FERRO (SIDERURGIA)

AÇO (EM PORTUGUÊS)
STEEL (EM INGLÊS)
FERRO (EM PORTUGUÊS)
IRON (EM INGLÊS)
SIDERURGIA (EM PORTUGUÊS)
AÇO INOXIDÁVEL
FERRO FUNDIDO

INTRODUÇÃO

O aço é um importante metal industrializado usado em larga escala na construção civil, inclusive em obras de infraestrutura, na fabricação de bens de capital, e na indústria manufatureira de veículos e de eletrodomésticos. Ele é uma importante liga metálica de ferro e carbono usada amplamente no mundo moderno, resistente e com uma grande variedade de utilidades, em grande parte dos ramos da tecnologia humana, para os mais variados empregos. Ele é o principal metal usado atualmente pela humanidade, empregado em inúmeras atividades humanas.

O aço é produzido a partir da industrialização do ferro, que, por sua vez, é um metal disponível in natura em grande número de jazidas em várias partes do mundo. O ferro é o metal mais abundante do planeta e, curiosamente, ao contrário do poderia supor a lei macroeconômica da oferta e procura, ele tem conseguido se manter como uma commodity de valor razoável por mais de 3.000 anos, graças às suas inúmeras utilidades.

Ele é o mais versátil metal usado atualmente no mundo, é o mais essencial metal usado pela humanidade. Ele está presente em quase todos os ramos da tecnologia humana, desde uma simples e singela torneira usada na cozinha de casa até na estrutura de um sofisticado edifício comercial localizado em um bairro nobre da metrópole.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A metalurgia é a arte de industrializar os metais em geral, disponíveis em estado natural, como o ferro e a bauxita, por exemplo, que dão origem ao aço e ao alumínio, respectivamente. Já a siderurgia é uma parte da metalurgia, ela está relacionada aos trabalhos de industrialização ou refinamento de metais ferrosos, que dão origem ao aço, por exemplo. A palavra refinamento tem vários sentidos na língua portuguesa, entre eles o processo industrial de separar dos metais brutos ou rústicos, in natura, os elementos de pouco valor comercial ou impurezas presentes neles, para dar-lhes valor comercial.

O ferro é um dos metais de transição, com símbolo Fe na tabela periódica, de número atômico 26, com massa atômica 55,85, um bom condutor de calor e razoável condutor de eletricidade. Ele tem cor acinzentada clara ou média, é duro e resistente, embora maleável e dúctil quando submetido a processos industriais. No antigo Egito o valor comercial do ferro já era reconhecido e na Europa Antiga ele já era usado de várias formas. Ele é o metal mais usado no mundo e acredita-se que o núcleo do planeta Terra seja composto principalmente de ferro em altíssimas temperaturas, ou seja, em estado fundido ou derretido. Aqui, na superfície do planeta, em sua crosta, ele está disponível em jazidas e acredita-se que o ferro em estado mais puro já encontrado aqui está disponível em meteoritos caídos.

O ponto ou temperatura de fusão do ferro é de 1.535º Celsius ou centígrados. Os minérios de ferro encontrados na natureza são a hematita, a magnetita ou pedra imã e a siderita ou pedra de ferro. O chamado ferro amarelo ou pirita foi tachado desde séculos atrás como o “ouro dos tolos”, pois sua aparência superficial realmente lembra o metal valiosíssimo. Um detalhe importante sobre o ferro, ele é um dos elementos minerais essenciais para o organismo do ser humano e da grande maioria dos animais, ele está presente nas enzimas que controlam as reações oxidantes e na hemoglobina, que, por sua vez, transporta oxigênio para os órgãos humanos e animais por meio do sangue.

A ferrugem é o óxido de ferro hidratado. Ela é a oxidação do ferro e do aço, ou seja, ela é a consequência da corrosão do ferro e do aço, causada pela umidade. A intensidade dessa reação indesejada é aumentada quando há contato dos metais com sais, como, por exemplo, cloreto de sódio, e também pela reação com poluentes atmosféricos. É raro encontrar ferro e aço enferrujados em desertos, por exemplo, nos quais o índice de umidade atmosférica é muito baixo. Entre as soluções tecnológicas encontradas pelo ser humano para evitar ou minimizar as ocorrências de enferrujamento estão a galvanização e a produção do aço inoxidável, este produzido pela adição de cromo e níquel ao aço.

