aço moderno é geralmente identificado por vários graus definidos por organizações de padrões variados .

Definições e materiais relacionados

Incandescente peça de trabalho de aço nesta descrição do ferrador da arte

O substantivo aço origina -se do adjetivo proto-germânico stahliją ou stakhlijan 'feito de aço', que está relacionado a stahlaz ou stahliją 'firme'. [3]

O teor de carbono do aço está entre 0,002% e 2,14% em peso para aço carbono simples ( ferro - ligas de carbono ). Muito pouco teor de carbono deixa o ferro (puro) bastante macio, dúctil e fraco. Teores de carbono superiores aos do aço tornam uma liga frágil comumente chamada de ferro-gusa . O aço-liga é o aço ao qual outros elementos de liga foram intencionalmente adicionados para modificar as características do aço. Os elementos de liga comuns incluem: manganês , níquel , cromo , molibdênio , boro , titânio , vanádio , tungstênio ,cobalto e nióbio . [4] Em contraste, o ferro fundido sofre reação eutética. Elementos adicionais, mais frequentemente considerados indesejáveis, também são importantes no aço: fósforo , enxofre , silício e vestígios de oxigênio , nitrogênio e cobre .

Ligas de ferro-carbono simples com teor de carbono superior a 2,1% são conhecidas como ferro fundido . Com as técnicas modernas de fabricação de aço , como a conformação de metal em pó, é possível fazer aços com alto teor de carbono (e outros materiais de liga), mas esses aços não são comuns. O ferro fundido não é maleável mesmo a quente, mas pode ser formado por fundição, uma vez que tem um ponto de fusão inferior ao do aço e boas propriedades de fundição . [4] Certas composições de ferro fundido, embora mantendo as economias de fusão e fundição, podem ser tratadas termicamente após a fundição para fazer ferro maleável ou objetos de ferro dúctil . O aço é distinguível do ferro forjado(agora obsoleto), que pode conter uma pequena quantidade de carbono, mas grandes quantidades de escória .

Propriedades do material

Diagrama de fases ferro-carbono , mostrando as condições necessárias para formar as diferentes fases. Martensita não é mostrada, pois não é uma fase estável.

Origens e produção

O ferro é comumente encontrado na crosta terrestre na forma de minério , geralmente um óxido de ferro, como magnetita ou hematita . O ferro é extraído do minério de ferro removendo o oxigênio por meio de seu parceiro químico, como o carbono, que é então perdido na atmosfera como dióxido de carbono. Este processo, conhecido como fundição , foi primeiro aplicado a metais com pontos de fusão mais baixos , como estanho , que funde a cerca de 250 ° C (482 ° F), e cobre, que funde a cerca de 1.100 ° C (2.010 ° F), e a combinação, bronze, que tem um ponto de fusão inferior a 1.083 ° C (1.981 ° F). Em comparação, o ferro fundido funde a cerca de 1.375 ° C (2.507 ° F). [5] Pequenas quantidades de ferro eram fundidas nos tempos antigos, no estado sólido, aquecendo o minério em uma fogueira de carvão e depois soldando os pedaços com um martelo e, no processo, espremendo as impurezas. Com cuidado, o conteúdo de carbono pode ser controlado movendo-o no fogo. Ao contrário do cobre e do estanho, o ferro líquido ou sólido dissolve o carbono com bastante facilidade.

Todas essas temperaturas podiam ser alcançadas com métodos antigos usados ​​desde a Idade do Bronze . Uma vez que a taxa de oxidação do ferro aumenta rapidamente além de 800 ° C (1.470 ° F), é importante que a fundição ocorra em um ambiente com baixo teor de oxigênio. A fundição, usando carbono para reduzir os óxidos de ferro, resulta em uma liga ( ferro-gusa ) que retém muito carbono para ser chamada de aço. [5] O excesso de carbono e outras impurezas são removidos em uma etapa subsequente.

Outros materiais são frequentemente adicionados à mistura de ferro / carbono para produzir aço com as propriedades desejadas. O níquel e o manganês no aço aumentam sua resistência à tração e tornam a forma de austenita da solução de ferro-carbono mais estável, o cromo aumenta a dureza e a temperatura de fusão e o vanádio também aumenta a dureza, tornando-o menos sujeito à fadiga do metal . [6]

Para inibir a corrosão, pelo menos 11% de cromo pode ser adicionado ao aço para que um óxido rígido se forme na superfície do metal; isso é conhecido como aço inoxidável . O tungstênio retarda a formação de cementita , mantendo o carbono na matriz de ferro e permitindo que a martensita se forme preferencialmente em taxas de têmpera mais lentas, resultando em aço rápido . A adição de chumbo e enxofre diminui o tamanho do grão, tornando o aço mais fácil de virar, mas também mais frágil e sujeito à corrosão. No entanto, essas ligas são frequentemente usadas para componentes como porcas, parafusos e arruelas em aplicações onde a tenacidade e a resistência à corrosão não são fundamentais. Na maior parte, entretanto, os elementos do bloco p , como enxofre, nitrogênio , fósforo e chumbo, são considerados contaminantes que tornam o aço mais frágil e, portanto, são removidos do fundido do aço durante o processamento. [6]

Propriedades

A densidade do aço varia com base nos constituintes da liga, mas geralmente varia entre 7.750 e 8.050 kg / m 3 (484 e 503 lb / pés cúbicos), ou 7,75 e 8,05 g / cm 3 (4,48 e 4,65 onças / cúbicos). [7]

Mesmo em uma estreita faixa de concentrações de misturas de carbono e ferro que fazem o aço, várias estruturas metalúrgicas diferentes, com propriedades muito diferentes, podem se formar. Compreender essas propriedades é essencial para fazer aço de qualidade. À temperatura ambiente , a forma mais estável de ferro puro é a estrutura cúbica centrada no corpo (BCC) chamada ferro alfa ou ferro α. É um metal razoavelmente macio que pode dissolver apenas uma pequena concentração de carbono, não mais do que 0,005% a 0 ° C (32 ° F) e 0,021% em peso a 723 ° C (1.333 ° F). A inclusão de carbono no ferro alfa é chamada de ferrita . A 910 ° C, o ferro puro se transforma em uma cúbica centrada na face(FCC) estrutura, chamada de ferro gama ou ferro γ. A inclusão de carbono no ferro gama é chamada de austenita. A estrutura FCC mais aberta da austenita pode dissolver consideravelmente mais carbono, tanto quanto 2,1% [8] (38 vezes a da ferrita) de carbono a 1.148 ° C (2.098 ° F), o que reflete o teor de carbono superior do aço, além do qual é ferro fundido. [9] Quando o carbono sai da solução com o ferro, ele forma um material muito duro, mas frágil, denominado cementita (Fe 3 C).

Quando os aços com exatamente 0,8% de carbono (conhecido como aço eutetóide), são resfriados, a fase austenítica (FCC) da mistura tenta reverter para a fase de ferrita (BCC). O carbono não se encaixa mais na estrutura de austenita do FCC, resultando em um excesso de carbono. Uma maneira de o carbono deixar a austenita é precipitar da solução como cementita , deixando para trás uma fase circundante de ferro BCC chamada ferrita com uma pequena porcentagem de carbono na solução. Os dois, ferrita e cementita, precipitam simultaneamente produzindo uma estrutura em camadas chamada perlita , cujo nome se deve à sua semelhança com a madrepérola.. Em uma composição hipereutetóide (maior que 0,8% de carbono), o carbono irá primeiro precipitar como grandes inclusões de cementita nos limites dos grãos de austenita até que a porcentagem de carbono nos grãos tenha diminuído para a composição eutetóide (0,8% de carbono), na qual apontar as formas de estrutura de perlita. Para aços com menos de 0,8% de carbono (hipoeutetóide), a ferrita se formará primeiro dentro dos grãos até que a composição restante aumente para 0,8% de carbono, ponto no qual a estrutura perlita se formará. Nenhuma grande inclusão de cementita se formará nos limites do aço hipoeuctoide. [10] O acima assume que o processo de resfriamento é muito lento, permitindo tempo suficiente para que o carbono migre.

