Aumentando a Durabilidade do Aço: Guia Especializado de Revestimentos Metálicos

Revestimentos Metálicos de Aços

Aços com revestimento metálico são definidos como substratos de aço revestidos com uma camada de zinco, liga Zn/Al (zinco/alumínio), liga Zn/Si (zinco/silício), ou Al puro, etc. Os arranjos esquemáticos da estrutura de revestimento metálico com e sem passivação são mostrados na Figura 1.

Figura 1: Estrutura de revestimento metálico com e sem passivação

Os revestimentos metálicos de aços aumentam a vida e o desempenho dos aços. Eles fornecem a maneira mais eficaz e econômica de proteger aços contra corrosão. Aços com revestimento metálico oferecem combinação única de propriedades que incluem alta resistência, conformabilidade, leveza, resistência à corrosão, estética, reciclabilidade e baixo custo.

Processos de Revestimento Metálico

Existem vários processos para revestimento metálico de aços, conforme abaixo.

• O processo de revestimento por imersão a quente, pelo qual a tira de aço é imersa em um banho de metal fundido. A composição do metal fundido (Zn, Zn/Al, Al/Si, ou Al puro, etc.) determina a natureza do revestimento metálico.
• O processo de eletrogalvanização, no qual o metal é depositado eletroliticamente na tira de aço a frio.
• Revestimento sob vácuo, como PVD (deposição física de vapor), CVD (deposição química de vapor), etc.

Processos de revestimento por imersão a quente são os processos mais populares para revestimento metálico de tiras de aço. Normalmente, linhas de revestimento contínuas são empregadas para a produção de produtos de aço com revestimento metálico.

Aços com revestimento metálico produzidos em linhas de revestimento contínuas experimentaram um crescimento notável e continuam a ser usados em campos novos e cada vez mais variados. Isso se deve às suas notáveis vantagens econômicas, tecnológicas e ambientais.

A ampla gama de produtos de aço com revestimento metálico disponíveis hoje atende aos requisitos de todos os setores. Os seguintes são os parâmetros que regem a escolha do material de aço com revestimento metálico.

• Qualidade ou grau do substrato de aço
• Tipo de revestimento metálico
• Massa ou espessura do revestimento metálico
• Aspecto superficial
• Qualidade superficial
• Tratamento superficial
• Tolerâncias em dimensões e forma

O revestimento metálico melhora a resistência à corrosão do aço e prolonga a vida útil do produto. Um revestimento metálico adequado torna possível melhorar as propriedades de conformação e soldagem por resistência do aço, bem como sua pintabilidade.

Tipos de Produtos Revestidos

Os seguintes são os principais tipos de produtos com revestimento metálico.

Chapa de aço galvanizada a quente

Normas ASTM para estas chapas de aço são A653M e A1063M. O revestimento galvanizado é essencialmente um revestimento de Zn em chapa de aço. A palavra galvanizar vem da proteção galvânica que o Zn fornece ao aço quando exposto a um ambiente corrosivo. É, de longe, o produto de imersão a quente mais comum com uma ampla gama de aplicações. O Zn fornece proteção galvânica e de barreira. A proteção galvânica é maior do que para qualquer outro tipo de revestimento por imersão a quente no aço. O revestimento contém Al que tipicamente está na faixa de 0,20% a 0,30%. O Al é adicionado ao banho de Zn fundido para controlar a taxa de crescimento da camada de liga (zona de ligação entre o aço e o revestimento de Zn). Melhora dramaticamente a adesão do revestimento para permitir conformação severa da chapa revestida. O revestimento pode conter uma pequena quantidade de chumbo (Pb) e/ou antimônio (Sb) para desenvolvimento de espícula. Quase todos os aços galvanizados não contêm Pb, e se contém, o Pb é menor que 0,03%. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 90 a 1200 g/m² para A653M e 90 a 600 g/m² para A1063M total em ambos os lados.

Chapa de aço galvannealed a quente

Especificação ASTM para estas chapas de aço é A653M. Na produção da chapa de aço galvannealed, o revestimento galvanizado por imersão a quente é ligado por difusão com o aço por aquecimento adicional na torre acima do banho de revestimento. Revestimento metálico típico contém 8% a 11% de ferro. Estas chapas geralmente destinam-se a ser pintadas para a maioria das aplicações. Estas chapas são caracterizadas por sua alta dureza e comportamento frágil durante conformação. As chapas galvannealed são mais fáceis de soldar por pontos e pintar do que as chapas galvanizadas. O desempenho com pintura é sinergicamente melhorado devido à excelente ligação formada entre a tinta e a superfície do revestimento. Comparado ao aço galvanizado, chapas de aço galvannealed normalmente exibem menos corrosão por subcrepitação sob pintura em bordas expostas, arranhões ou outros defeitos na pintura. Estas chapas de aço são usadas para painéis de carroceria automotiva. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 90 a 180 g/m² total em ambos os lados.