O aço é um metal industrializado, basicamente uma liga de ferro e carbono, de valor comercial inquestionável, embora não seja um produto caro. Ele é forte e resistente, mas está sujeito à corrosão, caso não tenha sido submetido antes a processos industriais de galvanização ou inoxidação. A porcentagem de carbono no aço tem relação direta com suas propriedades ou características. Os aços com baixa porcentagem de carbono são considerados aços brandos, eles são dúcteis, ou seja, flexíveis, que podem ser submetidos a deformações, não exatamente moles. Esses aços dúcteis são usados, por exemplo, na fabricação de arames para cercas de propriedades rurais e tubulações, entre outros produtos. Já os aços com médio teor de carbono, entre 0,2% e 0,4%, sãos usados em produtos em que há necessidade de forjar e soldar. E, finalmente, os aços com alto teor de carbono, entre 0,4% e 1,5%, são duros e friáveis, são utilizados na produção de ferramentas de corte, instrumentos cirúrgicos, lâminas de navalha, molas e cutelaria.

De modo geral, o manganês fornece resistência e rigidez adicionais ao aço, e a mistura de 4% de silício ao aço lhe dá características necessárias para ser usado em transformadores ou eletroimãs. Já a adição de cromo lhe fornece uma resistência mecânica adicional e a resistência à corrosão, tornando-o um aço inoxidável. O aquecimento do aço combinado com a adição de carbono ou materiais ricos em nitrogênio é usado para cementação, ou seja, a formação de superfície dura, necessária para a fabricação de vários produtos. Os chamados aços de alta velocidade são aqueles em que há necessidade de resistência para usos específicos, o que pode ser obtido acrescentando cromo, tungstênio, vanádio e molibdênio. O tungstênio, por exemplo, torna o aço mais resistente a pressões em geral. A galvanização é alcançada com a adição de zinco ao aço.

O nióbio também é um dos metais que podem ser usados na produção de aços especiais, de valor comercial mais alto, com propriedades necessárias que lhes permitem ser soldados mais facilmente para certos empregos.

As propriedades do aço podem variar de acordo com sua composição química e teor de carbono, garantindo uma grande diversidade de aplicações práticas. O aço apresenta um comportamento dúctil com regimes de deformação elástica e plástica.

Até certo nível de tensão aplicada, o material trabalha no regime elástico-linear, onde a constante de proporcionalidade é denominada módulo de deformação longitudinal ou módulo de elasticidade. Ultrapassado o limite de proporcionalidade, tem lugar a fase plástica, na qual ocorrem deformações crescentes sem variação de tensão. O valor constante dessa tensão é a mais importante característica dos aços estruturais e é denominada resistência ao escoamento. O valor máximo da tensão antes da ruptura, o ponto mais alto do diagrama de tensão ou deformação, é denominado resistência à ruptura do material.

Os diversos tipos de aço são classificados e denominados por normas nacionais, a NBR, e as normas internacionais, a ASTM, de acordo com sua aplicação e propriedades mecânicas, principalmente a resistência ao escoamento e resistência à ruptura, no caso de aços estruturais. Com isso o ferro ou aço se torna mais forte.

