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29 de agosto de 2022

Aço Especial – O aço ligado

Aços especiais são denominados assim por apresentarem em sua composição química uma variedade de elementos de liga. Assim, também são chamados de aço ligado, ou aço liga. Os aços ferramenta são considerados um grupo muito especial de ligas com características semelhantes, mas diferentes, dos outros aços, e apresentam essas características por terem essa variedade de elementos químicos em sua composição. Aqui vamos entender melhor que são os aços especiais.

Um pouco de história

Em 1930, quando a metalurgia física do aço estava apenas começando a ser firmemente estabelecida, foram avaliadas as relações entre aços ferramenta, aços especiais e outros aços carbono:

Em alguns casos, o aço especial, o aço-liga resultante possui propriedades tão notáveis ​​que, em certo sentido, sua relação com o aço carbono é quase irreconhecível. No entanto, podemos perceber que a semelhança fundamental existe e que pode ser utilizada em favor da indústria [1].

Ao adquirir uma compreensão das ligas de aço, um grande valor é atribuído em particular a algum tipo de teoria ou princípio geral se estiver fielmente de acordo com os fatos e os explicar em termos de efeitos fundamentais simples. Acredita-se que certos fundamentos da metalurgia do ferro se manifestam em todos os aços, modificados de maneira definida pelos elementos de liga [1].

Além da liga, os aços ferramenta são considerados especiais por serem muito difíceis de fabricar, em comparação aos aços carbono ou aços de baixa liga, exigindo a mais alta qualidade em todas as etapas do processamento. Podemos considerar a distinção entre aços para ferramentas de aços mais produzidos em massa como mesmo o aço ferramenta não sendo 100% perfeito, ainda é muito superior aos aços menos ligados ou sem liga, em relação à porosidade interna, inclusões não metálicas indesejáveis consideráveis, segregação química grave e defeitos de superfície [2].

Efeito de inclusões na criação de vazios durante a deformação. Fonte: CHARLES, T. J.; BAKER, J. A. Effect of second-phase particles on the mechanical properties of steel. Scarborough, United Kingdom: The Iron and Steel Institute. 1971.

Vários métodos físicos são utilizados para macro inspeção e procedimentos metalográficos para micro inspeção, para garantir que os aços ferramenta atendam aos requisitos mínimos estabelecidos, por exemplo, nas normas [2].

A história inicial do aço especial está intimamente relacionada à evolução dos aços em geral, uma vez que a incapacidade de fabricar aço em grandes quantidades tendia a concentrar as aplicações de aço em ferramentas e armas, em vez das aplicações estruturais que dominam o uso do aço hoje [3].

Talvez os melhores exemplos iniciais da habilidade e conhecimento necessários para a fabricação de aço de alto desempenho sejam as espadas produzidas na China, Damasco e Japão [3, 4]. Foram produzidas principalmente espadas por soldagem em camadas de aço de alto e baixo carbono por várias etapas de forjamento. Não só foi produzida uma espada funcional com a alta dureza do aço de alto carbono e a dureza do aço de baixo carbono, mas a estrutura em camadas finas também produziu padrões únicos de grande beleza [3].

Embora as tecnologias de aço soldado padrão tenham evoluído ao longo de muitos séculos, as datas registradas para as lâminas de Damasco são originárias de 540 d.C. [3], e a fabricação de espadas japonesa foi claramente documentada durante 900 a 1000 d.C., quando os fabricantes de espadas japoneses começaram a inscrever seus nomes nas lâminas [4].

O início da história do aço ferramenta é geralmente considerado como 1740, quando Benjamin Huntsman, um relojoeiro de Sheffield, Inglaterra, derreteu pedaços de aço blister em um cadinho. A fusão produziu um aço muito mais homogêneo do que os aços blister ou cisalhamento produzidos pelo processamento em estado sólido e forneceu a base para a produção do aço de alta qualidade necessário não apenas para as molas de relógio da Huntsman, mas também para os aços ferramenta que estavam por vir [5].

Classificação dos aços especiais

Em nosso texto sobre AISI – Instituto Americano de Ferro e Aço , avaliamos como é a classificação dos aços na norma mais usual da indústria brasileira, a AISI.

Devido ao grande número de tipos de aços ferramenta, foi criado um método para classificação, que é efetivamente classificado pelo sistema amplamente utilizado desenvolvido pelo American Iron and Steel Institute (AISI) [6]. Este sistema é o ponto de partida para a seleção do aço adequado para uma determinada função a partir do grande número de aços disponíveis [7].

O sistema de classificação AISI organiza os aços especiais em grupos baseados em características proeminentes, como liga, aplicação e tratamento térmico. Além da classificação AISI, os aços são identificados por designações no Unified Numbering System (UNS) para Metais e Ligas, estabelecidos em 1975 pela Society of Automotive Engineers (SAE) e pela American Society for Testing and Materials (ASTM) [5].

Mercado atual (2022) do aço especial

A indústria global de aços especiais gerou US$ 195,4 bilhões em 2021 e deve atingir US$ 276,8 bilhões até 2031, testemunhando um CAGR (Compound Annual Growth Rate) de 3,5% de 2022 a 2031 [8].

O aumento dos desenvolvimentos de infraestrutura, a substituição de bitolas ferroviárias existentes por bitolas modernas, a implantação de redes elétricas inteligentes e o aumento das atividades de construção e construção impulsionam o crescimento do mercado global de aços especiais [8].

Além disso, o desenvolvimento de veículos elétricos e incentivos para implantá-los e infraestrutura de recarga aumenta a demanda por aços especiais no setor automotivo. Isso, por sua vez, complementa o crescimento do mercado. Contrariamente, as iniciativas e investimentos governamentais em diferentes projetos de infraestrutura em setores como energia, ferrovias, imobiliária e outros criam oportunidades nos próximos anos [8].

Por outro lado, o lockdown imposto devido ao surto da pandemia de COVID-19 resultou na proibição temporária das atividades de importação e exportação e fabricação e processamento em vários setores, o que diminuiu a demanda por aço especial dos consumidores, incluindo automotivo, construção civil, maquinário e fabricação, ferrovias, e outros [9].

Além disso, a paralisação de usinas de energia renovável, indústrias automotivas e indústrias de fabricação de eletrônicos de consumo, devido à indisponibilidade de trabalhadores e ao aumento da lacuna entre demanda e oferta, dificultam o crescimento do mercado de aços especiais durante o período de pandemia. Isso diminuiu o crescimento do mercado no segundo, terceiro e quarto trimestres de 2020. No entanto, o mercado de aços especiais se recuperou no segundo trimestre de 2021, quando a vacinação contra COVID-19 começou em várias economias em todo o mundo, o que melhorou a economia global [9].

Mas ainda assim, a World Steel Association prevê que a demanda por aço aumente 0,4% em 2022 para 1,84 bilhão de toneladas e cresça mais 2,2% em 2023 para 1,88 bilhão de toneladas, de acordo com seu Short Range Outlook divulgado em 14 de abril [10].

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Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin

Referências

[1] M.A. Grossmann and E.C. Bain, High-Speed Steel, John Wiley & Sons, 1931.

[2] P. Payson, The Metallurgy of Tool Steels, John Wiley & Sons, 1962.

[3] L.S. Figiel, On Damascus Steel, Atlantis Arts Press,1991.

[4] H. Tanimura, Development of the Japanese Sword, J. Met., Feb 1980.

[5] KRAUSS, G.; KENNEDY, R.; ROBERTS, G. (1998). Tool Steels: 5th Edition. 5thEdition. ed. [S.l.]: ASM International

[6] Steel Products Manual: Tool Steels, Iron and Steel Society, 1988.

[7] Tool Steels, Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, H. Chandler, Ed., ASM International, 1995

[8] David Correa, Special Steel Market: Worldwide Industry Analysis and New Market Opportunities Explored. Allied Analytics LLP, PORTLAND, OREGON, UNITED STATES, July 14, 2022

[9] Saurabh Dixit , Yerukola Eswara Prasad, Special Steel Market Research, 2031. Allied Analytics LLP, May 2022.

[10] Jacqueline Holman, Steel demand to rise just 0.4% in 2022, 2.2% in 2023: worldsteel, ELECTRIC POWER, METALS, 14 Apr 2022.

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