À medida que a taxa de resfriamento é aumentada, o carbono terá menos tempo para migrar para formar carboneto nos limites dos grãos, mas terá cada vez mais grandes quantidades de perlita de uma estrutura cada vez mais fina dentro dos grãos; portanto, o carboneto é mais amplamente disperso e age para evitar deslizamento de defeitos dentro desses grãos, resultando no endurecimento do aço. Nas taxas de resfriamento muito altas produzidas pela têmpera, o carbono não tem tempo para migrar, mas fica preso na austenita centrada na face e forma martensita . Martensita é uma forma supersaturada de carbono e ferro altamente tensionada e estressada e é extremamente dura, mas quebradiça. Dependendo do teor de carbono, a fase martensítica assume diferentes formas. Abaixo de 0,2% de carbono, assume a forma de cristal de ferrite BCC, mas com maior teor de carbono leva umestrutura tetragonal centrada no corpo (BCT). Não há energia de ativação térmica para a transformação de austenita em martensita. [ esclarecimento necessário ] Além disso, não há mudança de composição, então os átomos geralmente mantêm seus mesmos vizinhos. [11]

A martensita tem uma densidade alta (ela se expande durante o resfriamento) do que a austenita, de modo que a transformação entre elas resulta em uma mudança de volume. Nesse caso, ocorre a expansão. As tensões internas dessa expansão geralmente assumem a forma de compressão nos cristais de martensita e tensão na ferrita restante, com um certo cisalhamento em ambos os constituintes. Se a têmpera for feita de maneira inadequada, as tensões internas podem fazer com que uma peça se estilhace ao esfriar. No mínimo, eles causam endurecimento interno e outras imperfeições microscópicas. É comum que se formem fissuras de têmpera quando o aço é temperado com água, embora nem sempre sejam visíveis. [12]

Tratamento térmico

Diagrama de fases Fe-C para aços carbono; mostrando as temperaturas críticas A 0 , A 1 , A 2 e A 3 para tratamentos térmicos.

Existem muitos tipos de processos de tratamento térmico disponíveis para o aço. Os mais comuns são recozimento , têmpera e têmpera . O tratamento térmico é eficaz em composições acima da composição eutetóide (hipereutetóide) de 0,8% de carbono. O aço hipoeutetóide não se beneficia do tratamento térmico.

Recozimento é o processo de aquecimento do aço a uma temperatura suficientemente alta para aliviar as tensões internas locais. Não cria um amolecimento geral do produto, mas apenas alivia localmente as tensões e tensões travadas no material. O recozimento passa por três fases: recuperação , recristalização e crescimento do grão . A temperatura necessária para recozer um determinado aço depende do tipo de recozimento a ser obtido e dos constituintes da liga. [13]

A têmpera envolve o aquecimento do aço para criar a fase de austenita e, em seguida, a têmpera em água ou óleo . Este resfriamento rápido resulta em uma estrutura martensítica dura, mas quebradiça. [11] O aço é então temperado, que é apenas um tipo especializado de recozimento, para reduzir a fragilidade. Nesta aplicação, o processo de recozimento (têmpera) transforma parte da martensita em cementita ou esferoidita e, portanto, reduz as tensões e defeitos internos. O resultado é um aço mais dúctil e resistente a fraturas. [14]

A produção de aço

Pelotas de minério de ferro para produção de aço

Quando o ferro é fundido a partir de seu minério, ele contém mais carbono do que o desejável. Para se tornar aço, deve ser reprocessado para reduzir o carbono na quantidade correta, ponto em que outros elementos podem ser adicionados. No passado, as usinas siderúrgicas fundiam o produto de aço bruto em lingotes que seriam armazenados até o uso em outros processos de refinamento que resultariam no produto acabado. Nas instalações modernas, o produto inicial está próximo da composição final e é continuamente fundido em placas longas, cortado e moldado em barras e extrusões e tratado termicamente para produzir um produto final. Hoje, aproximadamente 96% do aço é fundido continuamente, enquanto apenas 4% é produzido como lingotes. [15]

Os lingotes são então aquecidos em uma cova de imersão e laminados a quente em placas, tarugos ou blocos . As lajes são laminadas a quente ou a frio em chapas ou chapas de metal . Os tarugos são laminados a quente ou a frio em barras, hastes e arame. Os blocos são laminados a quente ou a frio em aço estrutural , como vigas I e trilhos . Nas siderúrgicas modernas, esses processos geralmente ocorrem em uma linha de montagem , com o minério entrando e os produtos acabados de aço saindo. [16] Às vezes, após a laminação final de um aço, ele é tratado termicamente para maior resistência; no entanto, isso é relativamente raro. [17]

História da siderurgia

Fundição de florescer durante a Idade Média

Aço antigo

O aço era conhecido na antiguidade e era produzido em flores e cadinhos . [18] [19]

