Imagine um mundo sem chapas de aço. Desde o carro que conduz até às pontes que atravessa, estas placas despretensiosas constituem a espinha dorsal das infra-estruturas modernas. Neste artigo, desvendamos os diversos tipos de chapas de aço, as suas espessuras variadas e aplicações cruciais. Descubra como diferentes processos e composições dão origem a chapas de aço adaptadas a tudo, desde a construção naval aos recipientes sob pressão. Pronto para explorar o material que molda o nosso mundo? Continue a ler para saber como as chapas de aço são classificadas e utilizadas em todos os sectores.
A chapa de aço é um material de aço plano que é vertido com aço fundido e prensado após arrefecimento.
As chapas de aço são planas, rectangulares e podem ser diretamente laminadas ou cortadas a partir de tiras largas de aço.
As chapas de aço são classificadas por espessura: as chapas finas têm menos de 4 milímetros (com uma espessura mínima de 0,2 milímetros), as chapas de espessura média variam entre 4 e 60 milímetros e as chapas pesadas variam entre 60 e 115 milímetros.
As chapas de aço são classificadas por processo de laminagem: laminadas a quente e laminadas a frio.
A largura das placas finas varia entre 500 e 1500 milímetros, enquanto a largura das placas grossas varia entre 600 e 3000 milímetros.
As chapas finas são classificadas com base no tipo de aço, incluindo o aço comum, o aço de alta qualidade, o aço ligado, o aço para molas, o aço inoxidável, o aço para ferramentas e o aço resistente ao calor, aço para rolamentosaço silício e chapas industriais de ferro puro.
Também podem ser classificadas com base em aplicações específicas, tais como placas de tambor de óleo, placas de esmalte, placas à prova de bala, etc.
Além disso, podem ser classificadas com base no revestimento da superfície, incluindo chapas galvanizadas, chapas estanhadas, chapas revestidas a chumbo, chapas de aço composto de plástico e muito mais.
Os tipos de aço para chapas de aço grossas são geralmente semelhantes aos das chapas de aço finas.
No entanto, em termos de aplicações específicas, existem algumas variedades de chapas de aço que são principalmente utilizadas para chapas grossas, tais como chapas de aço para pontes, chapas de aço para caldeiras, chapas de aço para o fabrico de automóveis, aço para recipientes sob pressão e placas de aço multicamadas para recipientes de alta pressão.
No entanto, existem algumas variedades de chapas de aço que se sobrepõem às chapas finas, tais como chapas de aço para vigas de automóveis (2,5-10 milímetros de espessura), chapas de aço com padrão (2,5-8 milímetros de espessura), chapas de aço inoxidável, chapas de aço resistentes ao calor, etc.
Além disso, as chapas de aço podem ter diferentes composições de materiais. As chapas de aço não são todas iguais e a sua utilização depende da composição do material.
Com o desenvolvimento da ciência, da tecnologia e da indústria, foram colocadas exigências mais elevadas aos materiais, tais como maior resistência, resistência a altas temperaturas, alta pressão, baixa temperatura, resistência à corrosão, resistência ao desgaste e outras propriedades físicas e químicas especiais. O aço-carbono, por si só, não consegue satisfazer plenamente estes requisitos.
(1) Baixa temperabilidade: Em geral, a temperabilidade máxima da têmpera em água do aço carbono é apenas de cerca de 10mm-20mm de diâmetro.
(2) Baixa resistência e coeficiente de rendimento: Por exemplo, o limite de elasticidade (σs) do aço-carbono comum Q235 é de 235 MPa, enquanto o aço estrutural de baixa liga 16Mn tem uma tensão de cedência (σs) superior a 360 MPa. O rácio σs/σb do aço 40 é apenas 0,43, muito inferior ao do aço liga de aço.
(3) Fraca estabilidade de têmpera: Devido à fraca estabilidade da têmpera, quando o aço-carbono é submetido a um tratamento de têmpera, são necessárias temperaturas de têmpera mais baixas para obter uma maior resistência, o que resulta numa menor tenacidade. Por outro lado, são necessárias temperaturas de têmpera mais elevadas para obter uma melhor tenacidade, mas isto resulta numa menor resistência. Por conseguinte, a resistência mecânica global propriedades do aço-carbono não são elevados.