As propriedades médias de um aço com 0,2% de carbono em peso giram em torno de:

• Massa volumétrica: 7.860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³)
• Coeficiente de expansão térmica: 11,7 10−6 (C°)−1
• Condutividade térmica: 52,9 W/m-K
• Calor específico: 486 J/kg-K
• Resistividade elétrica: 1,6 10−7Ωm
• Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Longitudinal: 210GPa
• Módulo de elasticidade (Módulo de Young) transversal:80 GPa
• Coeficiente de Poisson: 0,3
• Limite de escoamento: 210 MPa
• Limite de resistência à tração: 380 MPa
• Alongamento: 25%

HISTÓRIA

A fabricação de ferro teve início na Anatólia, cerca de 2000 antes do nascimento de Jesus Cristo, tendo sido a Idade do Ferro plenamente estabelecida por volta de 1000 a.C.. Nesse período a tecnologia da fabricação do ferro espalhou-se pelo mundo. Em, aproximadamente, 500 a.C. o metal chegou às fronteiras orientais da Europa e por volta de 400 a.C. chegou à China. Os minérios de ferro eram encontrados em abundância na natureza, assim como o carvão. Atualmente, uma parte do volume ou peso total de matéria prima para produção de aço é de sucata proveniente dos resíduos de fabricação industrial.

Antigamente, a forma de produção era baseada em pequenos fornos, usando torrões ou pedaços sólidos, denominados tarugos, como matéria prima. Em seguida, eles eram forjados a quente na forma de barras de ferro, possuindo maleabilidade, contendo, entretanto, pedaços de escória e carvão. O teor de carbono dos primeiros aços fabricados variava de 0,07% até 0,8%. Os egípcios antigos, por volta de 900 antes do nascimento de Jesus Cristo, já dominavam processos relativos a tratamentos térmicos nos aços para fabricação de espadas e facas. Quando o teor de carbono supera 0,3% o material torna-se muito duro e quebradiço caso seja temperado, resfriado bruscamente em água, partindo de uma temperatura acima de 850° Celsius ou centígrados, eles utilizavam o tratamento denominado revenido, que consiste em diminuir a fragilidade minimizando-a por reaquecimento do aço a uma temperatura entre 350° Celsius e 500° Celsius.

A partir do ano de 1850, o engenheiro inglês Henry Bessemer inventou o processo de aquecimento do ferro a cerca de 2800° Celsius ou centígrados, com a adição simultânea de oxigênio, dando início então à fabricação em larga escala do aço, processo patenteado em 1856, usado como base para o desenvolvimento da tecnologia atual de produção do aço.

O PROCESSO INDUSTRIAL

O aço é uma liga metálica formada essencialmente, na maioria dos casos, pelo ferro, um metal encontrado na natureza, e pelo carbono, um elemento usado para reduzir a ductilidade ou maleabilidade da liga. Ele é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com porcentagens variáveis de carbono, algo entre 0,008 e 2,11%, dependendo das necessidades do projetista da obra de construção, do veículo ou de outro produto industrializado qualquer.

Ele distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono acima de 2,11%. O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o uso de outros elementos como: magnésio, cromo, vanádio e tungstênio. O carbono e outros elementos químicos agem como agente de resistência. A diferença fundamental entre ambos é que o aço, pela sua ductibilidade, é facilmente deformável por forja, laminação e extrusão.

O aço pode ser classificado da seguinte maneira:

• Pela quantidade de carbono em porcentagem;
• Pela composição química;
• Quanto à constituição de microestrutura;
• Quanto à sua aplicação;

A classificação mais comum é de acordo com a sua composição química. Dentre os sistemas de classificação química o SAE é o mais utilizado, e adota a notação ABXX, em que AB se refere a elementos de liga adicionados intencionalmente, e XX ao percentual em peso de carbono multiplicado por cem.

Além dos componentes principais indicados, o aço incorpora outros elementos químicos, alguns prejudiciais, provenientes da sucata, do mineral ou do combustível empregue no processo de fabricação, como o enxofre e o fósforo. Quanto mais refinado o aço menor é a porcentagem desses elementos químicos prejudiciais em sua composição. Por outro lado, há elementos químicos adicionados intencionalmente para melhorar algumas características do aço, como, por exemplo, para aumentar a sua resistência, ductibilidade, dureza ou outra característica, ou para facilitar o processo de fabricação, como a usinabilidade. É o caso, por exemplo, de elementos de liga como o níquel, o cromo e o molibdênio, entre outros.

