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13 de junho de 2023

Chapas de Aço

As chapas de aço são produtos utilizados em nosso dia a dia, por exemplo a fabricação dos automóveis. Elas fornecem propriedades interessantes para diversas aplicações, das quais podemos criar desde um produto em larga escala até as ferramentas que irão produzir tais produtos.

 

Um pouco de história

A produção de chapas de aço em larga escala teve início durante a Revolução Industrial, no final do século XVIII e início do século XIX. Várias inovações tecnológicas e avanços na metalurgia contribuíram para o desenvolvimento desse processo.

A primeira grande mudança ocorreu com a invenção do alto-forno, que possibilitou a produção em massa de ferro fundido. O ferro fundido era então convertido em aço por meio do processo de refino de ferro, que removia impurezas e ajustava a composição química.

A produção de chapas de aço laminadas teve origem no início do século XIX, com o desenvolvimento dos primeiros laminadores. Os laminadores consistiam em grandes máquinas capazes de aplicar pressão em lingotes de aço, transformando-os em chapas mais finas e planas.

Inicialmente, as chapas de aço eram produzidas principalmente para a fabricação de trilhos de trem. Com o crescimento da demanda industrial, especialmente nas indústrias de construção naval, construção civil e automotiva, a produção de chapas de aço se expandiu rapidamente.

O processo de produção de chapas de aço evoluiu ao longo do tempo, com avanços na tecnologia de laminação, controle de temperatura e composição química dos aços.

O processo de laminação de chapas de aço foi desenvolvido por Henry Cort, um engenheiro e inventor britânico, durante o final do século XVIII. Ele é amplamente creditado como o responsável pela invenção do processo de laminação que revolucionou a produção de aço.

Em 1783, Henry Cort patenteou um método conhecido como “processo puddling”, que envolvia a fundição de ferro em lingotes e, em seguida, reaquecimento desses lingotes em um forno especial chamado “forno de puddling”. Nesse processo, o ferro era submetido a uma série de etapas de aquecimento, refino e laminação, resultando em barras e chapas de ferro mais resistentes e de melhor qualidade.

O processo de laminação de Cort permitiu a produção em massa de chapas de ferro laminado, que podiam ser utilizadas em diversas aplicações industriais, incluindo a construção naval, pontes, edifícios e maquinários.

Embora o processo de laminação de Cort tenha sido inicialmente aplicado ao ferro, ele também foi adaptado para a produção de chapas de aço, expandindo ainda mais as possibilidades de uso desse material.

Organização de normatização e chapas de aço

A ASTM é uma norma internacional de aço americana (American Society for Testing and Materials). Ela por exemplo define propriedades mecânicas e composição química do aço (e seus teores de carbono e suas ligas), especifica também valores como limite de escoamento e limite de resistência.

A SAE (Society of Automotive Engineers) é uma organização que estabelece normas e padrões para materiais, equipamentos e práticas relacionadas à indústria automotiva.

A SAE é mais conhecida por suas normas relacionadas a veículos e componentes automotivos. Essas normas são desenvolvidas por comitês técnicos, compostos por especialistas da indústria, engenheiros e pesquisadores. As normas da SAE definem requisitos técnicos, propriedades mecânicas, composição química e métodos de teste para os aços em questão.

No caso das chapas de aço, a SAE possui normas específicas que podem ser utilizadas como referência pela indústria automotiva e por outros setores que utilizam esses materiais. Essas normas estabelecem critérios de qualidade, propriedades físicas, tratamentos térmicos, características de usinabilidade e outras especificações relevantes para a fabricação e utilização das chapas de aço.

Um mesmo material, possui nomes diferentes de acordo com a norma, por exemplo, SAE J403 1020, equivale a ASTM A36.

Abaixo estão algumas das principais normas da SAE relacionadas a chapas de aço:

SAE J403: Esta norma especifica os requisitos químicos e mecânicos para aços carbono laminados a quente e a frio, incluindo chapas.

SAE J1392: Esta norma estabelece os requisitos gerais para aços de alta resistência e baixa liga utilizados na fabricação de componentes automotivos, incluindo chapas.

SAE J2340: Esta norma abrange os requisitos mecânicos e revestimentos para aços de alta resistência e baixa liga utilizados em aplicações automotivas, incluindo chapas.

SAE J2329: Esta norma especifica os requisitos de revestimento para chapas de aço utilizadas na fabricação de componentes automotivos, como painéis de carroceria e outras peças.

SAE J1442: Esta norma estabelece os requisitos de resistência à corrosão para chapas de aço revestidas utilizadas em aplicações automotivas.

SAE J2324: Esta norma estabelece os requisitos para aços de alta resistência e baixa liga laminados a quente utilizados em aplicações automotivas, incluindo chapas.