Chapa de aço revestida com liga Al-Zn 55% a quente

Estas chapas revestidas também são conhecidas como chapas Galvalume. Norma ASTM para estas chapas é A792M. O revestimento é um revestimento de liga Al-Zn que contém aproximadamente 55% Al, 43,5% Zn e 1,5% Si. Este revestimento oferece excelente proteção de barreira combinada com alguma proteção galvânica. A retenção de proteção galvânica é uma característica importante para este revestimento. Esta combinação particular de Al e Zn afeta a formação de uma microestrutura de revestimento que é muito importante para bom desempenho. Este revestimento fornece um equilíbrio muito bom entre proteção galvânica e de barreira. O Si é adicionado para controlar a taxa de crescimento da camada de liga. O revestimento melhora a adesão durante conformação. O revestimento tem resistência à corrosão muito maior que revestimentos galvanizados na maioria dos ambientes. Sua durabilidade a longo prazo foi demonstrada. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 100-210 g/m² total em ambos os lados.

Chapa de aço revestida com liga Zn-5% Al a quente

Estas chapas revestidas também são conhecidas como chapas Galfan. Norma ASTM para estas chapas é A875M. O revestimento galvânico contém cerca de 95% Zn e 5% Al. Este revestimento fornece aproximadamente a mesma proteção galvânica que o galvanizado e resistência à corrosão melhorada na maioria dos ambientes. Este revestimento é normalmente usado principalmente para aplicações que requerem boa ductilidade do revestimento (como peças estampadas profundamente e chapas pré-pintadas) e resistência à corrosão superior. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 90-700 g/m² total em ambos os lados.

Chapa de aço revestida com liga Zn-Al-Mg (magnésio) a quente

Norma ASTM para estas chapas é A1046M. O revestimento é um revestimento galvânico que contém Zn, Al (5% a 11%) e Mg (2% a 4%). Este revestimento fornece resistência à corrosão superior em muitos ambientes agressivos. O revestimento é usado em aplicações como transporte, infraestrutura, construção, agrícola, energia elétrica e automotiva. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 60-600 g/m² total em ambos os lados.

Chapa de aço aluminizada a quente

Especificação ASTM para estas chapas é A463M. Existem dois tipos de revestimentos aluminizados: (i) Tipo 1 – Al junto com 5% a 11% Si, e (ii) Tipo 2 – revestimento de Al puro. A forma mais comum é revestimento Tipo 1; usado para aplicações que requerem resistência à oxidação a calor, como peças de forno, pequenos eletrodomésticos e sistemas de escapamento, etc. O revestimento aluminizado é o melhor revestimento em chapa de aço para resistência à oxidação a calor. Pode ser aplicado sobre aço inoxidável para oferecer desempenho ainda melhor em alta temperatura. Revestimento de Al puro Tipo 2 é usado para aplicações externas. O desempenho de corrosão deste revestimento baseia-se em proteção de barreira sem proteção galvânica na maioria dos ambientes. A proteção de barreira contra corrosão é muito boa neste caso, pois o Al do revestimento forma um filme estável de óxido de alumínio na superfície do revestimento. Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 75-300 g/m² total em ambos os lados para Tipo 1 e para Tipo 2 na faixa de 200-300 g/m² total em ambos os lados.

Chapa de aço revestida com Terne

Norma ASTM para estas chapas é A308M. Este revestimento é um revestimento de liga de Pb que contém 3% a 15% Sn (estanho). O Sn é adicionado para desenvolver uma ligação entre o revestimento e o aço. O revestimento é muito conformável e melhora o comportamento de estampagem profunda. Além disso, a chapa revestida pode ser facilmente soldada. A chapa revestida tem resistência muito boa à gasolina, embora o uso para tanques de combustível esteja diminuindo (relacionado à questão ambiental associada ao Pb e não ao desempenho da chapa revestida). Peso de revestimento (massa) geralmente na faixa de 75-335 g/m² total em ambos os lados.

Linha de Revestimento Metálico

A linha de revestimento metálico é onde o substrato de aço é revestido com uma combinação protetora e comprovada de metais que fornecem resistência eficaz à corrosão. A linha tem dois acumuladores de tira, um em cada extremidade de entrada e saída da linha, permitindo que a tira de aço seja acumulada por um curto período. Esta capacidade permite que a linha mude para nova bobina ou remova uma bobina acabada enquanto o resto da linha continua a rodar a uma velocidade consistente. A precisão pode ser mantida em cada parte do processo, resultando em uma superfície consistente e revestimento uniforme. Os seguintes são os componentes básicos de uma linha de revestimento metálico.