A produção mais antiga conhecida de aço é vista em peças de ferro escavadas em um sítio arqueológico na Anatólia ( Kaman-Kalehöyük ) e têm quase 4.000 anos, datando de 1800 aC. [20] [21] Horácio identifica armas de aço como a falcata na Península Ibérica , enquanto o aço nórdico era usado pelos militares romanos . [22]

A reputação do ferro sérico do sul da Índia (aço wootz) cresceu consideravelmente no resto do mundo. [19] As instalações de produção de metal no Sri Lanka empregavam fornos eólicos movidos pelos ventos das monções, capazes de produzir aço com alto teor de carbono. A produção de aço Wootz em grande escala na Índia usando cadinhos ocorreu no século VI aC, o precursor pioneiro da moderna produção de aço e metalurgia. [18] [19]

Os chineses do período dos Reinos Combatentes (403-221 aC) tinham aço temperado , [23] enquanto os chineses da dinastia Han (202 aC - 220 dC) criaram o aço fundindo ferro forjado com ferro fundido, produzindo assim um carbono -aço intermediário no século I DC. [24] [25]

Há evidências de que o aço carbono foi feito no oeste da Tanzânia pelos ancestrais do povo Haya há 2.000 anos, por meio de um complexo processo de "pré-aquecimento", permitindo que as temperaturas dentro de uma fornalha chegassem a 1300 a 1400 ° C. [26] [27] [28] [29] [30] [31]

Wootz aço e aço Damasco

As evidências da primeira produção de aço de alto carbono na Índia são encontradas em Kodumanal em Tamil Nadu , na área da Golconda em Andhra Pradesh e Karnataka e nas áreas de Samanalawewa no Sri Lanka . [32] Isso veio a ser conhecido como aço Wootz , produzido no sul da Índia por volta do século VI aC e exportado globalmente. [33] [34] A tecnologia do aço existia antes de 326 aC na região, pois são mencionados na literatura de Sangam Tamil, Árabe e latim como o melhor aço do mundo exportado para os mundos romanos, egípcios, chineses e árabes da época - o que eles chamavam de ferro sérico . [35] Uma guilda comercial Tamil de 200 aC em Tissamaharama , no sudeste do Sri Lanka, trouxe consigo alguns dos mais antigos artefatos de ferro e aço e processos de produção do período clássico para a ilha . [36] [37] [38] Os chineses e locais em Anuradhapura , Sri Lanka, também adotaram os métodos de produção de aço Wootz da dinastia Chera tâmiles do sul da Índia no século 5 DC. [39] [40]No Sri Lanka, esse método inicial de fabricação de aço empregava um forno eólico exclusivo, impulsionado pelos ventos das monções, capaz de produzir aço com alto teor de carbono. [41] [42] Uma vez que a tecnologia foi adquirida dos tamilianos do sul da Índia, [ carece de fontes? ] A origem da tecnologia do aço na Índia pode ser estimada de forma conservadora em 400–500 AC. [33] [42]

A fabricação do que veio a ser chamado de Wootz, ou aço de Damasco , famoso por sua durabilidade e capacidade de segurar uma ponta, pode ter sido tomada pelos árabes da Pérsia, que a levaram da Índia. Foi originalmente criado a partir de vários materiais diferentes, incluindo vários oligoelementos , aparentemente, em última análise, dos escritos de Zósimo de Panópolis . Em 327 aC, Alexandre , o Grande, foi recompensado pelo derrotado rei Poro , não com ouro ou prata, mas com 30 libras de aço. [43] Estudos recentes sugeriram que os nanotubos de carbonoforam incluídos em sua estrutura, o que pode explicar algumas de suas qualidades lendárias, embora, dada a tecnologia da época, tais qualidades foram produzidas mais por acaso do que por design. [44] O vento natural foi usado onde o solo contendo ferro foi aquecido com o uso de madeira. Os antigos cingaleses conseguiam extrair uma tonelada de aço para cada 2 toneladas de solo, [41] um feito notável na época. Uma dessas fornalhas foi encontrada em Samanalawewa e os arqueólogos foram capazes de produzir aço como os antigos faziam. [41] [45]

O aço do cadinho , formado por aquecimento e resfriamento lento de ferro puro e carbono (normalmente na forma de carvão vegetal) em um cadinho, foi produzido em Merv entre os séculos IX e X DC. [34] No século 11, há evidências da produção de aço na China Song usando duas técnicas: um método "berganês" que produzia aço inferior e não homogêneo e um precursor do moderno processo Bessemer que usava descarbonização parcial por forjamento repetido sob uma rajada de frio . [46]