(4) Incapacidade de cumprir requisitos especiais de desempenho: O aço carbono carece frequentemente de boas propriedades em termos de resistência à oxidação, resistência à corrosão, resistência ao calor, resistência a baixas temperaturas, resistência ao desgaste e propriedades electromagnéticas especiais. Não consegue satisfazer a procura de requisitos de desempenho especiais.
Com base no teor de elementos de liga, os aços de liga podem ser classificados em:
Com base nos principais elementos de liga, os aços de liga podem ainda ser classificados em:
Com base na microestrutura de pequenas amostras de ensaio após a normalização ou moldagem, os aços-liga podem ser classificados em:
Com base na aplicação, o aço-liga pode ser classificado como:
O teor de carbono é indicado por um valor numérico no início do grau. Para os aços estruturais, o teor de carbono é expresso em duas casas decimais como uma unidade de dez milésimos (por exemplo, 45 representa um teor de carbono de 0,0045%).
Para os aços para ferramentas e os aços de desempenho especial, o teor de carbono é expresso numa casa decimal como unidade de milésimo, exceto quando o teor de carbono for superior a 1%.
Após a indicação do teor de carbono, são utilizados os símbolos químicos dos principais elementos de liga para representar o seu teor, seguidos de valores numéricos. Se o teor médio for inferior a 1,5%, não é indicado. Se o teor médio se situar entre 1,5% e 2,49%, 2,5% e 3,49%, etc., é indicado como 2, 3, etc.
Por exemplo, 40Cr representa um teor médio de carbono de 0,40% e um teor de crómio inferior a 1,5%. 5CrMnMo representa um teor médio de carbono de 0,5% e os teores de crómio, manganês e molibdénio inferiores a 1,5%.
Para o aço para fins especiais, é utilizado o prefixo chinês pinyin que indica a sua aplicação. Por exemplo, "G" é adicionado antes do grau de aço para indicar o aço para rolamentos. GCr15 representa o aço para rolamentos com um teor de carbono de cerca de 1,0% e um teor de crómio de cerca de 1,5% (o que constitui uma exceção, uma vez que o teor de crómio é expresso em milésimos).
O Y40Mn representa um aço de corte livre com um teor de carbono de 0,4% e um teor de manganês inferior a 1,5%.
Para os aços de alta qualidade, a letra "A" é acrescentada no final do tipo de aço. Por exemplo, 20Cr2Ni4A.
Após a adição de elementos de liga ao aço, há uma interação entre os elementos de base de ferro e carbono e os elementos de liga adicionados.
O objetivo da liga do aço é utilizar a interação entre os elementos de liga e o ferro-carbono, bem como os seus efeitos no diagrama de fases ferro-carbono e no tratamento térmico, para melhorar a estrutura e as propriedades do aço.
Após a adição de elementos de liga ao aço, estes existem principalmente sob três formas: dissolvidos no ferro, formando carbonetos, ou em aços de alta liga, eventualmente formando compostos intermetálicos.
1. Dissolvido em ferro:
Quase todos os elementos de liga (exceto o Pb) podem dissolver-se no ferro, formando ferrite de liga ou austenite de liga. De acordo com os seus efeitos sobre α-Fe ou γ-Fe, os elementos de liga podem ser classificados em duas categorias: elementos que expandem a região da fase γ e elementos que contraem a região da fase γ.
Os elementos que expandem a região da fase γ, também conhecidos como estabilizadores da austenite, incluem Mn, Ni, Co, C, N, Cu, etc. Eles diminuem a temperatura A3 (temperatura de transformação de γ-Fe em α-Fe) e aumentam a temperatura A4 (temperatura de transformação de γ-Fe). Isto expande o intervalo da fase γ.
Entre eles, o Ni e o Mn, quando adicionados em determinadas quantidades, podem expandir a região da fase γ abaixo da temperatura ambiente, fazendo com que a região da fase α desapareça. São referidos como elementos que expandem completamente a região da fase γ.
Outros elementos, como C, N, Cu, etc., podem expandir parcialmente a região da fase γ, mas não à temperatura ambiente, pelo que são designados por elementos que expandem parcialmente a região da fase γ.
Os elementos que contraem a região da fase γ, também conhecidos como estabilizadores de ferrite, incluem Cr, Mo, W, V, Ti, Al, Si, B, Nb, Zr, etc. Aumentam a temperatura A3 e diminuem a temperatura A4 (exceto no caso do crómio, em que a temperatura A3 diminui quando o teor de crómio é inferior a 7%, mas aumenta rapidamente quando excede 7%).
Isto contrai a gama da fase γ, alargando a região de estabilidade da ferrite. Com base nos seus efeitos, podem ainda ser classificados em elementos que contraem completamente a região da fase γ (por exemplo, Cr, Mo, W, V, Ti, Al, Si) e elementos que contraem parcialmente a região da fase γ (por exemplo, B, Nb, Zr).
2. Os elementos de liga que formam carbonetos podem ser classificados em dois grandes grupos, com base na sua afinidade com o carbono no aço: elementos formadores de carbonetos e elementos não formadores de carbonetos.
Os elementos comuns não formadores de carbonetos incluem Ni, Co, Cu, Si, Al, N e B. Estes dissolvem-se essencialmente em ferrite e austenite. Os elementos comuns formadores de carbonetos incluem Mn, Cr, W, V, Nb, Zr, Ti, etc. (organizados por ordem de estabilidade dos carbonetos formados, do mais fraco para o mais forte). No aço, parte deles dissolve-se na fase matriz, e parte forma carbonetos de liga. Quando presentes em quantidades elevadas, podem formar novos carbonetos de liga.
Efeitos sobre a gama de austenite e ferrite:
Os elementos que expandem ou encolhem a região da fase γ também têm um efeito semelhante na região da fase γ no diagrama de fases Fe-Fe3C. Quando o teor de Ni ou Mn é elevado, pode resultar numa estrutura de austenite monofásica à temperatura ambiente (por exemplo, aço inoxidável austenítico 1Cr18Ni9 e aço com elevado teor de manganês ZGMn13).
Por outro lado, quando o Cr, o Ti, o Si, etc., excedem uma certa concentração, pode levar à formação de uma estrutura de ferrite monofásica à temperatura ambiente (por exemplo, 1Cr17Ti de alto crómio aço inoxidável ferrítico).
Efeitos sobre os pontos críticos (pontos S e E) no diagrama de fases Fe-Fe3C:
Os elementos que expandem a região da fase γ diminuem a temperatura de transformação eutectoide (ponto S) no diagrama de fases Fe-Fe3C, enquanto os elementos que encolhem a região da fase γ aumentam a temperatura de transformação eutectoide.
Quase todos os elementos de liga reduzem o teor de carbono no ponto eutectoide (S) e no ponto eutéctico (E), deslocando-os para a esquerda. O efeito dos elementos formadores de carbonetos fortes é particularmente significativo.
Efeitos no tratamento térmico do aço:
Os elementos de liga podem influenciar as transformações de fase que ocorrem durante o tratamento térmico do aço.
1. Efeitos na transformação de fase durante o aquecimento:
Os elementos de liga podem afetar a taxa de formação de austenite e o tamanho dos grãos de austenite durante o aquecimento.
(1) Influência na taxa de formação de austenite:
Elementos formadores de carbonetos fortes como Cr, Mo, W, V formam carbonetos de liga insolúveis na austenite, retardando significativamente a formação da austenite. Elementos parcialmente não formadores de carbonetos como Co, Ni aumentam a difusão do carbono, acelerando a formação de austenita. Elementos de liga como Al, Si, Mn têm pouco efeito sobre a taxa de formação de austenita.
(2) Influência no tamanho dos grãos de austenite:
A maioria dos elementos de liga impede o crescimento dos grãos de austenite, mas em graus variáveis. Elementos como V, Ti, Nb, Zr impedem fortemente o crescimento do grão, enquanto elementos como W, Mn, Cr impedem moderadamente o crescimento do grão. Elementos como Si, Ni, Cu têm pouco efeito no crescimento do grão, enquanto elementos como Mn, P promovem o crescimento do grão.
2. Efeitos na transformação da austenite sobrearrefecida:
Com exceção do Co, quase todos os elementos de liga aumentam a estabilidade da austenite sobrearrefecida, atrasando a transformação em perlite. Isto resulta numa deslocação para a direita do valor de Curva Cindicando uma melhor temperabilidade do aço.
Os elementos comuns utilizados para aumentar a temperabilidade incluem Mo, Mn, Cr, Ni, Si, B. É de notar que os elementos de liga só podem aumentar a temperabilidade se estiverem completamente dissolvidos na austenite. Se não estiverem completamente dissolvidos, os carbonetos podem tornar-se o núcleo da perlite, reduzindo a temperabilidade.