No aço comum o teor de impurezas ou outros elementos não desejados estará sempre abaixo dos 2%. Quando o aço tem entre 2% e 5% de outros elementos já pode ser considerado aço de baixa-liga. Acima de 5% é considerado aço de alta-liga. O enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais ao aço, pois acabam por interferir negativamente nas suas propriedades físicas, deixando-o quebradiço. Dependendo das exigências, o controle sobre as impurezas pode ser mais rigoroso ou então pedir o uso de um antissulfurante, como o magnésio, por exemplo, e outros elementos de liga benéficos. Existe uma classe de aços carbono, conhecida como aços de fácil usinabilidade, que contém teores mínimos de fósforo e enxofre. Esses dois elementos proporcionam um melhor corte das ferramentas de usinagem, promovendo a quebra do cavaco e evitando a aderência do mesmo na ferramenta. Esses aços são utilizados quando as propriedades de usinabilidade são prioritárias, em relação às propriedades mecânicas e microestruturais.

O aço inoxidável é um aço de alta-liga com teores de cromo e de níquel em altas doses, que ultrapassam a porcentagem de 20% desses elementos. Os aços inoxidáveis podem ser divididos em três categorias principais, os aços inoxidáveis austeníticos, os quais contêm elevados teores de cromo e níquel; os aços inoxidáveis martensíticos, que contêm elevado teor de cromo, baixo teor de níquel e teor de carbono suficiente para se alcançar durezas médias ou altas no tratamento térmico de têmpera; e os aços inoxidáveis ferríticos, que contêm elevado teor de cromo e baixos teores de níquel e carbono. Este último e o tipo austenítico não podem ser temperados.

De modo geral, o aço inoxidável contém cerca de 18% de cromo e cerca de 8% de níquel. Ele é resistente à corrosão e não pode ser endurecido pelo processo de resfriamento com imersão em água ou óleo. Ele é utilizado na cutelaria, na fabricação de instrumentos cirúrgicos (exceto bisturis, já que não pode ser afiado), vasos para reações químicas e como matéria prima para muitos outros produtos, incluindo eletrodomésticos e móveis de cozinhas e banheiros, por exemplo. A resistência à corrosão é conseguida com a adição do cromo, com a formação de uma fina camada de óxido de cromo sobre a peça ou folha de aço, que impede que o produto final enferruje.

O aço inoxidável foi inventado pelo metalúrgico inglês Harry Brearley.

NORMAS BRASILEIRAS

• NBR 5889 : Aço fundido e ferro fundido; Coleta de amostras; Método de ensaio
• NBR 6152 : Materiais metálicos; Determinação das propriedades mecânicas a tração; Método de ensaio
• NBR 6157 : Materiais metálicos; Determinação de resistência ao impacto em corpo-de-prova entalhados simplesmente apoiados; Método de ensaio
• NBR 6215: Produtos siderúrgicos; Terminologia
• NBR 6444: Ensaio não destrutivo; Terminologia
• NBR 6645: Peça bruta de aço fundido; Afastamentos dimensionais; Padronização
• NBR 8653: Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro carbono; Terminologia
• NBR 4589: Origem

MERCADO

O aço é atualmente a mais importante liga metálica do planeta, não necessariamente a mais cara, já que o número de jazidas em várias partes do planeta é muito alto, sendo empregue de forma intensiva em numerosas aplicações tais como máquinas e equipamentos; veículos em geral, principalmente veículos terrestres, fluviais e marítimos; insumos usados na construção civil, como vergalhões para concreto armado para colunas, pilares e lajes, por exemplo; ferramentas em geral; móveis e eletrodomésticos; silos e armazéns; e inúmeras obras de infraestrutura, como, por exemplo, trilhos para transporte ferroviário e pontes.

Entretanto, a sua utilização está condicionada a determinadas aplicações, pois alguns materiais possuem vantagens técnicas em relação ao aço, como, por exemplo, o alumínio, com a sua maior leveza e maior resistência à corrosão; o cimento, com a sua maior resistência ao fogo; o material composto, pela sua leveza e porque é totalmente isento de ferrugem; e a cerâmica, em aplicações que necessitem de elevadas temperaturas. Mesmo assim, o aço continua sendo importante para o mundo moderno, pois está presente em imensa quantidade no planeta, portanto com preço mais baixo.

Existem numerosas jazidas de minerais de ferro no planeta, suficientemente ricas, puras e fáceis de explorar, além da possibilidade de reciclar a sucata. Os procedimentos de fabricação são relativamente simples e econômicos. Os aços podem ser fabricados por processo de aciaria elétrica, onde se utiliza eletrodos, e processo de aciaria LD, onde se utiliza sopro de oxigênio no metal líquido por meio de uma lança.

Apresentam uma interessante combinação de propriedades mecânicas que pode ser modificada dentro de uma ampla faixa, variando-se os componentes da liga e as suas quantidades, mediante a aplicação de tratamentos. A sua plasticidade permite obter peças de formas geométricas complexas com relativa facilidade.

A experiência acumulada na sua utilização permite realizar previsões de seu comportamento, reduzindo custos de projetos e prazos de colocação no mercado.

A importância industrial do aço é tão grande que, na metalurgia, o segmento de produção de aço recebe a denominação especial de siderurgia e a sua influência no desenvolvimento humano foi tão importante que uma parte da história da humanidade foi denominada Idade do Ferro, que se iniciou em 3500 antes do nascimento de Jesus Cristo, e que, de certa forma, ainda perdura.

Hoje é comum falar sobre o ferro e o aço, como se fossem uma coisa só, mas, historicamente, eles são materiais diferentes, pois o ferro é a matéria prima necessária para fabricação do aço. A indústria siderúrgica é frequentemente considerada como um indicador de progresso econômico, devido ao papel crucial desempenhado pelo aço na infraestrutura, na indústria de móveis e eletrodomésticos e na indústria de veículos em geral, portanto no desenvolvimento econômico global. Não por acaso os 10 maiores produtores mundiais de aço do mundo também estão entre os mais ricos ou em desenvolvimento.

As décadas seguidas de crescimento econômico na China e na Índia, por exemplo, causou um grande aumento na demanda por aço nos últimos anos. Entre 2000 e 2005, por exemplo, a demanda mundial por aço aumentou 6%. Desde 2000, várias empresas de aço, indianas e chinesas, principalmente, ganharam notoriedade como a mineradora e fabricante inglesa e indiana Tata Steel, formada em 2007, a partir da compra do Grupo Corus, que, por sua vez, foi o resultado da fusão entre a Koninklijke e a British Stell; a Shanghai Baosteel Group Corporation; a Shagang Group; e a Arcelor Mittal, esta a maior produtora de aço do mundo.

A gigante asiática China é a maior produtora e consumidora de aço do mundo, com mais de 620.000.000 de toneladas produzidas em 2010, por exemplo, muito à frente de qualquer outro produtor e consumidor mundial.

Cerca de 70% do aço produzido e consumido no mundo é de países emergentes, entre eles China, Índia, Ucrânia, Rússia e Brasil.

MAIORES PRODUTORES MUNDIAIS DE AÇO EM 2010
China	626 milhões de toneladas
Japão	109 milhões de toneladas
Estados Unidos	80 milhões de toneladas
Índia	68 milhões de toneladas
Rússia	66 milhões de toneladas
Coreia do Sul	58 milhões de toneladas
Alemanha	43 milhões de toneladas
Ucrânia	33 milhões de toneladas
Brasil	32 milhões de toneladas
Turquia	29 milhões de toneladas

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REFERÊNCIAS E SUGESTÃO DE LEITURA

• National Geografic Channel / YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=z5VpDlGJDto

• Dicionário Michaelis

• Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o

• Nova Enciclopédia Ilustrada Folha - Larousse / Cambridge / Oxford / Webster

• Revista Exame: https://exame.abril.com.br/economia/os-10-maiores-produtores-de-aco-do-mundo/

• Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Henry_Bessemer

• Site Agri Expo (divulgação): Imagem

• Ford do Brasil (divulgação): Imagem

• CNH / Iveco (divulgação): Imagem

• Rumo / ALL (divulgação): Imagem

• Wikimedia: Imagem