Siderurgia moderna

Um conversor Bessemer em Sheffield , Inglaterra

Desde o século 17, o primeiro passo na produção de aço na Europa tem sido a fundição de minério de ferro em ferro-gusa em um alto-forno . [47] Empregando originalmente carvão, os métodos modernos usam coque , que se provou mais econômico. [48] [49] [50]

Processos a partir de ferro bar

Nesses processos, o ferro-gusa era refinado (finado) em uma forja de acabamento para produzir ferro em barra , que era então usado na fabricação de aço. [47]

A produção de aço pelo processo de cimentação foi descrita em um tratado publicado em Praga em 1574 e estava em uso em Nuremberg desde 1601. Um processo semelhante para armadura de endurecimento e limas foi descrito em um livro publicado em Nápoles em 1589. O processo foi introduzido na Inglaterra por volta de 1614 e usado para produzir esse aço por Sir Basil Brooke em Coalbrookdale durante a década de 1610. [51]

A matéria-prima desse processo foram as barras de ferro. Durante o século 17, percebeu-se que o melhor aço vinha do ferro oreground de uma região ao norte de Estocolmo , na Suécia. Essa ainda era a fonte usual de matéria-prima no século 19, quase desde que o processo foi usado. [52] [53]

O aço do cadinho é o aço que foi fundido em um cadinho em vez de ter sido forjado , o que o torna mais homogêneo. A maioria dos fornos anteriores não conseguia atingir temperaturas altas o suficiente para derreter o aço. O início da moderna indústria de aço para cadinhos resultou da invenção de Benjamin Huntsman na década de 1740. O aço bolha (feito como acima) era derretido em um cadinho ou em uma fornalha e fundido (geralmente) em lingotes. [53] [54]

Processos a partir de ferro fundido, ferro gusa

Um forno de lareira Siemens-Martin no Museu da Indústria de Brandemburgo .

A era moderna na siderurgia começou com a introdução de Henry Bessemer do processo de Bessemer em 1855, a matéria-prima para o qual foi ferro-gusa. [55] Seu método permitia que ele produzisse aço em grandes quantidades a baixo custo, portanto, o aço doce passou a ser usado para a maioria dos propósitos para os quais o ferro forjado era usado anteriormente. [56] O processo Gilchrist-Thomas (ou processo Bessemer básico ) foi uma melhoria do processo Bessemer, feito revestindo o conversor com um material básico para remover o fósforo.

Outro processo de fabricação de aço do século 19 foi o processo Siemens-Martin , que complementou o processo Bessemer. [53] Consistia na fusão de ferro em barra (ou sucata de aço) com ferro-gusa.

Aço incandescente saindo de um forno elétrico a arco.

Esses métodos de produção de aço tornaram-se obsoletos pelo processo Linz-Donawitz de fabricação de aço com oxigênio básico (BOS), desenvolvido em 1952, [57] e outros métodos de fabricação de aço com oxigênio. A fabricação de aço com oxigênio básico é superior aos métodos de fabricação de aço anteriores porque o oxigênio bombeado para dentro do forno limita as impurezas, principalmente nitrogênio, que anteriormente haviam entrado do ar usado, [58] e porque, com relação ao processo de forno aberto, a mesma quantidade de o aço de um processo BOS é fabricado em um duodécimo do tempo. [57] Hoje, os fornos elétricos a arco (EAF) são um método comum de reprocessamento de sucata de metalpara criar um novo aço. Eles também podem ser usados ​​para converter ferro-gusa em aço, mas usam muita energia elétrica (cerca de 440 kWh por tonelada métrica) e, portanto, geralmente só são econômicos quando há um suprimento abundante de eletricidade barata. [59]

Siderurgia

Produção de aço (em milhões de toneladas) por país em 2007

A indústria do aço é frequentemente considerada um indicador de progresso econômico, devido ao papel crítico desempenhado pelo aço no desenvolvimento econômico geral e de infraestrutura . [60] Em 1980, havia mais de 500.000 metalúrgicos nos Estados Unidos. Em 2000, o número de metalúrgicos caiu para 224.000. [61]

O boom econômico na China e na Índia causou um grande aumento na demanda por aço. Entre 2000 e 2005, a demanda mundial de aço aumentou 6%. Desde 2000, várias empresas siderúrgicas indianas [62] e chinesas ganharam destaque, [de acordo com quem? ] como a Tata Steel (que comprou o Corus Group em 2007), o Baosteel Group e o Shagang Group . Em 2017 , porém, a ArcelorMittal é a maior produtora de aço do mundo . [63] Em 2005, o British Geological Surveyafirmou que a China é o maior produtor de aço com cerca de um terço da participação mundial; Japão, Rússia e Estados Unidos seguiram, respectivamente. [64] A grande capacidade de produção de aço resulta também em uma quantidade significativa de emissões de dióxido de carbono inerentes à principal rota de produção. Em 2019, estimou-se que 7 a 9% das emissões globais de dióxido de carbono resultaram da indústria do aço. [65] Espera-se que a redução dessas emissões venha de uma mudança na rota de produção principal usando coque, mais reciclagem de aço e a aplicação de captura e armazenamento de carbono ou tecnologia de captura e utilização de carbono.

Em 2008, o aço começou a ser negociado como commodity na London Metal Exchange . No final de 2008, a indústria do aço enfrentou uma forte retração que levou a muitos cortes. [66]

Reciclagem

O aço é um dos materiais mais reciclados do mundo, com uma taxa de reciclagem de mais de 60% globalmente; [67] só nos Estados Unidos, mais de 82 milhões de toneladas métricas (81 milhões de toneladas longas; 90 milhões de toneladas curtas) foram recicladas no ano de 2008, para uma taxa geral de reciclagem de 83%. [68]

Como mais aço é produzido do que sucateado, a quantidade de matéria-prima reciclada é de cerca de 40% do total de aço produzido - em 2016, 1.628.000.000 toneladas (1,602 × 10 9 toneladas longas; 1,795 × 10 9 toneladas curtas) de aço bruto foi produzido globalmente, com 630 milhões de toneladas (620 milhões de toneladas longas; 690 milhões de toneladas curtas) recicladas. [69]

Aço contemporâneo

Bethlehem Steel ( instalação em Bethlehem, Pensilvânia ) era uma das maiores fabricantes mundiais de aço antes de seu fechamento em 2003

Os aços de carbono

Os aços modernos são feitos com combinações variadas de ligas de metais para cumprir muitos propósitos. [6] O aço carbono , composto simplesmente de ferro e carbono, responde por 90% da produção de aço. [4] O aço de baixa liga é ligado a outros elementos, geralmente molibdênio , manganês, cromo ou níquel, em quantidades de até 10% em peso para melhorar a temperabilidade de seções espessas. [4] O aço de baixa liga de alta resistência tem pequenas adições (geralmente <2% em peso) de outros elementos, normalmente 1,5% de manganês, para fornecer resistência adicional para um aumento modesto de preço. [70]

As regulamentações recentes de Economia de Combustível Médio Corporativo (CAFE) deram origem a uma nova variedade de aço conhecida como Aço de Alta Resistência Avançada (AHSS). Este material é forte e dúctil para que as estruturas do veículo possam manter seus níveis de segurança atuais usando menos material. Existem vários tipos comercialmente disponíveis de AHSS, como aço de fase dupla , que é tratado termicamente para conter uma microestrutura ferrítica e martensítica para produzir aço moldável de alta resistência. [71] O aço com plasticidade induzida por transformação (TRIP) envolve ligas especiais e tratamentos térmicos para estabilizar quantidades de austenita à temperatura ambiente em aços ferríticos de baixa liga normalmente livres de austenita. Ao aplicar tensão, a austenita sofre umatransição de fase para martensita sem adição de calor. [72] O aço de plasticidade induzida por geminação (TWIP) usa um tipo específico de deformação para aumentar a eficácia do endurecimento por trabalho na liga. [73]

Os aços carbono são frequentemente galvanizados , por imersão a quente ou galvanoplastia em zinco para proteção contra ferrugem. [74]

Liga de aço

Forjando um membro estrutural de aço

Os aços inoxidáveis ​​contêm um mínimo de 11% de cromo, geralmente combinado com níquel, para resistir à corrosão . Alguns aços inoxidáveis, como os aços inoxidáveis ferríticos, são magnéticos , enquanto outros, como os austeníticos , não são magnéticos. [75] Aços resistentes à corrosão são abreviados como CRES.