SAE J1397: Esta diretriz especifica os requisitos químicos e mecânicos para aços de baixa liga e alta resistência, incluindo chapas.

SAE J252: Esta diretriz descreve os métodos de ensaio para determinar a resistência à tração, alongamento e dureza de chapas de aço finas laminadas a quente.

SAE J1393: Esta diretriz abrange os requisitos de revestimento e os métodos de teste para chapas de aço revestidas utilizadas em aplicações automotivas.

SAE J2745: Esta diretriz estabelece os requisitos para aços de alta resistência e baixa liga laminados a quente e a frio, incluindo chapas, utilizados em aplicações automotivas.

SAE J2527: Esta diretriz descreve os requisitos e os métodos de teste para avaliação da resistência à corrosão de chapas de aço revestidas.

Essas são apenas algumas das normas relevantes da SAE para chapas de aço na indústria automotiva. É importante ressaltar que a SAE atualiza suas normas regularmente e novas normas podem ser introduzidas à medida que a tecnologia e as necessidades evoluem. Recomenda-se consultar as normas mais recentes da SAE para obter informações atualizadas e específicas para as suas aplicações.

Processo de fabricação e fornecimento das chapas de aço

 

O fornecimento de chapas de aço geralmente envolve uma cadeia de suprimentos que abrange várias etapas, desde a produção até a entrega ao cliente final. Aqui estão as principais etapas do fornecimento de chapas de aço:

1. Produção de aço: O processo de produção de chapas de aço começa na siderúrgica. O aço é produzido a partir de matérias-primas como minério de ferro, carvão e outros elementos de liga, através de processos como o alto-forno e a aciaria. O aço é então solidificado e transformado em lingotes ou placas brutas.

2. Laminação: Os lingotes ou placas brutas são processados em laminadores, onde são aquecidos e submetidos a um processo de laminação para reduzir sua espessura e obter as dimensões desejadas. Nessa etapa, as placas brutas são transformadas em chapas de aço laminadas a quente.

3. Acabamento: As chapas de aço laminadas a quente podem passar por processos adicionais para melhorar sua qualidade e características. Isso pode incluir recozimento, decapagem, laminação a frio ou tratamentos de superfície, dependendo das especificações e requisitos do cliente.

4. Corte e conformação: As chapas de aço podem ser cortadas em tamanhos e formas específicas de acordo com as necessidades do cliente. Isso pode ser feito por meio de máquinas de corte a plasma, laser, oxicorte ou outros métodos. Além disso, as chapas de aço podem ser conformadas por meio de processos como dobramento, estampagem ou prensagem para atender às especificações de design.

5. Distribuição e fornecimento: Após o acabamento e corte das chapas de aço, elas são embaladas e preparadas para o transporte. As chapas de aço podem ser fornecidas diretamente pela siderúrgica ou passar por distribuidores e centros de serviços de aço, que armazenam, processam e distribuem o material para clientes em diferentes setores industriais.

6. Entrega ao cliente final: As chapas de aço são então entregues aos clientes finais, que podem ser: fabricantes de equipamentos, construtoras, indústrias automotivas, distribuidores, revendas entre outros. A entrega pode ser feita por meio de transporte rodoviário, ferroviário ou marítimo, dependendo da localização do cliente e da quantidade de material.

É importante observar que o processo de fornecimento das chapas de aço pode variar dependendo do fornecedor e das necessidades específicas do cliente. Cada etapa envolve controle de qualidade, inspeção e garantia de conformidade com as normas e especificações aplicáveis.

Composição química das chapas de aço

A composição química das chapas de aço pode variar dependendo do tipo de aço e das especificações do cliente. No entanto, geralmente as chapas de aço carbono têm a seguinte composição química típica:

  • Carbono (C): 0,05% a 0,25% (em peso)
  • Manganês (Mn): 0,30% a 1,50%
  • Silício (Si): 0,15% a 0,60%
  • Enxofre (S): máximo de 0,050%
  • Fósforo (P): máximo de 0,040%

Essa composição química é geralmente aplicável a aços carbono comuns utilizados em aplicações estruturais e industriais. No entanto, é importante notar que há uma ampla variedade de aços disponíveis, cada um com composições químicas específicas projetadas para atender a diferentes requisitos de resistência, usinabilidade, soldabilidade e outras propriedades desejadas.

Além disso, outros elementos de liga podem ser adicionados às chapas de aço para melhorar suas propriedades mecânicas e características específicas. Por exemplo, aços de alta resistência e baixa liga (HSLA) podem conter elementos como cromo (Cr), molibdênio (Mo), níquel (Ni) e vanádio (V) em quantidades controladas para fornecer maior resistência e tenacidade.