Além disso, a adição combinada de vários elementos de liga (por exemplo, aço Cr-Mn, aço Cr-Ni) tem um efeito muito mais forte na temperabilidade do que os elementos individuais.
Com exceção do Co e do Al, a maioria dos elementos de liga reduzem os pontos Ms e Mf. A ordem da sua influência é Mn, Cr, Ni, Mo, W, Si. Entre eles, o Mn tem o efeito mais forte, enquanto o Si não tem efeito prático.
A redução dos pontos Ms e Mf aumenta a quantidade de austenite retida após a têmpera. Quando existe uma quantidade excessiva de austenite retida, esta pode ser submetida a um tratamento sub-zero (arrefecimento abaixo do ponto Mf) para a transformar em martensite ou submetidos a múltiplos processos de têmpera.
Neste último caso, a precipitação de carbonetos de liga a partir da austenite retida pode provocar o aumento dos pontos Ms e Mf e, durante o arrefecimento, pode transformar-se em martensite ou bainite (um processo conhecido como endurecimento secundário).
3. Efeitos na transformação por têmpera:
(1) Melhoria da estabilidade da têmpera:
Os elementos de liga podem atrasar a decomposição da martensite e a transformação da austenite retida durante a têmpera (ou seja, começam a decompor-se e a transformar-se a temperaturas mais elevadas). Também aumentam a temperatura de recristalização da ferrite, dificultando a coalescência e o crescimento dos carbonetos.
Como resultado, a resistência do aço ao amolecimento por têmpera é aumentada, melhorando a sua estabilidade de têmpera. Os elementos de liga com um forte efeito na estabilidade de têmpera incluem V, Si, Mo, W, Ni, Co.
(2) Endurecimento secundário:
Em alguns aços de alta liga com elevados teores de Mo, W, V, a dureza não diminui monotonicamente com o aumento da temperatura de têmpera, mas começa a aumentar depois de atingir uma determinada temperatura (cerca de 400°C) e atinge um pico a uma temperatura mais elevada (geralmente cerca de 550°C).
Este fenómeno é conhecido como endurecimento secundário durante a têmpera e está relacionado com a natureza dos precipitados formados durante a têmpera. Quando a temperatura de revenimento é inferior a 450°C, os carbonetos precipitam no aço.
Acima de 450°C, os carbonetos dissolvem-se e os carbonetos refractários estáveis dispersos, como Mo2C, W2C, VC, precipitam, fazendo com que a dureza aumente novamente. Isto é conhecido como endurecimento por precipitação.
O endurecimento secundário também pode ocorrer devido à têmpera secundária da austenite retida durante o processo de arrefecimento após a têmpera.
Elementos que provocam o endurecimento secundário:
Causas do endurecimento secundário: Elementos de liga
Transformação da austenite retida: Endurecimento por precipitação: Mn, Mo, W, Cr, Ni, Co①, V V, Mo, W, Cr, Ni, Co.
①Eficaz apenas em concentrações elevadas e na presença de outros elementos de liga capazes de formar compostos intermetálicos dispersos.
(3) Aumento da fragilidade da têmpera:
Tal como o aço-carbono, os aços ligados podem apresentar fragilidade por têmpera, sendo esta frequentemente mais pronunciada. Trata-se de um efeito adverso dos elementos de liga. O segundo tipo de fragilidade de têmpera (fragilidade de têmpera a alta temperatura) que ocorre entre 450°C e 600°C está principalmente associado à segregação severa de certos elementos de impureza e dos próprios elementos de liga nos limites de grão originais da austenite.
Ocorre normalmente em ligas de aço que contêm elementos como Mn, Cr, Ni. Este tipo de fragilidade é reversível, e o arrefecimento rápido (normalmente têmpera em óleo) após a têmpera pode evitar a sua ocorrência. A adição de quantidades adequadas de Mo ou W (0,5% Mo, 1% W) pode também eliminar eficazmente este tipo de fragilidade.
Efeitos dos elementos de liga na propriedades mecânicas do aço:
Um dos principais objectivos da adição de elementos de liga é aumentar a resistência do aço. Para aumentar a resistência, são feitos esforços para aumentar a resistência ao movimento de deslocação.