Os aços-liga são aços carbono simples aos quais foram adicionadas pequenas quantidades de elementos de liga, como cromo e vanádio. Alguns aços mais modernos incluem aços ferramenta , que são ligados com grandes quantidades de tungstênio e cobalto ou outros elementos para maximizar o endurecimento da solução . Isso também permite o uso de endurecimento por precipitação e melhora a resistência à temperatura da liga. [4] O aço ferramenta é geralmente usado em machados, brocas e outros dispositivos que precisam de uma aresta de corte afiada e de longa duração. Outras ligas para fins especiais incluem aços para intemperismo , como Cor-ten, que resiste ao adquirir uma superfície estável e enferrujada e, portanto, pode ser usado sem pintura. [76] O aço maraging tem liga de níquel e outros elementos, mas, ao contrário da maioria dos aços, contém pouco carbono (0,01%). Isso cria um aço muito forte, mas ainda maleável . [77]

O aço Eglin usa uma combinação de mais de uma dúzia de elementos diferentes em quantidades variáveis ​​para criar um aço de custo relativamente baixo para uso em armas destruidoras de bunker . O aço Hadfield (em homenagem a Sir Robert Hadfield ) ou aço manganês contém 12–14% de manganês que, quando lixado, endurece para formar uma pele muito dura que resiste ao desgaste. Os exemplos incluem rastros de tanques , bordas de lâminas de buldôzer e lâminas de corte nas mandíbulas da vida . [78]

Padrões

A maioria das ligas de aço mais comumente usadas são categorizadas em vários graus por organizações de padrões. Por exemplo, a Society of Automotive Engineers tem uma série de classes que definem muitos tipos de aço. [79] A American Society for Testing and Materials tem um conjunto separado de padrões, que definem ligas como o aço A36 , o aço estrutural mais comumente usado nos Estados Unidos. [80] O JIS também define uma série de tipos de aço que estão sendo usados ​​extensivamente no Japão, bem como em países em desenvolvimento.

Usos

Um rolo de lã de aço

Ferro e aço são amplamente utilizados na construção de estradas, ferrovias, outras infra-estruturas, eletrodomésticos e edifícios. A maioria das grandes estruturas modernas, como estádios e arranha-céus, pontes e aeroportos, é sustentada por um esqueleto de aço. Mesmo aqueles com estrutura de concreto empregam aço para reforço. Além disso, é amplamente utilizado nos principais aparelhos e carros . Apesar do crescimento no uso do alumínio , ele ainda é o principal material para carrocerias de automóveis. O aço é utilizado em uma variedade de outros materiais de construção, tais como parafusos, pregos e parafusos e outros produtos domésticos e utensílios de cozinha. [81]

Outras aplicações comuns incluem construção naval , oleodutos , mineração , construção offshore , aeroespacial , produtos da linha branca (por exemplo, máquinas de lavar ), equipamentos pesados , como escavadeiras, móveis de escritório, lã de aço , ferramenta e armadura na forma de coletes pessoais ou armadura de veículo (melhor conhecido como armadura homogênea enrolada nesta função).

Histórico

Uma faca de aço carbono

Antes da introdução do processo Bessemer e de outras técnicas de produção modernas, o aço era caro e só era usado onde não existia alternativa mais barata, especialmente para o corte de facas , navalhas , espadas e outros itens onde um fio duro e afiado era necessário. Ele também foi usado para molas , incluindo aquelas usadas em relógios e relógios . [53]

Com o advento de métodos de produção mais rápidos e econômicos, o aço se tornou mais fácil de obter e muito mais barato. Substituiu o ferro forjado para uma infinidade de propósitos. No entanto, a disponibilidade de plásticos na última parte do século 20 permitiu que esses materiais substituíssem o aço em algumas aplicações devido ao seu menor custo de fabricação e peso. [82] A fibra de carbono está substituindo o aço em algumas aplicações insensíveis ao custo, como equipamentos esportivos e automóveis de última geração.

Aços longos

Uma ponte de aço
Um poste de aço suspendendo as linhas de energia no alto

Aço carbono plano

Aço corten (COR-TEN)

Aço inoxidável

Uma molheira de aço inoxidável

Low-Fundo de aço

O aço fabricado após a Segunda Guerra Mundial foi contaminado com radionuclídeos por testes de armas nucleares . O aço de baixo fundo, fabricado antes de 1945, é usado para certas aplicações sensíveis à radiação, como contadores Geiger e proteção contra radiação .

Veja também

Referências

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Outras leituras

Ligações externas