Elementos de Ferro-Liga

Por Maria Cristina e Roberto Cambruzzi

Principais Elementos

• Ferro• Carbono• Manganês

• Níquel• Cromo• Nióbio

• Vanádio• E outros...

Elementos prejudiciais

• Estanho(Sn) presente nas sucatas e no material reciclado por conter latas com “folha de flandes” e soldas.

• Enxofre(S) presente coque.• Fósforo(P) presente em alguns

minérios de ferro.

• Hidrogênio(H) liberado durante a fundição.

Como combater esses Elementos?

• Adicionando Manganês que se combina com enxofre e evita formação de sulfeto de ferro no aço (agente dessulfurante).

• Processo de oxidação do Fósforo, durante a ACIARIA.

• Alguns elementos traço no minério são desoxidantes (Al, Si).

• Hidrogênio, e monóxido de carbono são removidos no resfriamento, a linguotagem.

• Seleção rigorosa da sucata. A fim de evitar o Estanho

Efeitos dos Elementos prejudiciais

• O Enxofre provoca a chamada “fragilidade á quente”

• O fósforo provoca á “fragilidade á frio”

• O hidrogênio provoca poros no que podem ser destrutivos em eixos de alta velocidade.

• O estanho produz o mesmo efeito que o enxofre porem é menos nocivo.

Minérios

Hematita(Fe) Carvão(C)

Garnierita(Ni) Cromita(Cr)

Minérios

Vanadita (V)Molibdenita (Mo)

Psilomelano (Mn)

Wolframita (W)

Obtenção do Ferro e Aço

1- Redução do Minério de Ferro(óxido) á ferro gusa (ferro+carbono). Entre 1535ºC e 1130ºC no alto-forno.

2-O produto do alto-forno é o ferro-gusa com excesso de Enxofre, Fósforo e Carbono (acima de 2%) para tornar o aço resistente procede-se a Aciaria, ou seja a remoção de Carbono por fluxo de oxigênio sobre gusa líquido até atingir uma proporção abaixo de 2%

3- O ferro gusa transformado em aço, dissulfurado e disfosforado é posto em moldes para resfriar, durante o resfriamento os gases Hidrogênio, Oxigênio e Monóxido de carbono transformam-se em bolhas e saem do aço ainda em solidificação.

Reações Químicas

Redução

32332 COFeCOFe +→+ ∆

Aciaria

taçãoDescarbone

COOCdissolvido →←+ ∆

ACIARIA

ãoDesfoforaç

52 52OPOPdissolvido →←+ ∆

ACIARIA

çãoDessulfura

OCaSCaOS +→←+ ∆

Do Minério ao AçoMinério de Ferro + Coque Metalúrgico

Alto Forno Redução do Minério

Escória + CO

Ferro Gusa >2% Carbono

Aciaria Remoção: C, P, S, O

Aço Carbono

Escória de Fósforo+CO

Diagrama de fases do Aço

Aço Ligas• Inox (Ni- Cr)

• Zircalloy

• Aço-Carbono (1020, 1040) segundo ABNT• Aço baixa-liga (< 4 % de Cr, Ni, Mn, Mo, V, Si)

• Aço rápido

• Aço corte fácil (resulforado, refosforado)

• Aços ultra resistentes (maraging) com alto Ni (18%).

Contribuições dos Elementos• Manganês, remove o Enxofre nocivo.

• O Cromo em ligas de aço Inox recobre a superfície metálica com um óxido transparente.

• O Nióbio mantém o aço flexível mesmo á baixas temperaturas.

• Níquel aumenta a resistência á tensão.

• Cobre e Chumbo formam cristais segregados no aço, por serem elementos moles aumenta a usinabilidade ou seja diminui o tamanho do cavaco.

• As vezes usa-se somente Aço-Carbono.

Carbono• O Carbono juntamente com Ferro são a base

da liga chamada Aço.• O carbono acima de 2% forma o ferro-

gusa(muito frágil) abaixo de 0,08% forma o “ferro comercialmente puro” o Aço é termo intermediário desta solução sólida.

• Os Carbetos(Fe+C) de Ferro: Cementita, Austenita, Bainita,Perlita são os responsáveis pela dureza e tencidade do Aço (maior que no Ferro).

• Os demais elementos de liga somente protegem os carbetos ou ligam-se a eles modificando as propiedades.

Coque• A coqueificação é um processo pelo qual o carvão

mineral, ao ser submetido a temperaturas elevadas na ausência de oxigênio, libera gases presentes em sua estrutura, originando um resíduo sólido poderoso e infusível, que é o coque.

• Carbono fixo = 88%Voláteis = 0,8%Cinzas = 10%Enxofre = 0,7%Umidade = 2,0%

• Dos elementos presentes no coque, o enxofre é o que mais merece atenção, na medida em que é altamente prejudicial às qualidades do aço. Deste modo, é preocupação constante da coqueria manter níveis de enxofre sob rígido controle.

Obrigado!

Créditos das imagens:http://paginas.terra.com.br/educacao/labertolo/Cosmologia/Cosmology/structure_of_materials.htmhttp://www.pipesystem.com.br/Artigos_Tecnicos/Aco_Inox/body_aco_inox.htmlhttp://www.if.ufrj.br/~barthem/MCE5.htmlhttp://www.bahiainvest.com.br/port/segmentos/mineracao.asphttp://www.cvrd.com.br/cvrd/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=1871&sid=347http://usuarios.lycos.es/mineralescantabria/coleccion2.htmhttp://www.igc.usp.br/geologia/geoeduambiental.phphttp://usuarios.lycos.es/pmminerales/CorunaPM_Molibdenita1Arteixo.JPGhttp://e-geo.ineti.pt/bds/geobases/mineralogia/amostras_minerais.aspx?ID=59http://www.sucatas.com/metal.htmlhttp://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/solidos/coque/propcoq.htmhttp://www.mspc.eng.br/ciemat/aco1.asp