Os principais mecanismos de reforço nos metais são o reforço por solução sólida, o reforço por deslocação, o reforço por refinamento de grão e o reforço de segunda fase (precipitado e dispersão). Os elementos de liga aproveitam estes mecanismos de reforço para alcançar os seus efeitos de reforço.
1. Efeitos sobre as propriedades mecânicas do aço no estado recozido:
No estado recozido, as fases básicas do aço estrutural são a ferrite e os carbonetos. Os elementos de liga dissolvem-se na ferrite, formando ferrite ligada e obtendo resistência e dureza através do reforço por solução sólida. No entanto, isto também reduz a plasticidade e a tenacidade do aço.
2. Efeitos sobre as propriedades mecânicas do aço no estado normalizado:
A adição de elementos de liga diminui o teor de carbono no ponto eutectoide, deslocando a curva C para a direita. Isto aumenta a proporção de perlite na microestrutura e reduz o espaçamento interlamelar, resultando num aumento da resistência e numa diminuição da ductilidade. No entanto, no estado normalizado, o aço-liga não apresenta uma superioridade significativa em relação ao aço-carbono.
3. Efeitos sobre as propriedades mecânicas do aço no processo de temperado e revenido Estado:
O efeito de reforço dos elementos de liga é mais significativo em aço temperado e revenido porque utiliza plenamente os quatro mecanismos de reforço. Durante a têmpera, forma-se martensite e, durante o revenido, precipitam-se carbonetos, resultando num forte reforço da segunda fase.
Simultaneamente, melhora consideravelmente a tenacidade do aço. Por conseguinte, a obtenção de martensite e a sua têmpera é o método mais económico e eficaz para o reforço global do aço.
O principal objetivo da adição de elementos de liga ao aço é melhorar a sua temperabilidade, assegurando a fácil formação de martensite durante a têmpera.
O objetivo secundário é melhorar a estabilidade da têmpera, permitindo a retenção da martensite a temperaturas mais elevadas e a formação de carbonetos precipitados mais finos, uniformes e estáveis durante a têmpera. Como resultado, o aço-liga apresenta uma resistência superior à do aço-carbono em condições semelhantes.
Impacto de Elementos de liga sobre as propriedades tecnológicas do aço
1. Impacto dos elementos de liga na capacidade de fundição do aço
Quanto mais baixa for a temperatura das linhas de fase sólida e líquida e quanto mais estreita for a gama de temperaturas de cristalização, melhor será a capacidade de fundição do aço. O impacto dos elementos de liga na capacidade de fundição depende principalmente do seu efeito no diagrama de fases Fe-Fe3C.
Além disso, muitos elementos como o Cr, Mo, V, Ti, Al formam carbonetos de elevado ponto de fusão ou partículas de óxido no aço, que aumentam a viscosidade do aço, reduzem a sua fluidez e deterioram a sua capacidade de fundição.
2. Impacto dos elementos de liga na conformabilidade plástica do aço
Moldagem de plástico inclui o processamento a quente e a frio. Os elementos de liga dissolvidos em solução sólida, ou formando carbonetos (tais como Cr, Mo, W, etc.), aumentam a resistência à deformação térmica do aço e diminuem significativamente a sua plasticidade a quente, tornando-o propenso a fissuras de forjamento. A processabilidade de conformação a quente do aço de liga geral é muito pior do que a do aço-carbono.
3. Impacto dos elementos de liga na Soldabilidade do aço
Os elementos de liga aumentam a temperabilidade do aço, promovem a formação de estruturas frágeis (martensite) e deterioram a soldabilidade. No entanto, a presença de uma pequena quantidade de Ti e V no aço pode melhorar a sua soldabilidade.
4. Impacto dos elementos de liga na maquinabilidade do aço
A maquinabilidade está intimamente relacionada com a dureza do aço, e a gama de dureza adequada para o processamento de corte do aço é de 170HB a 230HB. Em geral, a maquinabilidade do aço-liga é pior do que a do aço-carbono. No entanto, a adição de S, P, Pb e outros elementos pode melhorar significativamente a maquinabilidade do aço.
5. Impacto dos elementos de liga na processabilidade do tratamento térmico do aço
A processabilidade do tratamento térmico reflecte a dificuldade do tratamento térmico do aço e a tendência para produzir defeitos. Inclui principalmente a temperabilidade, a sensibilidade ao sobreaquecimento, a tendência para a fragilidade da têmpera e a oxidação descarbonização tendência.