É importante consultar as especificações técnicas e normas aplicáveis ​​para obter a composição química exata das chapas de aço, pois ela pode variar de acordo com os padrões industriais e as necessidades do cliente.

Tratamentos térmicos em chapas de aço

As chapas de aço podem passar por diferentes tratamentos térmicos para modificar suas propriedades mecânicas e estruturais. Esses tratamentos podem aumentar a resistência, a dureza, a tenacidade e a usinabilidade do aço, bem como melhorar suas características de soldabilidade. A seguir estão alguns dos tratamentos térmicos comuns em chapas de aço:

  • Recozimento: O recozimento é um tratamento térmico utilizado para aliviar tensões internas, melhorar a ductilidade e a usinabilidade do aço. O processo envolve aquecer as chapas a uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento lento. Existem diferentes tipos de recozimento, como o recozimento completo, o recozimento de alívio de tensões e o recozimento de esferoidização.
  • Normalização: A normalização é um tratamento térmico realizado para melhorar a uniformidade na microestrutura do aço e obter uma estrutura mais fina e homogênea. Consiste em aquecer as chapas a uma temperatura acima da zona crítica e resfriá-las ao ar.
  • Têmpera: A têmpera é um tratamento térmico que visa aumentar a dureza e a resistência do aço. Envolve aquecer as chapas a uma temperatura acima da zona crítica e, em seguida, resfriá-las rapidamente, geralmente em um meio de resfriamento, como água, óleo ou ar. Esse processo cria uma microestrutura martensítica no aço, que é responsável pela maior dureza.
  • Revenimento: O revenimento é frequentemente realizado após a têmpera para reduzir a fragilidade resultante do tratamento térmico. Envolve o aquecimento das chapas a uma temperatura abaixo da zona crítica e, em seguida, resfriamento controlado. Esse processo ajuda a reduzir a dureza excessiva e aumentar a tenacidade do aço.
  • Solubilização e envelhecimento: Esses tratamentos são utilizados em aços de alta resistência e baixa liga (HSLA) para obter uma combinação específica de resistência e tenacidade. O processo envolve aquecer as chapas a uma temperatura elevada para dissolver os elementos de liga, seguido de resfriamento rápido e um estágio de envelhecimento em temperaturas mais baixas para promover a formação de fases de endurecimento.

Esses são apenas alguns exemplos de tratamentos térmicos comumente aplicados em chapas de aço. A seleção do tratamento térmico adequado depende das propriedades desejadas e das especificações do aço e deve ser realizado de acordo com as recomendações técnicas e normas aplicáveis.

Inovações em chapas de aço

No setor de chapas de aço, existem várias inovações recentes que têm impulsionado o desenvolvimento e aprimoramento do material. Algumas das principais inovações em chapas de aço atualmente incluem:

Aços de alta resistência e baixa liga (HSLA): Os aços HSLA são conhecidos por sua excelente combinação de resistência, tenacidade e soldabilidade. Eles possuem uma microestrutura refinada e podem ser usados em aplicações que exigem menor peso e maior resistência, como na indústria automotiva.

Aços avançados de ultra-alta resistência (UHSS): Os aços UHSS são uma categoria de aços de alta resistência com níveis extremamente altos de resistência mecânica. Eles são projetados para suportar cargas mais elevadas e são utilizados em aplicações onde é necessário um alto desempenho estrutural, como na indústria aeroespacial e na fabricação de equipamentos pesados.

Aços laminados a quente de alta resistência: O desenvolvimento de aços laminados a quente de alta resistência tem permitido a fabricação de chapas de aço com maior resistência e menor espessura. Esses aços oferecem benefícios em termos de economia de peso e aumento da capacidade de carga em estruturas.

Aços de alta resistência à corrosão atmosférica (HPS): Os aços HPS são projetados para resistir à corrosão atmosférica em ambientes agressivos. Eles são utilizados em estruturas expostas ao ar livre, como pontes, onde a resistência à corrosão é um fator crítico.

Revestimentos avançados: Novos revestimentos estão sendo desenvolvidos para melhorar a proteção contra corrosão e aumentar a vida útil das chapas de aço. Alguns exemplos incluem revestimentos de zinco-alumínio (como o revestimento de Zinco-Alumínio-Magnésio) e revestimentos cerâmicos.

Processos de produção avançados: A melhoria dos processos de produção, como a tecnologia de laminação a quente controlada, tem permitido a obtenção de microestruturas mais refinadas e propriedades mecânicas superiores nas chapas de aço.

Certamente, as chapas de aço continuam sendo uma parte essencial da indústria moderna, e as inovações tecnológicas e avanços na metalurgia continuam a impulsionar o aprimoramento e a diversificação desse importante material.

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“Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin”