Cap.3_aço

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

GOVERNO DO ESTADO DO PARÁ 
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ 
CENTRO DE CIENCIAS NATURAIS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
DISCIPLINA: PROPRIEDADE DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Alibaba.com 
 
 
 
 
 
 
 
Altamira-PA 
2012 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 1 de 20 
3.1 INTRODUÇÃO 
 
 Dentre os materiais encontrados no nosso dia-a-dia, muitos são reconhecidos como 
sendo metais, embora, em quase sua totalidade, eles sejam, de fato, ligas metálicas. 
O conceito de metal está relacionado a um certo número de propriedades facilmente 
reconhecíveis, como por exemplo, o brilho metálico, opacidade, boa condutibilidade elétrica 
e térmica, ductilidade, etc.. 
Uma liga consiste da união íntima de dois ou mais elementos químicos onde pelo 
menos um é um metal e onde todas as fases existentes tem propriedades metálicas. Como 
exemplos, temos o latão (liga de cobre e zinco), o aço carbono (liga de ferro e carbono), o 
bronze (liga de cobre e estanho) e muitas outras. 
O grande uso do aço pode ser atribuído às notáveis propriedades desta liga, à 
abundância das matérias-primas necessárias à sua produção e o seu preço competitivo. O 
aço pode ser produzido em uma enorme variedade de características que podem ser bem 
controladas, de modo a atender um certo uso específico. O produto final pode ser algo como 
um bisturi cirúrgico, um arranha-céu, uma ponte gigantesca ou um petroleiro, um reator 
nuclear ou um fogão. 
O aço é uma liga de natureza relativamente complexa e sua definição não é simples, 
visto que, a rigor, os aços comerciais não são ligas binárias. De fato, apesar dos seus 
principais elementos de liga serem o ferro e o carbono, eles contêm sempre outros 
elementos secundários, presentes devido aos processos de fabricação. Nestas condições, 
podemos definir o aço como sendo uma liga Ferro-Carbono, contendo geralmente de 
0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos secundários 
(como Silício, Manganês, Fósforo e Enxofre), presentes devido aos processos de 
fabricação. 
Dentro do aço, o carbono, juntando-se com o ferro, forma um composto chamado 
carbeto de ferro (Fe3C), uma substância muito dura. Isso dá dureza ao aço, aumentando 
sua resistência mecânica. Por outro lado, diminui sua ductilidade, sua resistência ao choque 
e à soldabilidade, e torna-o difícil de trabalhar por conformação mecânica. Esse tipo de aço 
constitui a mais importante categoria de materiais metálicos usada na construção de 
máquinas, equipamentos, estruturas, veículos e componentes dos mais diversos tipos, para 
os mais diferentes sistemas mecânicos (Figura 1). 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 2 de 20 
 
