MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO AÇO

1) Processo siderúrgico Processo de obtenção do aço, desde a chegada do minério de ferro até o produto final a ser utilizado no mercado. Aço: liga metálica composta principalmente de ferro e de pequenas quantidades de carbono (0,002% até 2,00%), com propriedades específicas, sobretudo de resistência e ductilidade. Obtenção do aço: chapas, perfis e bobinas Minério de ferro + carvão mineral; Transformação metalúrgica e conformação mecânica. Fabricação: Aproveitamento do ferro contido no minério de ferro (eliminação das impurezas); Na forma líquida: adição de elementos visando atingir as propriedades desejadas; Solidificação e forma requerida.

Processo consiste de 4 etapas principais: Preparo das matérias primas (Coqueria e sinterização); Produção de gusa (Alto-forno); Produção de aço (Aciaria); Conformação mecânica (Laminação).

coqueria Matéria prima Alto-forno Aciaria lingotamento sinterização

Propriedades do aço dependem de: Na construção civil: Teor de carbono entre 0,18 e 0,25%; Presença de elementos residuais (enxofre, silício, fósforo, etc.); Elementos de liga (cromo, manganês, níquel, etc.) adicionados para se atingir certas propriedades Propriedades do aço dependem de: Composição química; Tratamento térmico, deformação mecânica e velocidade de solidificação (características microestruturais). Definições: Aço: liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono obtida pelo refino de ferro-gusa (refino do ferro-gusa: diminuição dos teores de carbono, silício e enxofre); Ferro-gusa: produto da primeira fusão do minério de ferro contendo de 3,5 a 4,0% de carbono; Ferro fundido: produto da segunda fusão do gusa, em que são feitas adições de outros materiais até atingir um teor de carbono entre 2,5 e 3,0%, conferindo propriedades diferentes da do aço.

Produção do aço: Matérias-primas: Minério de ferro + carvão mineral

a) Coqueria: Coqueria e sinterização: Carvão mineral deve fornecer energia térmica e química para o desenvolvimento do processo de redução (produção de gusa); Coqueificação: Eliminação de impurezas; Destilação do carvão em ausência de ar; T=1300º por 18 horas; Resulta o coque metalúrgico, composto basicamente de carbono, com elevada resistência mecânica e alto ponto de fusão, o qual é encaminhado ao alto-forno.

b) Sinterização: Preparação do minério de ferro para a produção do gusa; Correta granulometria para proporcionar permeabilidade do ar para a combustão no alto-forno; Finos de minério: adiciona-se fundentes (calcário, sílica) e o novo composto é britado na granulometria desejada.

c) Alto-forno: Cuba com 50 a 100 m de altura; Minério de ferro em gusa: coque metalúrgico e fundentes; Princípio básico: retirada do oxigênio do minério que se reduz a ferro; Redução: combinação do carbono presente no coque com o oxigênio do minério; Combustão do carvão com o oxigênio do ar fornece calor para fundir o metal .

c) Alto-forno: Minério de ferro (sínter) + coque + fundentes; Ar quente entra pela parte inferior (ventaneiras); Coque + ar quente = combustão; Resultado: ferro gusa e escória (fabricação de cimento).

c) Alto-forno: Carro torpedo: Revestido internamente com material refratário; Dessulfuração: redução do teor de enxofre a níveis aceitáveis; Análise química: composição da liga (carbono, silício, enxofre e manganês); Próxima etapa: aciaria.

Refino (ferro gusa em aço): ajuste do teor dos elementos; d) Aciaria: Refino (ferro gusa em aço): ajuste do teor dos elementos; Conversor: injeção de oxigênio puro (processo Linz-Donawitz ‘LD’); Pode-se adicionar sucata de aço para auxiliar no controle da composição da liga metálica; Eliminação dos produtos indesejáveis pela escória; Uma vez obtida a composição desejada o material é transferido para o lingotamento contínuo. * Metalurgia de panela

e) Lingotamento contínuo: Aço transferido do conversor ou panela para o distribuídor e depois para o molde; Solidificação do aço; Corte em maçarico e transformado em esboço de placa.

f) Laminação a quente: Redução da área da seção transversal até conformá-lo na apresentação desejada (chapas grossas ou finas, perfis, etc.); Pré-aquecimento e posterior deformação sob pressão em cilindros (laminadores); Chapa: placa que sofreu redução de espessura por laminação; Em função da espessura podem ser acondicionadas em bobinas.

f) Laminação a quente: Laminador de chapas grossas: Espessuras: 6 a 200 mm; Largura: 1000 a 3800 mm; Comprimento: 5000 a 18000 mm.

f) Laminação a quente: Laminador de tiras a quente: Espessuras: 1,2 a 12,5 mm; Largura: 800 a 1800 mm;

g) Laminação a frio: Laminador de tiras a frio: Espessuras: 0,3 a 3,0 mm; Largura: 800 a 1600 mm; Característica principal: melhor acabamento.

