Produção de Aço Inoxidável: Da Usina ao Produto Final

Da usina de aço à fábrica, como o aço inoxidável de qualidade é feito

Fabricamos aço há mil anos, mas o aço inoxidável é um recém-chegado relativo. Foi inventado em 1913 por Harry Brearley, um metalurgista britânico. Químicos, engenheiros e cientistas de materiais têm experimentado desde então. Como uma liga resistente à ferrugem, pode oferecer as mesmas propriedades de material do aço com a resistência à ferrugem de ligas como alumínio, mas a um custo menor. No início, o aço inoxidável era usado principalmente em pequenas aplicações, como peças para medidores de água ou bombas, bem como excelentes talheres. Hoje em dia, também está sendo usado como material de construção estrutural, em quantidades muito maiores.

Existem duas formas de um objeto de aço inoxidável ser feito: Um produto pode ser feito de peças brutas de aço que são marteladas, laminadas e unidas. Ou pode ser feito de aço fundido vazado em um molde com a forma do produto final. Qual é o método de produção de aço inoxidável mais eficiente depende do que o produto é e para que pode ser usado.

O processo de produção de aço inoxidável

A produção de aço inoxidável é um processo de múltiplas etapas: sucata de aço é fundida, fundida em forma sólida, tratada termicamente, limpa e polida.

• Fusão e fundição
• Conformação
• Tratamento térmico
• Desincrustação
• Encruamento
• Corte ou usinagem
• Acabamento

Fusão e fundição

Aço e metais de liga são carregados em um forno a arco elétrico. Uma vez no forno, o metal é aquecido a uma temperatura específica acima de seu ponto de fusão, geralmente acima de 1.538°C (2.800°F). Devido às temperaturas extremas, precisão e grandes volumes requeridos, a etapa de fusão geralmente requer 8-12 horas. Ao longo desta etapa, técnicos de aço verificam regularmente a temperatura do banho e a composição química.

Após a liga de aço ser completamente fundida, a mistura é refinada. Gás argônio e oxigênio são bombeados para o forno, onde convertem impurezas em gás e fazem outras formarem escória para fácil remoção. Para a maioria das aplicações, o aço refinado é fundido em formas incluindo lingotes, blocos, placas, hastes e redondos de tubo. Estes serão usados como matérias-primas para produtos forjados. Fundições podem fundir aço inoxidável em sua forma final pretendida criando um molde para aquele design. Esta forma pode passar por alguma usinagem como etapa de acabamento em vez de etapa de fabricação.

Conformação

A maioria do aço fundido é conformado por laminação a quente — a placa, lingote ou bloco é aquecido e passado por grandes rolos, esticando o aço em uma forma mais longa e fina. A laminação a quente ocorre acima da temperatura de recristalização do aço. Cada placa é conformada em chapa, placa ou tira, enquanto lingotes e blocos são conformados em fios e barras.

A laminação a frio é usada quando dimensões mais precisas ou brilho superficial superior são requeridos. Ocorre abaixo da temperatura de recristalização do aço. A laminação a frio usa rodas de pequeno diâmetro com uma série de rodas de apoio para criar chapas largas e lisas de aço inoxidável com tolerâncias apertadas.

Tratamento térmico

O tratamento térmico fortalece o aço inoxidável laminado por recristalização da microestrutura deformada. A maioria do aço inoxidável é tratada termicamente por recozimento. O aço inoxidável é aquecido a uma temperatura exata acima de sua temperatura de cristalização, e resfriado lentamente sob condições controladas. Este processo alivia tensões internas e amolece o aço inoxidável. A temperatura de recozimento, tempo e taxa de resfriamento todos impactam as propriedades do aço completo.