Figura 1 - Exemplos de materiais Tipo de aço carbono 
 
As impurezas, como o manganês, o silício, o fósforo, o enxofre e o alumínio fazem 
parte das matérias-primas usadas no processo de produção do aço. Elas podem estar 
presentes no minério ou ser adicionadas para provocar alguma reação química desejável, 
como a desoxidação, por exemplo. 
Elemento de liga: elemento, metálico ou não, que é adicionado a um metal (chamado 
de metal-base) de tal maneira que melhora alguma propriedade desse metal-base. Por 
exemplo, adicionando quantidades adequadas de estanho ao cobre, obtém-se o bronze, que 
é mais duro que o cobre. 
Por mais controlado que seja o processo de fabricação do aço, é impossível produzi-
lo sem essas impurezas. E elas, de certa forma, têm influência sobre as propriedades desse 
material. 
Quando adicionadas propositalmente são consideradas elementos de liga, 
conferindo propriedades especiais ao aço. Às vezes, elas ajudam, às vezes, elas 
atrapalham. Assim, o que se deve fazer é controlar suas quantidades. 
O manganês é a impureza encontrada em maior quantidade no aço (até 1,65%). Se 
você está mesmo ligado, deve se lembrar que, na produção do aço, ele é adicionado para 
auxiliar na desoxidação do metal líquido e para neutralizar o efeito nocivo do enxofre. Nesse 
processo, ele se combina primeiro com o enxofre e forma o sulfeto de manganês (MnS). 
Isso aumenta a forjabilidade do aço, a temperabilidade, a resistência ao choque e o limite 
elástico. Em quantidades maiores, ele se combina com parte do carbono e forma o carbeto 
de manganês (Mn3C), que é muito duro. Isso diminui a ductilidade do aço. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 3 de 20 
Outro elemento que é adicionado ao metal líquido para auxiliar na desoxidação é o 
alumínio. Ele é usado para "acalmar" o aço, ou seja, para diminuir ou eliminar o 
desprendimento de gases que agitam o aço quando ele está se solidificando. 
Forjabilidade é a capacidade do metal de ser forjado. Temperabilidade é a 
capacidade do metal de endurecer por meio de um tratamento térmico chamado têmpera. 
O fósforo é um elemento cuja quantidade presente no aço deve ser controlada, 
principalmente, nos aços duros, com alto teor de carbono. Quando ultrapassa certos limites, 
ele faz o aço ficar mais duro ainda e, por isso, mais frágil a frio. Isso quer dizer que a peça 
de aço, com valores indesejáveis de fósforo, pode quebrar facilmente quando usada em 
temperatura ambiente. Um teor de fósforo em torno de 0,04% faz o aço se romper se for 
deformado a quente, porque forma um composto que se funde a uma temperatura muito 
menor (1.000 ºC) que a do ferro (1.500 ºC). Em aços de baixo teor de carbono, por outro 
lado, seu efeito nocivo é menor, pois nesse caso o fósforo auxilia no aumento da dureza, e 
também aumenta a resistência à tração, a resistência à corrosão e a usinabilidade. 
O enxofre é uma impureza muito difícil de ser eliminada. No aço, ele pode se 
combinar com o ferro e formar o sulfeto ferroso (FeS), que faz o aço se romper, com 
facilidade ao ser laminado, forjado ou vergado em temperaturas acima de 1.000 ºC. Assim, o 
teor máximo de enxofre permitido é de 0,05%. 
Sabendo que o enxofre se combina melhor com o manganês do que com o ferro, os 
profissionais que entendem de metalurgia colocam no aço uma quantidade de manganês 
duas vezes maior do que a de enxofre, porque ele vai “preferir” se combinar com o 
manganês. Com isso, forma-se o sulfeto de manganês (MnS) que se solidifica em níveis de 
temperatura semelhantes aos do aço. Por isso, sua presença no aço não é tão nociva. 
Lingote é uma barra de metal fundido. 
O silício é acrescentado ao metal líquido, para auxiliar na desoxidação e impedir a 
formação de bolhas nos lingotes. Ele está presente, no aço, em teores de até 0,6%, e não 
tem grande influência sobre suas propriedades. 
O enxofre, o manganês, o silício e o alumínio também formam, dentro do aço, 
compostos chamados de “inclusões não-metálicas”. Essas inclusões são partículas 
alongadas ou em forma de esferas muito pequenas que ficam espalhadas no meio do 
material metálico. O alumínio, por exemplo, combina-se com o oxigênio e forma um 
composto chamado alumina (Al2O3). Quando em quantidades reduzidas, a alumina, que se 
apresenta sob a forma de partículas muito pequenas, afeta minimamente as propriedades 
do aço. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 4 de 20 
Outras inclusões não-metálicas são os silicatos, formados a partir do silício e que 
favorecem o aparecimento de microtrincas na estrutura do aço; e os sulfetos, formados a 
partir do enxofre, que causam menor influência que os silicatos no surgimento de 
microtrincas. 
Há ainda outros elementos, como os gases introduzidos no processo de fabricação 
(hidrogênio, oxigênio e nitrogênio)
e os resíduos de metais provenientes das sucatas 
(níquel, cobre, molibdênio e cromo). 
Sabendo o que a presença de cada uma dessas impurezas causa ao material, é 
possível, a partir de um controle de suas quantidades e do conhecimento da composição 
exata do aço, utilizar o material adequado ao processo de fabricação e ao tipo de peça que 
se quer fabricar. 
Mas, se você precisa fabricar um produto que tenha aplicações especiais como, por 
exemplo, recipientes para a indústria química, que devem ser resistentes aos ataques de 
produtos químicos, certamente o aço que você usará também terá que ter características 
especiais. Isso é obtido com o auxílio dos tratamentos térmicos e dos elementos de liga. 
 
3.2 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS 
 
A definição de aço proposta acima permite uma distinção entre os aços carbono 
comuns e os aços ligados: 
a) Aço-carbono são ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de 
carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação; 
b) Aço-liga são os aços carbono que contém outros elementos de liga, ou apresenta os 
elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais. 
Os primeiros podem ser subdivididos em: 
a) Aços de baixo teor de carbono, com [C] < 0,3%, são aços que possuem grande 
ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem (construção de pontes, edifícios, 
navios, caldeiras e peças de grandes dimensões em geral). Estes aços não são 
temperáveis; 
b) Aços de médio carbono, com 0,3 < [C] < 0,7%, são aços utilizados em engrenagens, 
bielas, etc.. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência; 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 5 de 20 
c) Aços de alto teor de carbono, com [C] > 0,7%. São aços de elevada dureza e resistência 
após a tempera, e são comumente utilizados em molas, engrenagens, componentes 
agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas, etc.. 
Os aços-liga, por sua vez, podem ser subdivididos em dois grupos: 
a) Aços de baixo teor de ligas, contendo menos de 8% de elementos de liga; 
b) Aços de alto teor de ligas, com elementos de liga acima de 8%. 
Como exemplos pode-se citar os aços produzidos para o mercado de construção civil 
como o ASTM A-36 (um aço-carbono), o ASTM A-572 Grau 50 (um aço-carbono microligado 
de alta resistência mecânica) e o ASTM A-588 Grau K (um aço-carbono microligado de alta 
resistência mecânica com elevada resistência à corrosão atmosférica). 
Os aços microligados são especificados pela sua resistência mecânica, e não pela 
sua composição química. São desenvolvidos a partir dos aços de baixo carbono (como o 
ASTM A-36), com pequenas adições de Mn (até 2%) e outros elementos em níveis muito 
pequenos. Estes aços apresentam maior resistência mecânica que os aços de baixo 
carbono idênticos, mantendo a ductilidade e a soldabilidade, e são destinados às estruturas 
onde a soldagem é um requisito importante (Carbono baixo), assim como a resistência 
(Figura 2). 
De modo geral, estes aços proporcionam uma grande economia de aço na estrutura, 
a um custo muito reduzido. 
 
 
Figura 2 – Materiais metálicos 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 6 de 20 
Os aços microligados, de alta resistência mecânica, são de grande utilidade toda vez 
que se deseja: 
a) 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; 
b) Melhorar a resistência à corrosão atmosférica. Este é um fator importante a considerar, 
porque a utilização de seções mais finas pode significar vida mais curta da estrutura, a não 
ser que a redução da seção seja acompanhada por um aumento correspondente da 
resistência à corrosão do material; 
c) Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga; 
d) Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à tração, sem perda 
apreciável da ductilidade. 
 
3.3 FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO 
 
 
Os principais fatores que afetam os valores medidos das propriedades mecânicas 
são a composição química, o histórico termomecânico do material, a geometria, 
temperatura, estado de tensões e velocidade de deformação da estrutura. 
O fator mais importante na determinação das propriedades de um certo tipo de aço é 
a composição química. Nos aços carbono comuns, os elementos Carbono e Manganês tem 
influência no controle da resistência, ductilidade e soldabilidade. A maior parte dos aços 
carbono estruturais tem mais de 98% de Ferro, de 0,2 a 1% de Carbono e aproximadamente 
1% de Manganês (em peso). O Carbono aumenta a dureza e a resistência, mas, por outro 
lado, afeta a ductilidade e a soldabilidade. Assim, pequenas quantidades de outros 
elementos de liga são utilizados na melhoria das propriedades do aço, obtendo o máximo 
em propriedades de uma liga contendo um baixo teor de Carbono. A influência de alguns 
dos elementos químicos comumente encontrados pode ser visto na figura 3: 
 
 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 7 de 20 
 
Figura 3 – Influencia de elementos químicos nas propriedades da liga ferro carbono 
 
De modo geral, alguma ductilidade deve ser sacrificada para que se obtenha um 
acréscimo de resistência mecânica. Isto é tolerável, pois o material normalmente exibe um 
“extra” de ductilidade. O fundamental é que a ductilidade adequada seja exibida na estrutura 
final, fabricada. Isto é função do material, do projeto, dos procedimentos utilizados na 
fabricação e das condições de serviço. 
 