As ligas de aço têm uma elevada temperabilidade e, durante a têmpera, pode ser utilizado um método de arrefecimento relativamente lento para reduzir a tendência para a deformação e a fissuração da peça de trabalho. A adição de manganês e silício aumenta a sensibilidade do aço ao sobreaquecimento.
O tipo de aço utilizado para o fabrico de importantes estruturas de engenharia e peças de máquinas é conhecido como aço estrutural ligado. Inclui principalmente aço estrutural de baixa liga, aço de cementação de liga, aço de têmpera e revenido de liga, aço de mola de liga e aço de rolamento.
(Também conhecido como aço de baixa liga comum, HSLA)
1. Aplicações
Utilizado principalmente no fabrico de pontes, navios, veículos, caldeiras, recipientes de alta pressão, condutas de transporte de petróleo e gás, grandes estruturas de aço e muito mais.
2. Requisitos de desempenho
(1) Alta resistência: A limite de elasticidade é geralmente superior a 300MPa.
(2) Elevada tenacidade: É necessária uma taxa de alongamento de 15%-20%, com uma resistência ao impacto à temperatura ambiente superior a 600kJ/m a 800kJ/m. Para componentes soldados de grandes dimensões, é necessária uma maior resistência à fratura.
(3) Boa soldabilidade e enformação a frio capacidades.
(4) Baixa temperatura de transição frágil a frio.
(5) Excelente resistência à corrosão.
3. Características da composição
(1) Baixo teor de carbono: Devido aos elevados requisitos de tenacidade, soldabilidade e conformabilidade a frio, o teor de carbono não deve exceder 0,20%.
(2) A adição de manganês como primeiro elemento de liga.
(3) Adição de nióbio, titânioou vanádio como elementos auxiliares: Pequenas quantidades de nióbio, titânio ou vanádio, que formam carbonetos finos ou carbonitretos no aço, contribuem para os grãos finos de ferrite e melhoram a resistência e a tenacidade do aço. Além disso, a adição de pequenas quantidades de cobre (≤0,4%) e fósforo (cerca de 0,1%) aumenta a resistência à corrosão. A inclusão de oligoelementos de terras raras facilita a dessulfuração e a desgaseificação, purificando o aço e melhorando a sua tenacidade e trabalhabilidade.
4. Aços estruturais comuns de baixa liga
O 16Mn é o tipo de aço de alta resistência de baixa liga mais utilizado e produzido na China. Trata-se de uma estrutura de ferrite-pearlite com grãos finos, oferecendo uma resistência aproximadamente 20%-30% superior à dos aços estruturais de carbono comuns aço Q235e uma resistência à corrosão atmosférica 20%-38% superior.
O 15MnVN é o tipo de aço de resistência média mais comummente utilizado. Apresenta uma resistência mais elevada, juntamente com uma boa tenacidade, soldabilidade e resistência a baixas temperaturas, o que o torna amplamente utilizado no fabrico de pontes, caldeiras, navios e outras estruturas de grandes dimensões.
Quando o nível de resistência ultrapassa os 500MPa, as estruturas de ferrite e perlite são insuficientes, pelo que se desenvolve o aço bainítico de baixo carbono. A adição de elementos como Cr, Mo, Mn, B ajuda a formar uma estrutura bainítica sob condições de arrefecimento ao ar, proporcionando maior resistência, melhor plasticidade e soldabilidade, frequentemente utilizada em caldeiras de alta pressão, recipientes de alta pressão, etc.
5. Características do tratamento térmico
Este tipo de aço é geralmente utilizado no estado laminado a quente e arrefecido a ar, sem necessidade de tratamento térmico específico. A microestrutura no estado de trabalho é tipicamente ferrite + sorbite.
1. Aplicações
Utilizado principalmente no fabrico de peças de máquinas, tais como engrenagens de transmissão em automóveis e tractores, árvores de cames e pinos de pistão em motores de combustão interna. Estas peças sofrem uma fricção e um desgaste intensos durante o funcionamento e suportam simultaneamente cargas alternadas consideráveis, nomeadamente cargas de impacto.
2. Requisitos de desempenho
(1) A camada superficial cementada tem uma dureza elevada para garantir uma excelente resistência ao desgaste e à fadiga por contacto, mantendo simultaneamente uma plasticidade e uma tenacidade adequadas.