• A bobina vem do trem de laminação a frio (TLF) para a linha de revestimento através de um de dois desenroladores. A ponta final da bobina anterior e a ponta inicial da nova bobina são cisalhadas. As novas pontas são soldadas juntas por um soldador de costura elétrico ou unidas mecanicamente para criar uma tira contínua de aço na seção de processo da linha.
• O aço entra no primeiro acumulador de tira, geralmente na forma de uma torre.
• Após redução a frio no TLF, o filme residual de óleo lubrificante deve ser removido do aço antes do recozimento para garantir que o revestimento metálico adira perfeitamente ao substrato de aço. O filme de óleo é removido em um tanque de desengraxe alcalino. Após a limpeza, a tira de aço é enxaguada e seca.
• A tira de aço a frio entra no forno. O propósito do forno é fazer uma limpeza final da superfície queimando o filme de óleo residual na superfície do aço por queimadores de chama aberta na zona de pré-aquecimento da seção de recozimento. O segundo propósito do forno é aquecer o aço para desenvolver as propriedades mecânicas adequadas.
• Devido à laminação a frio do aço, o substrato de aço mostra encruamento extremo e é geralmente referido como aço full hard. A seção de recozimento fornece tratamento térmico do aço para recuperar suas propriedades mecânicas e tornar o aço adequado para o uso pretendido. Durante o tratamento térmico, a microestrutura severamente reduzida a frio recristaliza.
• A seção de recozimento é dividida em três zonas: (i) pré-aquecimento, (ii) manutenção, e (iii) resfriamento controlado. Dentro da zona de recozimento, o aço é impedido de oxidar usando uma mistura de gás hidrogênio-nitrogênio. Todos os queimadores são geralmente do tipo radiante, para evitar contato direto entre a chama e a superfície do aço. Os ciclos de recozimento são gerenciados de acordo com as propriedades mecânicas finais requeridas.
• No final da zona de resfriamento, a temperatura da tira é resfriada para um nível apropriado com relação à temperatura do metal fundido a ser revestido.
• Uma vez que a tira de aço atingiu a temperatura requerida, ela é imersa em um banho de metal fundido. Quando a tira sai do banho, ela é revestida com uma camada espessa de metal fundido. Um conjunto de facas de ar (ou nitrogênio), localizadas acima do banho, ajusta o peso do revestimento aos níveis requeridos. O peso do revestimento é normalmente controlado e monitorado permanentemente por equipamento de medição automático.
• A tira de aço revestida passa por uma torre de resfriamento, levando a tira revestida quase de volta à temperatura ambiente.
• Em caso de necessidade, o aço pode passar por um trem de condicionamento de superfície para criar uma superfície lisa para revestimento de cor.
• O nivelador de tensão puxa a tira de aço revestido metálico enquanto passa sobre uma série de rolos para fornecer planicidade superior.
• A tira de aço revestida metálica que não se destina à linha de revestimento de cor recebe um tratamento químico que fornece proteção interina contra deterioração do revestimento. Este tratamento superficial é feito por pulverização ou imersão convencional e subsequente espremedura ou por aplicação direta com rolo revestidor. Pós-tratamentos são passivação superficial ou revestimentos orgânicos finos. Podem ser aplicados na seção de saída em alguns casos.
• A tira de aço revestida entra no acumulador de saída, esperando para ser enrolada novamente.
• A tira de aço revestida é reenrolada no enrolador de tensão e enviada para revestimento de cor ou embalagem.

Um diagrama esquemático típico de linha de revestimento metálico mostrando equipamentos principais está na Figura 2.

Figura 2: Diagrama esquemático típico de linha de revestimento metálico mostrando equipamentos principais

Aplicações

O uso de uma variedade de aços com revestimento metálico tornou-se parte integrante da vida diária das pessoas. Estes aços são usados para proteção, abrigo, embalagem e para transporte, bem como ao mesmo tempo atendendo à demanda por materiais sólidos, duráveis e esteticamente agradáveis.

Na construção civil, aços com revestimento metálico têm sido usados para perfis, revestimentos e coberturas por muitos anos, mas também são usados para aplicações como portas, escadas e tetos, etc.

Os produtos de aço com revestimento metálico têm uma ampla gama de aplicações na indústria geral. Exemplos são móveis, ar condicionado, dutos, tanques e escudos térmicos, etc.

O setor de eletrodomésticos domésticos também é um grande usuário de aços com revestimento metálico. Há até uma tendência hoje de construir eletrodomésticos inteiramente de aços com revestimento metálico, tanto linha branca (geladeiras, máquinas de lavar, fornos, etc.) quanto linha marrom (tele-eletrônicos, vídeo e hi-fi, etc.).