3.3 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS 
 
As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço são o 
limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura. Essas características são 
determinadas através de ensaios de tração. 
O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar sem que se 
produzam deformações plásticas ou remanescentes, além de certos limites. 
Resistência é a máxima força de tração que a barra suporta, dividida pela área de 
seção transversal inicial do corpo-de-prova. 
Alongamento na ruptura é o aumento do comprimento do corpo-de-prova 
correspondente à ruptura, expresso em porcentagem. 
 
• Os aços para concreto armado devem obedecer aos requisitos: 
• Ductilidade e homogeneidade; 
• Valor elevado da relação entre limite de resistência e limite de escoamento; 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 8 de 20 
• Soldabilidade; 
• Resistência razoável a corrosão. 
 
A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente sem romper. 
Pode ser medida por meio do alongamento (ε) ou da estricção. Quanto mais dúctil o aço, 
maior é a redução de área ou o alongamento antes da ruptura. Um material não dúctil, como 
por exemplo, o ferro fundido, não se deforma plasticamente antes da ruptura. Diz-se, então, 
que o material possui comportamento frágil. 
O aço para armadura passiva tem massa específica de 7850 kg/m3, coeficiente de 
dilatação térmica α = 10-5/°C para -20°C < T < 150°C e módulo de elasticidade de 210 GPa. 
Como exemplo a Figura 4 apresenta o diagrama Tensão x Deformação para alguns 
aços. Para obtenção deste diagrama, ensaia-se em laboratório uma haste metálica (corpo 
de prova), devidamente presa a uma prensa hidráulica, e aplica-se nesta haste esforços de 
tração, medindo-se as deformações do aço. O aparelho responsável pela medição das 
deformações na haste é conhecido como extensômetro.
Caso o corpo de prova seja descarregado e imediatamente recarregado, durante o 
período elástico, a peça não apresenta nenhuma deformação residual e o caminho a ser 
percorrido será igual ao inicial. Caso esse alívio de tensões ocorra após o escoamento, a 
peça apresentará deformações residuais representadas no gráfico abaixo por 0,002%, onde 
a reta tracejada é paralela à reta inicial do ensaio. 
 As tensões fy e fu, são denominadas, respectivamente como tensão de escoamento 
e tensão de ruptura, que serão usadas no dimensionamento dos elementos estruturais, de 
acordo com as propriedades mecânicas do aço ensaiado. 
 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 9 de 20 
 
Figura 4 - Diagrama Tensão x Deformação para alguns aços 
 
Constantes Físicas 
• Módulo de Elasticidade: E = 205000 MPa 
• Coeficiente de Poisson: ν = 0,3 
• Coeficiente de Dilatação Térmica: β = 12 x 10-6 °C-1 
• Peso Específico: 
a
= 77 kN/m3 
 
 
3.4 BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO DE FERRO PARA PRODUÇÃO DE AÇO 
 
 
Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro, que não existe puro na 
natureza, é encontrado em toda a crosta terrestre associado ao oxigênio e à sílica. O 
minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina. O carbono é também 
relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na 
siderurgia, o carbono é obtido do carvão mineral, e em alguns casos do carvão vegetal 
(Ramos, 2002). 
De acordo com o Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS, 2006) as usinas siderúrgicas, 
segundo o seu processo produtivo, classificam-se como: 
 
 Integradas - que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação; 
 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 10 de 20 
 semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas partem de 
ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica, adquiridos de terceiros, para transformá-los 
em aço em aciarias elétricas seguindo-se sua posterior laminação; 
 Não integradas - que operam apenas uma fase do processo: redução ou laminação. No 
primeiro caso estão os produtores de ferro gusa, os chamados guseiros, que têm como 
característica comum o emprego de carvão vegetal em altos fornos para redução do 
minério. No segundo, estão os relaminadores, geralmente de placas e tarugos, adquiridos 
de usinas integradas ou semi integradas, e os que relaminam material sucatado. 
 
Considerando uma usina siderúrgica integrada a coque, resumidamente prepara-se 
previamente o minério e o carvão para em seguida serem levados aos altos-fornos onde é 
produzido o ferro gusa, que é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser 
transformado em aço, mediante a queima de impurezas e adições. Após a transformação do 
ferro gusa em aço e este ser solidificado na forma de placas, toma lugar a última etapa 
clássica do processo de fabricação do aço, a laminação. O aço, solidificado, é deformado 
mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de 
transformação. 
A Figura 5 apresenta todo o fluxo de produção de uma usina integrada a coque. 
 
