O Aço Carbono é Melhor que o Aço Doce? Esclarecendo as Diferenças

Ou são a mesma coisa?

O aço carbono é melhor que o aço doce? Pergunta capciosa! O aço doce é um tipo de aço carbono. O elemento carbono está presente em todo aço. Sempre que este carbono é o principal elemento de liga, a liga é considerada um aço carbono. "Aço de baixo carbono" é outro nome para aço doce. Existem outros aços carbono, de diferentes teores de carbono. Qual é melhor depende da aplicação para a qual o aço será usado.

Mais de 1,5 bilhão de toneladas de aço são produzidas anualmente para fabricar produtos tão diversos quanto agulhas de costura e vigas estruturais para arranha-céus. Aços carbono são as ligas de aço mais comumente usadas, representando aproximadamente 85% de toda a produção nos EUA. O teor de carbono do produto está na faixa de 0-2%. Este carbono afeta a microestrutura do aço, dando-lhe resistência e tenacidade lendárias. Estas ligas também contêm pequenas quantidades de manganês, silício e cobre. O aço doce é um termo comercial para aço de baixo carbono, onde o teor de carbono está na faixa de 0,04-0,3%.

O Aço Carbono é Melhor que o Aço Doce? Esclarecendo as Diferenças

Categorias de aço carbono

O aço carbono pode ser categorizado dependendo da composição química e características do produto. O aço doce também se enquadra na categoria de aço de baixo carbono, pois é composto de teor de carbono similar. O aço carbono comum é livre de ligas e pode ser colocado em quatro categorias:

1. Aço de baixo carbono ou aço doce

O aço de baixo carbono tem 0,04-0,3% de teor de carbono e é o grau mais comum de aço carbono. O aço doce também é considerado aço de baixo carbono, pois é definido como tendo baixo teor de carbono de 0,05-0,25%. O aço doce é dúctil, altamente conformável e pode ser usado para peças de carroceria automotiva, chapas e produtos de arame. No limite superior da faixa de baixo teor de carbono, e com adição de manganês de até 1,5%, as propriedades mecânicas são adequadas para estampagem, forjamento, tubos sem costura e chapas de caldeira.

2. Aço de médio carbono

O aço de médio carbono tem uma faixa de carbono de 0,31-0,6% e uma faixa de manganês de 0,6-1,65%. Este aço pode ser tratado termicamente e temperado para ajustar ainda mais a microestrutura e propriedades mecânicas. Aplicações populares incluem eixos, árvores, engrenagens, trilhos e rodas ferroviárias.

3. Aço de alto carbono

O aço de alto carbono tem uma faixa de carbono de 0,6-1% com 0,3-0,9% de teor de manganês. Propriedades de aços de alto carbono os tornam adequados para uso como molas e arames de alta resistência. Estes produtos não podem ser soldados a menos que um programa detalhado de tratamento térmico seja incluído no procedimento de soldagem. O aço de alto carbono é usado para ferramentas de corte, arames de alta resistência e molas.

4. Aços de ultra-alto carbono

O aço de ultra-alto carbono tem uma faixa de carbono de 1,25-2%, e são conhecidos como uma liga experimental. O revenimento pode produzir um aço com grande nível de dureza, útil para aplicações como facas, eixos ou punções.

Fabricação de aço carbono

O aço carbono e o aço doce são fabricados em três estágios:

Fabricação primária do aço
Fabricação secundária do aço
Fundição

Estes são seguidos por várias técnicas de acabamento que têm efeito direto nas características do produto final.

1. Fabricação primária do aço

O aço pode ser feito de 100% material reciclado ou de uma combinação de material reciclado e aço virgem. O aço virgem é produzido em um alto-forno a partir de minério de ferro, coque (produzido a partir de carvão) e cal. As matérias-primas são adicionadas ao topo do forno, que opera a 1650°C (3000°F). À medida que o minério de ferro derrete e se mistura com o coque queimando, carbono é liberado no produto líquido. Impurezas são absorvidas pela cal em uma escória na superfície, que pode ser removida do aço líquido. O produto neste estágio contém cerca de 4% de carbono e ainda tem algumas impurezas presentes. O aço virgem líquido é transferido para o forno de oxigênio básico (BOF), que já contém sucata de metal reciclado. Oxigênio puro é soprado através do aço líquido para oxidar o excesso de carbono, formando um produto final com até 1,5% de teor de carbono.

A sucata de aço reciclada pode ser reprocessada sem a adição de aço virgem em um forno a arco elétrico. Arcos elétricos de alta potência derretem o metal a temperaturas de até 1650°C. À medida que a sucata de aço derrete, lotes adicionais de sucata podem ser adicionados ao forno até sua capacidade. Uma vez alcançado um banho plano de aço líquido, oxigênio é soprado da mesma maneira que no BOF. Em ambos os casos, o aço líquido é vazado do forno para panelas ou banhos de aço para processamento adicional, enquanto a escória superficial contendo impurezas é removida.

2. Fabricação secundária do aço

Demandas de mercado por produtos de aço de maior qualidade e propriedades consistentes impulsionaram o desenvolvimento de processos de fabricação secundária de aço.

Forno a arco elétrico

A composição do aço é alterada em um forno a arco elétrico adicionando ou removendo componentes individuais ou manipulando a temperatura.

Agitação
Campos eletromagnéticos são usados para induzir correntes turbulentas na panela. Este método separa facilmente inclusões não metálicas, que flutuam para a superfície, enquanto garante uma mistura e composição homogêneas do aço.
Forno de panela
A panela atua como um forno a eletrodo secundário permitindo controle preciso de temperatura e injeção medida de componentes de liga.
Injeção na panela
Gás inerte é injetado no fundo do banho de aço. À medida que o gás aquece e sobe através do aço líquido, um efeito de agitação é alcançado.
Desgaseificação
Remove hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, enquanto também reduz o teor de enxofre do produto. Várias técnicas usadas para desgaseificar aço líquido incluindo vácuos, injeção de gás inerte e controle de temperatura.
Ajuste de composição (borbulhamento de argônio selado com sopro de oxigênio – CAS-OB)
Agitação é alcançada injetando gás argônio no banho de aço selado. Um arranjo de snorkel evita que a escória seja perturbada enquanto o teor de hidrogênio é reduzido e inclusões de óxido são flutuadas para a superfície. Oxigênio é alimentado ao banho através de uma lança e alumínio é adicionado através do snorkel dando um nível aumentado de controle de temperatura e composição final precisa.

Desoxidação do aço

Um aspecto crítico da fabricação secundária de aço é a remoção de oxigênio. A presença de oxigênio no aço líquido à medida que começa a solidificar resulta em uma reação com carbono para liberar gás monóxido de carbono. Controlar a desoxidação pode ser usado para alterar as características do produto final e, portanto, a adequação do aço para diferentes aplicações.

Aços de borda (Rimming steels)
Aços de borda são aços não desoxidados ou parcialmente desoxidados. Altos níveis de monóxido de carbono são produzidos durante a solidificação resultando em boa qualidade superficial mas com a presença de muitos sopros.
Aços tampados (Capped steels)
Aços tampados seguem o mesmo padrão dos aços de borda inicialmente, mas após cerca de um minuto, o molde é tampado para suprimir a formação de monóxido de carbono.
Aços semi-mortos (Semi-killed steels)
Aços semi-mortos foram parcialmente desoxidados antes de serem vazados no molde e geralmente têm teor de carbono na faixa de 0,15-0,3%.
Aços mortos (Killed steels)
Aços mortos foram totalmente desoxidados de forma que não há formação de monóxido de carbono durante a solidificação. O produto final tem estrutura homogênea e nenhum sopro. Alumínio é adicionado na panela ou molde como desoxidante primário para "matar" a formação de monóxido de carbono; no entanto, existem aplicações onde a adição de alumínio ao produto final é indesejável. Alternativas ao alumínio são ferro-ligas de manganês e silício ou siliceto de cálcio.

3. Fundição

Métodos tradicionais de fundição envolvem a elevação da panela por guindaste para que o aço líquido possa ser vazado em moldes individuais montados em vagões ferroviários. Moldes de lingote são levemente cônicos para facilitar a remoção dos lingotes após a solidificação. Lingotes são transferidos para poços de imersão onde são reaquecidos para laminação a quente.

Máquinas de fundição contínua permitem a fundição contínua de aço líquido em formas mais adequadas para processamento posterior. Panelas são elevadas a uma plataforma elevada onde descarregam o aço líquido em um distribuidor (tundish), que alimenta a máquina de fundição. O aço líquido é alimentado do distribuidor em um molde refrigerado a água com placa de fundo móvel. À medida que a casca de aço solidifica, a placa é lentamente baixada permitindo que mais aço líquido entre no molde. O aço é formado em placas, blocos ou tarugos em uma máquina de fundição contínua. O produto solidificado é puxado por rolos antes de ser endireitado e cortado no final da máquina. Este processo pode continuar por dias ou semanas sem interrupção.

Acabamento de aço carbono

Após o processo de fabricação de aço carbono estar completo, ele é acabado usando laminação, tratamento térmico, tratamento de superfície ou processamento secundário posterior.

Laminação de produtos

Lingotes fundidos sólidos devem ser laminados em formas e tamanhos mais úteis como aqueles produzidos por fundição contínua. O aço é comprimido e puxado por rolos rotativos. Os rolos rotacionam a uma velocidade maior que o aço ao entrar na máquina, portanto impulsionando o aço para frente e comprimindo-o.

Conformação a quente

O aço é aquecido acima da temperatura de recristalização para quebrar a microestrutura de fundição. Isso resulta em um tamanho de grão mais uniforme e distribuição uniforme de carbono dentro do aço.

Conformação a frio

A conformação a frio é realizada abaixo da temperatura de recristalização. Este processo aumenta a resistência através de encruamento em até 20%, enquanto melhora o acabamento e permite tolerâncias mais apertadas. O aço emerge do processo de laminação como produtos semi-acabados na forma de blocos, tarugos ou placas, dependendo das dimensões finais. Um bloco (bloom) é uma laje retangular muito grossa, um tarugo (billet) tem espessura similar mas largura mais estreita, e uma placa (slab) é um produto mais fino e largo.

Produtos semi-acabados são processados adicionalmente em produtos intermediários em uma laminadora para torná-los prontos para fabricação e processamento final por empresas posteriores.

PRODUTOS DE CONFORMAÇÃO A FRIO E APLICAÇÕES
PRODUTOS	APLICAÇÕES
Blocos (Blooms)	Aplicações estruturais
Guardas-corpo	Guardas de segurança Corrimãos Guardas-corpo personalizados
Barras laminadas	Construção de máquinas Construção civil
Placas (espessura acima de 1/4 pol.)	Fabricação pesada Caldeiras Pontes Vasos industriais Tanques Navios
Chapas (espessura abaixo de 1/4 pol.)	Carrocerias de automóveis Eletrodomésticos Equipamentos de escritório Latas de bebidas
Barras redondas/quadradas	Estruturas de construção Contrafortes Eixos Árvores

Uma vez que o aço sai da laminadora, empresas posteriores usam diferentes técnicas de processamento secundário para prevenir corrosão e melhorar as propriedades do metal. A técnica predominante para fazer isso é o tratamento térmico.

Tratamento térmico

O propósito do tratamento térmico do aço é manipular suas propriedades mecânicas mudando a distribuição de carbono no produto e a microestrutura interna. Ao manipular as propriedades mecânicas do aço, um aumento na ductilidade resulta em uma redução de dureza e resistência e vice-versa.

Normalização

O aço é aquecido a uma temperatura aproximadamente 55°C (130°F) acima da temperatura crítica superior. A temperatura é mantida até que todo o produto seja aquecido uniformemente, após o que é resfriado ao ar. Esta é a forma mais comum de tratamento térmico e dá ao aço alta resistência e dureza.

Recozimento

A temperatura do aço é elevada ao estado de solução sólida por uma hora antes de resfriar a uma taxa de 21°C (70°F) por hora. Resulta em um aço macio e dúctil sem tensões internas.

Têmpera

Um processo similar à normalização, mas o resfriamento é acelerado pela têmpera do aço em água, salmoura ou óleo. O produto resultante é muito duro — até quatro vezes mais duro que o aço normalizado — mas muito frágil, tornando-o suscetível a quebra e trincas. Por esta razão, a têmpera a uma temperatura predeterminada é normalmente seguida por uma taxa de resfriamento controlada até a temperatura ambiente em um processo chamado revenimento ou alívio de tensões. Ao projetar os parâmetros de temperatura e taxa de resfriamento durante o tratamento térmico, as propriedades do aço podem ser precisamente controladas.

Tratamento de superfície

Aproximadamente um terço do aço produzido é tratado com um revestimento de superfície para inibir corrosão, melhorar soldabilidade e pintabilidade.

Galvanização a quente

Galvanização é um processo de aplicação de uma camada superficial de zinco no aço. O aço é aquecido antes de entrar em um banho de zinco, onde o zinco líquido reveste a superfície do produto. A espessura do revestimento é controlada com facas de gás. Para prevenir que o revestimento de zinco trince, uma pequena quantidade de alumínio é adicionada à solução de zinco.

Galvanização eletrolítica

Outro processo para aplicação de uma camada de zinco em produtos de aço é através da galvanização eletrolítica. O zinco é depositado na superfície do aço controlando a corrente em uma solução eletrolítica. Esta técnica permite melhor controle da espessura do revestimento. Também pode ser usada para aplicar revestimentos diferenciais com diferentes espessuras em cada lado de um produto, ou revestimentos de liga de zinco para otimizar as características desejadas.

Processamento secundário posterior

Empresas posteriores processam ainda mais suas matérias-primas de aço em produtos acabados. Diferentes técnicas de processamento são usadas como usinagem, que envolve remoção uniforme de metal de superfície com ferramentas de máquina. Junção de aço também é comum e usa várias técnicas de soldagem.

Reciclagem de aço carbono

A reciclagem de metal é uma das histórias de sucesso da vida sustentável e minimização do impacto das atividades humanas no meio ambiente. O aço é o material mais reciclado do planeta, mais que todos os outros materiais combinados.

Fontes para aço reciclado incluem sucata de usinas de aço, fabricantes secundários e produtos de aço no final de seu ciclo de vida. Frequentemente não há aço reciclado suficiente para atender à demanda de fabricação, então quase sempre há uma combinação de aço virgem e reciclado na produção de produtos acabados.

Reciclar aço também é econômico pois reduz o custo de produtos acabados. Por esta razão, a indústria do aço tem se envolvido ativamente na promoção e estabelecimento de redes de reciclagem para facilitar a reciclagem de produtos no fim de sua vida útil.

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