2) Propriedades Diagrama tensão-deformação

Elasticidade: Plasticidade: Capacidade de voltar à forma original; Deformação elástica é reversível; Relação entre deformação e tensão: Módulo de Elasticidade (E); Eaço=210.000 MPa; Eferro=190.000 MPa. Plasticidade: Deformação permanente provocada por tensão igual ou superior ao limite de escoamento; Alteração interna da estrutura.

Ductilidade: Tenacidade: Deformar plasticamente sem se romper; Quanto mais dúctil maior redução da área (estricção) ou o alongamento antes da ruptura. Tenacidade: Absorver energia quando submetido a carga de impacto; Material dúctil é mais tenaz que um material frágil, requerendo com isso, mais energia para ser rompido.

3) Influência dos elementos de liga Carbono (C): Melhora a resistência mecânica; Prejudica a ductilidade (dobramento) e tenacidade; A cada 0,01% de aumento do teor de carbono o limite de escoamento aumenta em ~ 0,35MPa. Manganês (Mn): Prejudica a soldabilidade (menos que o ‘C’); Silício (Si): Aumenta a resistência mecânica e à corrosão; Diminui a soldabilidade; Enxofre (S): Muito prejudicial; Desfavorece a ductilidade e diminui a soldabilidade; Teor limitado a 0,05%.

Fósforo (P): Cobre (Cu): Níquel (Ni): Cromo (Cr): Nióbio (Nb): Melhora a resistência mecânica e à corrosão; Prejudica a ductilidade (dobramento) e soldabilidade; Pode tornar o aço quebradiço. Cobre (Cu): Aumenta a resistência À corrosão. Níquel (Ni): Aumenta a resistência a abrasão e à corrosão; Diminui a soldabilidade. Cromo (Cr): Diminui a soldabilidade; Melhora o desempenho a temperaturas elevadas. Nióbio (Nb): Consegue-se boa resistência mecânica com boa soldabilidade. Titânio (Ti): Aumenta resistência mecânica e à abrasão; Bom desempenho sob temperatura elevada.

4) Produtos Chapas finas a frio: Larguras padrão: 1000 mm, 1200 mm e 1500 mm Comprimentos padrão: 2000 mm e 3000 mm (também sob a forma de bobinas) Espessuras padrão (mm) Peso (kg/m2) 0,30 2,36 0,38 2,98 0,45 3,53 0,60 4,71 0,75 5,89 0,85 6,67 0,90 7,06 1,06 8,32 1,20 9,42 1,50 11,78 1,70 13,35 1,90 14,92 2,25 17,66 2,65 20,80 São utilizadas nas construções como complementos (esquadrias, dobradiças, portas, batentes, calhas e rufos)

Larguras padrão: 1000 mm, 1100 mm, 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm Chapas finas a quente Larguras padrão: 1000 mm, 1100 mm, 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm Comprimentos: 2000 mm, 3000 mm, 6000 mm e em bobinas Espessuras padrão (mm) Peso (kg/m2) 1,20 (18) 9,4 1,50 (16) 11,8 2,00 (14) 15,7 2,25 (13) 17,7 2,65 (12) 20,8 3,00 (11) 23,6 3,35 (10) 26,3 3,75 (9) 29,4 4,25 (8) 33,4 4,50 35,3 4,75 (3/16”) 37,3 5,00 39,2 São utilizadas em perfis de chapa dobradas, para construção em estruturas metálicas leves e, principalmente, como terças e vigas de tapamento.

Comprimentos padrão: 2000 mm, 3000 mm, e também em bobinas Chapas zincadas Largura padrão: 1000 mm Comprimentos padrão: 2000 mm, 3000 mm, e também em bobinas Espessuras padrão (mm) Peso (kg/m2) 0,25 1,96 0,30 2,36 0,35 2,75 0,43 3,38 0,50 3,93 0,65 5,10 0,80 6,28 0,95 7,46 1,11 8,71 1,25 9,81 1,55 12,17 1,95 15,31 São utilizadas como elementos complementares nas construções, como telhas, calhas, rufos, caixilhos, dutos de ar-condicionado, divisórias.

Larguras padrão: 1000 mm a 3800 mm Chapas grossas Larguras padrão: 1000 mm a 3800 mm Comprimentos padrão: 6000 mm e 12000 mm Espessuras padrão (mm) Peso (kg/m2) 6,3 (1/4) 49,46 8,0 (5/16) 62,80 9,5 (3/8) 74,58 12,5 (1/2) 98,13 16,0 (5/8) 125,60 19,0 (3/4) 149,15 22,4 (7/8) 175,84 25,0 (1) 196,25 37,5 (1 1/6) 294,38 45,0 () 353,25 50,0 (2) 392,50 57,0 () 447,44 63,0 (2 ½) 494,55 75,0 (3) 588,75 102,0 () 800,70 Utilizadas para construção de estruturas metálicas, principalmente em perfis soldados para trabalhar como vigas, colunas e estacas.

5) Trabalho Produtos utilizados na construção civil. Cada grupo com um conjunto; Tipos de aço utilizados na fabricação (SAE... NBR...) e produtos disponíveis no mercado, com as especificações; 15 dias (entrega em 13/05)