 
Figura 5 - Fluxo de produção de uma usina siderúrgica integrada a coque. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 11 de 20 
O processo de produção de aço em uma siderúrgica integrada a coque pode ser 
dividido em quatro abrangentes etapas sequenciais. São elas: 
a) preparação do minério e do carvão; 
 
b). redução do minério de ferro; 
 
c) refino; 
 
d) conformação mecânica. 
 
 
3.4.1 Preparação do minério e do carvão 
 
 
A primeira etapa, a preparação do minério e do carvão, é constituída por dois 
processos: a coqueificação e a sinterização, que preparam o carvão e a maior parte do 
minério de ferro para, juntamente com minério de ferro em pelotas e outros materiais, 
alimentarem os equipamentos de produção de ferro líquido (ferro-gusa) que são os altos-
fornos (Ramos, 2002). 
A coqueificação é um processo realizado na coqueria. O coque é um importante 
elemento siderúrgico constituído à base de mistura de vários tipos de carvão mineral 
metalúrgico. Ele é o elemento energético na mistura coque, sinter, pelotas e outros para a 
obtenção do ferro-gusa líquido (Ramos, 2002). 
A sinterização é um processo realizado a alta temperatura no forno de sinterização, 
onde é feita a mistura de minérios de ferro de granulometria fina (pó) com aglomerantes de 
finos (ou fundentes), protetores de refratários e formadores de escória (conferem basicidade 
à escória) e elementos protetores de lança do convertedor (soprador de oxigênio). Alguns 
destes elementos misturados ao minério são: calcário, cal fina, dolomita, dunito, manganês, 
óxido de titânio, coque fino, antracito, alcatrão, etc (Ramos, 2002). 
O produto gerado neste processo recebe o nome de sinter, que é um material sólido, 
amorfo, com tamanho bem definido e poroso, com o objetivo de facilitar a troca e o fluxo de 
calor e de gases dentro de um alto-forno, facilitando o processo de redução, ou seja, a 
retirada de oxigênio (Ramos, 2002). 
 
3.4.2 Redução do minério de ferro 
 
A redução do minério de ferro é a retirada do oxigênio existente no óxido de ferro, 
por isto o uso do termo redução, fazendo uma alusão ao termo redução de oxigênio, muito 
conhecido no meio químico. Esse processo é realizado em um alto-forno. É no alto-forno 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 12 de 20 
que são misturados o coque com o sinter e outras cargas metálicas (minério de ferro, por 
exemplo). Como resultado deste processo tem-se o ferro-gusa líquido, que é uma liga ferro 
carbono com alto teor de carbono e de impurezas, portanto, ainda não se trata de aço 
(Ramos, 2002). 
O ferro-gusa líquido é vazado em um vagão de transporte chamado carro torpedo, 
onde sofre um pré-refino, que é o processo de dessulfuração. Após isto, o carro torpedo 
transporta este material até a aciaria, onde será iniciado o refino propriamente dito (Ramos, 
2002). 
A Figura 6 apresenta o fluxo de produção das etapas de preparação do minério e do 
carvão e redução do minério de ferro. 
 
 
Figura 6 - Fluxo de produção da redução do minério de ferro. 
 
3.4.3 Refino 
 
O gusa líquido, produzido nos altos fornos, apresenta em sua composição química 
teores de enxofre num patamar elevado para atender a maioria das especificações dos 
produtos. A etapa de refino objetiva basicamente a adequação da composição química do 
aço com relação às características desejadas do produto final, removendo elementos 
indesejáveis, como o enxofre em excesso, e adicionando outros elementos em função das 
necessidades. (Araújo, 2003). 
O refino primário (que ocorre no equipamento de fusão - convertedor) tem como 
objetivo básico o ajuste dos teores de carbono, enxofre e fósforo. No refino secundário (que 
ocorre fora do convertedor) são realizados ajustes finos nos teores de hidrogênio, carbono, 
enxofre e na quantidade e forma das inclusões. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 13 de 20 
No refino primário, o processo de sopro de oxigênio caracteriza-se pelas reações de 
oxidação parcial do carbono, manganês, silício, fósforo e outros elementos contidos no gusa 
líquido. O refino primário permite também a redução do teor de fósforo, estabilizado em uma 
escória básica, formada durante esta etapa. 
Durante o sopro são adicionados fundentes, que formam juntamente com os óxidos 
obtidos a partir de reações do silício, manganês e ferro uma escória, que tem por finalidade
fixar as substancias indesejáveis. O volume de oxigênio soprado é definido em função das 
matérias primas utilizadas além do carbono e temperatura previstos no fim de sopro 
(Oliveira, 1994). No final do sopro, mede-se a temperatura do banho, retiram-se amostras de 
aço e escória. Então, o convertedor é basculado e o aço líquido é vazado para uma panela 
onde são adicionados os ferro-ligas (desoxidação) que conferem ao aço as propriedades 
mecânicas especificadas para o produto. 
O processo de refino secundário de aços consiste em um enobrecimento do produto 
através da utilização de equipamentos como o desgaseificador a vácuo, a estação de ajuste 
de com- posição química e temperatura, forno panela. São removidas impurezas prejudiciais 
às propriedades mecânicas e às características desejadas para o aço (Araújo, 2003). 
O desgaseificador a vácuo é um equipamento destinado à retirada de gases, 
desoxidação e limpidez dos aços. Os gases como hidrogênio e nitrogênio são assim 
retirados (Araújo, 2003). 
Outro equipamento de refino secundário é o forno panela, que consiste de uma 
abóboda que cobre a panela de aço líquido. Tem como principais funções o aquecimento, a 
dessulfuração do aço, o ajuste de composição química em faixas estreitas, a melhoria de 
limpidez e o controle da morfologia de inclusões não metálicas. Após o completo tratamento 
de refino secundário, o aço líquido está pronto para ser lingotado, ou seja, transformado em 
placas de aço. As placas produzidas na aciaria têm dimensões usuais com espessuras entre 
200 e 250 mm e entre 9 e 15 m de comprimento (Araújo, 1997). 
A Figura 7 apresenta o fluxo de produção da etapa de refino. 
 
 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 14 de 20 
 
Figura 7 - Fluxo de produção da etapa de refino do aço. 
 
3.4.4 Conformação mecânica 
 
Conformação mecânica é o nome genérico dado aos processos em que se aplica 
uma solicitação mecânica em metais, que respondem com uma mudança permanente de 
dimensões (Cacciopoli, 1987). O volume e a massa do metal se conservam nestes 
processos. A laminação é um processo de conformação mecânica que essencialmente 
consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, 
tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos 
planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminação de 
produtos não planos) e que giram à mesma velocidade periférica, mas em sentidos 
contrários. 
O laminador é o equipamento no qual se realiza a operação de laminação e consiste 
basicamente de cilindros (ou rolos), mancais, uma carcaça chamada de gaiola ou quadro 
para fixar estas partes e um motor para fornecer potência aos cilindros e controlar a 
velocidade de rotação. 
O processo de laminação de aços planos pode ser divido em dois tipos básicos: 
- laminação a quente - neste caso o material a ser laminado é aquecido previamente e a 
temperatura de trabalho se situa acima da temperatura de recristalização do material 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 15 de 20 
(Temperatura na qual um metal com uma quantidade particular de deformação se 
recristalizará), a fim de reduzir a resistência à deformação plástica (aquela que permanece 
no metal após a remoção da carga) em cada passagem e permitir a recuperação da 
estrutura do material, evitando o encruamento (aumenta à medida que esse metal é 
deformado mecanicamente. A esse processo de aumento de resistência do material por 
deformação plástica dá-se o nome de encruamento) para os passes subsequentes; 
- laminação a frio - na laminação a frio o material entra no laminador à temperatura ambiente 
(abaixo da temperatura de recristalização) apresentando maior resistência à de- formação e 
verifica-se o aumento dessa resistência com a deformação sofrida durante o processo. 
 
