A ORIGEM DO AÇO

O fabrico de ferro teve início na Anatólia, cerca de 2000 a.C. tendo sido a Idade do Ferro plenamente estabelecida por volta de 1000 a.C.. Neste período a tecnologia do fabrico do ferro espalhou-se pelo mundo. Em, aproximadamente, 500 a.C., chegou às fronteiras orientais da Europa e por volta de 400 a.C. chegou à China. .C. No século IV A.C. já se usavam armas baseadas em aços como por exemplo a

carvão. Actualmente a maior quantidade de matéria-prima para produção de aço é a sucata proveniente dos resíduos industriais.

Figura 2.11 – Arma em aço - Falcata ibérica

A forma de produção era em pequenos fornos na forma de torrões ou pedaços sólidos, denominados tarugos. Estes, em seguida, eram forjados a quente na forma de barras de ferro trabalhando, possuindo maleabilidade, contendo, entretanto pedaços de escória e carvão. O teor de carbono dos primeiros aços fabricados variava entre 0,07% e 0,8% sendo este último considerado um aço de verdade. Os egípcios, por volta de 900 a.C., já dominavam processos relativos a tratamentos térmicos nos aços para fabricação de espadas e facas. Como quando o teor de carbono supera 0,3% o material torna-se muito duro e frágil caso seja temperado (resfriado bruscamente em água) de uma temperatura acima de 850°C a 900°C, eles utilizavam o tratamento denominado revenido que consiste em diminuir a fragilidade minimizando-a por reaquecimento do aço a uma temperatura entre 350°C e 500°C.

Já os chineses produziam aços tratados termicamente por volta de 200 a.C. e os japoneses aprenderam a arte da produção de artefactos em metal dos chineses, embora tenham ajudado a espalhar o conhecimento da tecnologia da fabricação de aços, aumentando muito a produção de ferro trabalhado no mundo romano.

Com o declínio do Império Romano, a produção de aço ou ferro trabalhado estabilizou-se na Europa até que, no começo do século XV, começaram-se a utilizar quedas de água para insuflar ar nos fornos de fusão. Em consequência a temperatura no interior dos fornos passou a ser superior a 1200°C. Desta forma, ao invés de se produzirem os torrões, passou-se a produzir um líquido rico em carbono: o ferro fundido. Para se obter o ferro trabalhado e reduzir o teor de carbono deste ferro fundido, o mesmo era solidificado e em seguida fundido em atmosfera oxidante, utilizando carvão como combustível. Este processo retirava o carbono do ferro dando origem a um tarugo semi-sólido que após resfriamento era martelado até ficar na forma final.

A história moderna do fabrico do aço começou com a introdução do processo de Bessemer em 1858. Este processo permitia que o aço fosse produzido em maiores quantidades e de forma mais económica tornando-o aplicável em situações em que antes apenas o ferro era usado. Este foi apenas o primeiro processo moderno de produção de aço. O processo siderúrgico Gilchrist-Thomas resultou de uma evolução do processo Bessemer e consistia em alinhar o conversor com um material básico de forma a remover o fósforo presente. Outro método foi o processo Siemens-Martin, que tal como o processo Gilchrist-Thomas complementava, em vez de substituir o processo Bessemer.

Estes processos tornaram-se obsoletos pelo processo Linz-Donawitz baseado na produção em conversores de oxigénio, desenvolvido cerca de 1950, e por outros processos baseados na oxidação do ferro. [10]

2.3.3 PROCESSO DE FABRICO

A maior parte do ferro é extraído a partir dos minérios de ferro em altos-fornos. Num alto-forno o coque (carbono) actua como agente redutor dos óxidos de ferro (principalmente Fe2O3) originando gusa, que contêm cerca de 4% de carbono, juntamente com outras impurezas, de acordo com a reacção:

2 3

2O 3CO 2Fe 3CO

Fe + → + (2.1)

A gusa de alto-forno é geralmente transferida no estado líquido para um forno de produção de aço. Como foi referido anteriormente, os aços são essencialmente ligas de ferro e carbono com um teor máximo de 2% de carbono. Porém, a maior parte dos aços contém menos de 0,5% de carbono. São quase sempre produzidos por oxidação do carbono e das outras impurezas contidas na gusa, até que a quantidade de carbono seja reduzida para os níveis requeridos.

O processo vulgarmente usado na conversão da gusa em aço é o de oxidação por oxigénio. Neste processo, a gusa e um máximo de 30% de sucata de aço são carregadas num conversor em forma de barril, revestido a refractário, no qual é inserida uma lança de oxigénio. O oxigénio puro soprado através da lança reage com o banho líquido e forma-se óxido de ferro. O carbono do aço reage então com o óxido de ferro e forma-se monóxido de carbono através da reacção:

CO Fe C O

Fe + → + (2.2)

Imediatamente antes do início da reacção de oxidação, são adicionados em quantidades controladas, fundentes à base de carbonato de cálcio (calcário). Neste processo, a quantidade de carbono pode ser reduzida drasticamente, reduzindo-se simultaneamente outras impurezas, como o enxofre e o fósforo. O aço fundido que sai do conversor é então vazado em moldes estacionários ou vazado continuamente. O aço vazado é posteriormente manufacturado nos diferentes tipos de produtos de aço (laminagem a quente, enformação a frio, extrusão, forjamento e vazamento). No caso dos aços estruturais, os processos mais usados são a laminagem a quente e a enformação a frio.

A laminagem a quente é um processo metalúrgico, no qual o aço vazado é deformado entre uma série de rolos sendo que a sua temperatura se encontra acima da temperatura de recristalização do aço. Este processo, quando comparado com a enformação a frio, permite atingir maiores deformações num menor número de ciclos.

Figura 2.12. – Laminagem a quente

Como o material é trabalhado antes da estrutura cristalina se formar, o processo em si não afecta as propriedades microestruturais. O processo de laminagem a quente tem como objectivo principal a manipulação da forma e geometria do material não pretendendo alterar as propriedades mecânicas. [10]

Figura 2.13 – Exemplos de produtos laminados a quente

Na enformação a frio, o aço também é passado por rolos mas, neste caso, a temperatura encontra-se abaixo do ponto de recristalização. Este processo aumenta a tensão de cedência do metal introduzindo deformações na estrutura cristalina. Estas deformações podem ser pontuais ou lineares. À medida que estas deformações se acumulam, torna-se cada vez mais difícil ocorrerem deslizamentos na estrutura cristalina, provocando assim um endurecimento do material. Por outro lado, à medida que aumenta a dureza do aço diminui a sua ductilidade tornando-o sensível à presença de fendas sendo frequente ocorrerem casos de rotura frágil.

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