Desincrustação

Uma peça laminada de aço inoxidável adquire uma camada de "incrustação de laminação" oxidada, que precisa ser lavada para restaurar um acabamento superficial brilhante. A incrustação de laminação é geralmente removida por meios químicos como eletrolimpeza e decapagem. Na decapagem, o aço inoxidável é submerso em um banho de ácido nítrico-hidrofluorídrico. A eletrolimpeza faz uso de um cátodo e ácido fosfórico para passar uma corrente na superfície do aço inoxidável. O metal desincrustado é finalizado com enxágue de água de alta pressão, deixando um acabamento brilhante e lustroso.

Encruamento

O encruamento é o processo de fortalecimento do material através de deformação. Aços inoxidáveis endurecem rapidamente no geral, com a taxa exata determinada pelo grau específico. Aços austeníticos endurecem mais prontamente que outros graus.

Corte ou usinagem

O aço inoxidável é cortado para uma forma e tamanho especificados. O aço inoxidável pode ser cisalhado com facas circulares, serrado com lâminas de alta velocidade, ou estampado com punções. Métodos alternativos como chama, plasma e corte a jato de água são às vezes usados.

Para objetos fundidos em fundição já próximos da forma final, esta etapa de corte/usinagem pode ser apenas para limpar linhas de junção, trazer medidas a tolerâncias precisas, ou criar um acabamento superficial.

Acabamento

Aços inoxidáveis podem ser feitos com uma ampla variedade de acabamentos superficiais. O acabamento superficial escolhido não é puramente estético. Certos acabamentos tornam o aço inoxidável mais resistente à corrosão, mais fácil de limpar, ou mais prontamente usado na fabricação. O tipo de acabamento é determinado pela aplicação pretendida.

Acabamentos superficiais são o resultado combinado de processos de fabricação e métodos de acabamento. Laminação a quente, recozimento e desincrustação produzem um acabamento fosco. Laminação a quente seguida por laminação a frio em rolos de polimento produzem um acabamento brilhante. Uma combinação de laminação a frio, recozimento e polimento com superfície fina cria uma superfície reflexiva. Uma variedade de equipamentos de retífica, polimento, escovação e jateamento de areia é usada no acabamento de superfícies de aço inoxidável.

Controle de qualidade e inspeção

Embora controles em processo existam ao longo da fabricação e manufatura de aços inoxidáveis, eles tipicamente não são suficientes para atender padrões internacionais de qualidade. Antes de ser enviado, cada lote de aço inoxidável deve passar por testes químicos e mecânicos para garantir que atende às especificações desejadas.

Testes mecânicos

Testes mecânicos medem a capacidade física de um aço inoxidável de suportar cargas, tensões e impactos. Testes mecânicos incluem os testes de tração, Brinell e tenacidade descritos acima em propriedades mecânicas.

Testes químicos

Testes químicos verificam a química exata de uma amostra antes de certificar o grau de aço inoxidável. Testes químicos são geralmente realizados por análise espectroquímica não destrutiva. Resistência à corrosão é de particular importância para aços inoxidáveis. Usinas de aço testam e medem resistência à corrosão com teste de névoa salina — quanto mais tempo o aço permanece sem marcas de corrosão após exposição a névoa salina, maior a resistência à corrosão.

Produção mundial de aço inoxidável

Após a invenção do aço inoxidável, engenheiros e inventores rapidamente encontraram aplicações para ele. Talheres estavam em produção cinco anos após Brearley perceber que seu aço-cromo era resistente à ferrugem. Em 1926, quando o aço inoxidável tinha treze anos, começou a ser usado em implantes cirúrgicos. 1935 viu o primeiro avião revestido em aço inoxidável. Esforços de guerra ajudaram a aumentar a capacidade de fabricação para inoxidável.

Entre 2005 e 2018, a produção de aço inoxidável dobrou, para uma produção mundial de 50,7 milhões de toneladas métricas. A China é o maior produtor mundial do metal.

Como um recém-chegado relativo em materiais de construção, o aço inoxidável é um material com ainda mais possibilidades. Inovações como aço inoxidável duplex ainda estão ocorrendo. À medida que novas químicas são exploradas, é possível que novos graus de aço inoxidável continuem a ser descobertos, para aplicações que ainda não imaginamos.