Laminação a quente 
 
Esta etapa do processo tem a finalidade de transformar as placas produzidas na 
aciaria em tiras laminadas a quente, com larguras entre 610 a 2438 mm e espessuras 
entre 1,19 a 12,7 mm (Araújo, 1997). As tiras produzidas na laminação a quente podem ser 
produtos acabados com aplicação direta na fabricação de máquinas e equipamentos 
agrícolas, veículos médios e pesados, material ferroviário e naval, além de tubos de 
espessuras variadas; assim como podem posteriormente ser laminadas a frio, 
transformando-se em tiras laminadas a frio. 
Uma linha de laminação a quente é composta por três equipamentos principais, 
quais sejam: o forno de reaquecimento de placas, o laminador de desbaste e o trem 
acabador. O processo de laminação de tiras a quente consiste basicamente de duas fases: 
a fase de aquecimento, na qual as placas passam pelos fornos de reaquecimento; e a fase 
de laminação das placas (Araújo, 1997). 
A função principal dos fornos de reaquecimento é elevar a temperatura das placas a 
uma temperatura adequada para o processo de conformação, obedecendo curvas de 
aquecimento específicas para cada tipo de aço e garantindo a eficiência no controle da 
combustão, visando: 
• Baixo consumo de combustível; 
• Menor perda por carepa (mistura de óxidos de ferro); 
• Isenção de defeitos superficiais nas placas por excesso de aquecimento; 
• Eficiência operacional dos fornos. 
No caso dos aços microligados, o reaquecimento também deve permitir a dissolução 
dos elementos de microliga, para permitir a sua posterior precipitação durante a laminação. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 16 de 20 
Após o reaquecimento das placas ocorre o desenfornamento e o transporte para a 
área do laminador de desbaste, um laminador intermediário, que tem a finalidade de 
desbastar as placas em esboços para posteriormente serem laminados pelo trem acabador. 
A finalidade do trem acabador é reduzir a espessura do esboço recebido, 
observando (atendendo) a temperatura, a espessura, a largura e a forma do material na 
saída do laminador. 
Na saída do trem acabador existe um sistema de resfriamento da tira para permitir 
diversas estratégias de resfriamento, trazendo como principal vantagem, a obtenção de um 
perfil térmico homogêneo ao longo da superfície da tira com consequente melhoria das 
propriedades mecânicas e metalúrgicas do produto (Silva et al., 2004). 
As temperaturas de acabamento e de bobinamento influenciam diretamente as 
propriedades mecânicas do produto (Barbosa et al., 2004), o que foi comprovado também 
pela análise de sensibilidade em modelos de predição de propriedades mecânicas baseados 
em inteligência computacional (Tenner et al., 2001; Datta e Banerjee, 2005; Sterjovski et al., 
2005). 
Finalmente, as tiras de aço são bobinadas para serem enviadas para o processo 
seguinte, a laminação a frio. 
A Figura 8 apresenta o fluxo de produção da laminação a quente. 
 
 
Figura 8 - Fluxo de produção da laminação a quente. 
 
 
Laminação a frio 
 
A unidade de laminação a frio reduz a espessura das chapas laminadas a quente, 
conferindo-lhes melhor qualidade superficial e características mecânicas adequadas a seu 
uso, direcionado especialmente para carrocerias de veículos leves, embalagens, autopeças, 
utilidades domésticas e eletroeletrônico. 
Uma planta de laminação a frio é composta pelos seguintes equipamentos principais: 
decapagem, laminador contínuo a frio, limpeza eletrolítica, recozimento, laminador de 
encruamento e, no caso da produção de produtos revestidos, incluem-se linhas de 
galvanização eletrolítica e/ou por imersão a quente. 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro,
M. Sc. Eng Página 17 de 20 
O aço, após o processo de laminação a quente, recobre-se de uma camada 
formada por óxidos de distintas composições e espessura, que depende fundamentalmente 
da temperatura, do tempo de processo, das condições de resfriamento, do meio ambiente e 
do tipo de aço. A finalidade do processo de decapagem é a retirada da carepa (mistura de 
óxidos de ferro) da superfície da tira através de uma reação com ácido (IFT, 2005). 
Muitas são as variáveis que influenciam a taxa de decapagem, dentre elas: tipo de 
ácido, concentração de ferro e de ácido na solução, temperatura da solução, tipo de aço, 
quebrador de carepa antes da decapagem, utilização de inibidores e velocidade da tira 
dentro dos tanques quando o processo é contínuo (IFT, 2005). 
No laminador a frio a espessura da tira laminada a quente é reduzida, à medida que 
a tira passa pelas cadeiras de laminação. Ao final do processo, a bobina laminada a frio 
encontra- se na espessura desejada pelo cliente, porém ainda são necessários ajustes nas 
propriedades mecânicas. A deformação plástica imposta ao aço na laminação a frio 
introduz defeitos na rede cristalina que levam a uma drástica deterioração das 
propriedades mecânicas dos aços, tornando-o inadequado para as aplicações usuais. O 
material encontra-se altamente encruado, ou seja, com alta resistência mecânica e baixa 
ductilidade (IFT, 2005). 
A adequação das propriedades mecânicas das tiras laminadas a frio para as 
especificações dos clientes é obtida nos processos de recozimento e encruamento. 
O processo de recozimento consiste num tratamento térmico, com o objetivo de 
recuperar a ductilidade do material e remover as tensões internas oriundas do laminador de 
tiras a frio (Araújo, 2003). 
Basicamente, no recozimento, é realizado o aquecimento do aço a uma determinada 
temperatura, seguido de resfriamento lento, visando a recuperação das propriedades 
mecânicas através da recristalização dos grãos (IFT, 2005). 
Para o caso de tiras de aço laminadas a frio, existem basicamente dois tipos distintos 
de processos de recozimento: 
 
• recozimento em caixa - Neste caso, as bobinas são empilhadas no interior de fornos, 
em recipientes vedados. O processo de recozimento em caixa consiste num tratamento 
térmico subcrítico (temperaturas abaixo de 727 ºC). O processo de recozimento em caixa 
apresenta baixa produtividade, uma vez que o ciclo completo pode levar de 3 a 5 dias em 
média; 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 18 de 20 
• recozimento contínuo - Neste caso, as bobinas são desbobinadas e processadas 
numa linha de processo contínua. Na linha, o material passa pelos fornos de 
aquecimento, encharque, resfriamento lento, resfriamento rápido, super envelhecimento e 
resfriamento secundário. O processo de recozimento contínuo consiste num tratamento 
térmico intercrítico (temperaturas entre 700 ºC e 850 ºC). O processo de recozimento 
contínuo apresenta alta produtividade, se comparado com o recozimento em caixa, uma 
vez que uma bobina é processada em alguns minutos. O processo de recozimento 
contínuo apresenta ainda as vantagens de possibilitar a produção de produtos de maior 
valor agregado e a redução do custo de liga dos aços. 
A principal finalidade da laminação de encruamento (Região existente na curva do 
ensaio de tração (tensão x deformação) quando o corpo de prova passa do regime plástico 
para o regime elástico) é a eliminação do patamar de escoamento definido, pois se o 
material após o processo de recozimento vier a ser estampado irá apresentar estrias em 
sua superfície. Há duas maneiras de se garantir que um material não apresente estrias ao 
ser estampado. A primeira seria deformá-lo por tração simples como num ensaio de tração, 
até o ponto em que o patamar de escoamento tenha sido eliminado. A segunda maneira seria 
através da laminação de encruamento, que utiliza pressão e tração na deformação do 
material. Na laminação de encruamento elimina-se o patamar de escoamento definido com 
aplicação de deformações da ordem de 1%. 
No processo de galvanização a tira de aço pode ser revestida com uma fina 
camada de zinco, liga de zinco-níquel, liga de zinco-ferro ou liga de alumínio-zinco, com a 
finalidade de elevar a resistência à corrosão. O uso de aço galvanizado na fabricação de 
veículos tem sido uma solução eficiente contra a corrosão e se constitui numa tendência 
mundial (IFT, 2005). 
Existem basicamente dois tipos de processos de galvanização, o primeiro por 
eletrodeposição dos íons metálicos sobre a tira de aço e o segundo por imersão da tira 
num banho metálico. A linha contínua de galvanização por imersão a quente possui dentre 
as suas diversas seções, uma seção de recozimento, similar à uma linha de recozimento 
contínuo. Dessa forma, as tiras são primeiramente recozidas para em seguida serem 
revestidas. 
A Figura 9 apresenta o fluxo de produção da laminação a frio. 
 
Capítulo 3 – Aço Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 19 de 20 
 
Figura 9 - Fluxo de produção da laminação a frio. 
 
 
 
EXERCÍCIO 
 
 
 
1) Qual a importância do coque para a indústria siderúrgica? 
2) Quais são as principais propriedades dos aços carbonos? 
3) Quais são os tipos de aço carbono quanto a sua composição? 
4) Explicite 3 fatores que influenciam as propriedades mecânicas do aço 
5) O que é encruamento ? Qual sua importância para siderurgia?