(2) O núcleo tem uma elevada tenacidade e uma resistência suficientemente elevada. Se a tenacidade do núcleo for inadequada, pode fraturar facilmente sob cargas de impacto ou sobrecarga; se a resistência for insuficiente, a camada carburada frágil pode fraturar e descolar.
(3) Boa processabilidade do tratamento térmico. Em altas temperaturas de cementação (900 ℃ a 950 ℃), os grãos de austenita não crescem facilmente e têm boa temperabilidade.
3. Características da composição
(1) Baixo teor de carbono: O teor de carbono é normalmente de 0,10% a 0,25%, o que garante plasticidade e tenacidade suficientes no núcleo da peça.
(2) Adição de elementos de liga que melhoram a temperabilidade: As adições comuns incluem Cr, Ni, Mn, B, etc.
(3) Adição de elementos para inibir o crescimento de grãos de austenite: Isto normalmente envolve a adição de pequenas quantidades de elementos formadores de carbonetos fortes, tais como Ti, V, W, Mo, etc., para formar carbonetos de liga estáveis.
4. Tipos e classes de aço
O aço 20Cr é uma liga de aço cementado de baixa temperabilidade. A temperabilidade deste tipo de aço é baixa, com menor resistência do núcleo.
O 20CrMnTi é uma liga de aço cementado de temperabilidade média. Este tipo de aço tem maior temperabilidade, menor sensibilidade ao sobreaquecimento, uma camada de transição de cementação uniforme e apresenta boas propriedades mecânicas e de processamento.
O 18Cr2Ni4WA e o 20Cr2Ni4A são aços de liga cementados de elevada temperabilidade. Estes tipos de aço contêm mais elementos Cr, Ni, têm uma temperabilidade muito elevada e demonstram uma excelente tenacidade e resistência ao impacto a baixa temperatura.
5. Tratamento térmico e desempenho organizacional
O processo de tratamento térmico para o aço de liga cementada envolve tipicamente a cementação seguida de têmpera direta e, em seguida, têmpera a baixa temperatura. Após o tratamento térmico, a camada superficial carburada é constituída por carbonetos de liga + martensite temperada + uma pequena quantidade de austenite residual, com uma dureza de 60HRC a 62HRC.
A estrutura do núcleo está relacionada com a temperabilidade do aço e as dimensões da secção transversal da peça. Quando totalmente endurecido, é martensite temperada de baixo carbono, com uma dureza de 40HRC a 48HRC; na maioria dos casos, é bainite, martensite temperada e uma pequena quantidade de ferrite, com uma dureza de 25HRC a 40HRC. A tenacidade do núcleo é geralmente superior a 700KJ/m2.
1. Aplicações
O aço de liga temperado e revenido é amplamente utilizado para fabricar várias peças críticas em automóveis, tractores, máquinas-ferramentas e outras máquinas, tais como engrenagens, veios, bielas e parafusos.
2. Requisitos de desempenho
A maioria das peças temperadas suporta múltiplas cargas de trabalho, a situação de tensão é relativamente complexa, exigindo propriedades mecânicas abrangentes elevadas, ou seja, elevada resistência, boa plasticidade e tenacidade. As ligas de aço temperado e revenido também precisam de ter uma boa temperabilidade. No entanto, diferentes peças têm diferentes condições de tensão, pelo que os requisitos de temperabilidade são diferentes.
3. Características da composição
(1) Carbono médio: O teor de carbono situa-se geralmente entre 0,25% e 0,50%, sendo 0,4% o mais comum.
(2) Adição de elementos Cr, Mn, Ni, Si, etc., para melhorar a temperabilidade: Estes elementos de liga não só melhoram a temperabilidade como também formam ferrite de liga, aumentando a resistência do aço. Por exemplo, o desempenho de Aço 40Cr após têmpera e revenimento é muito superior ao do aço 45.
(3) Adição de elementos para evitar a fragilidade de segunda classe na têmpera: As ligas de aço temperado e revenido que contêm Ni, Cr, Mn, são propensas a fragilidade de segunda classe quando arrefecidas lentamente após a têmpera a alta temperatura. A adição de Mo e W ao aço pode evitar a fragilidade de segunda classe, com um teor adequado de cerca de 0,15% a 0,30% Mo ou 0,8% a 1,2% W.
Comparação do desempenho do aço 45 e do aço 40Cr após têmpera e revenido:
4. Tipos e classes de aço
(1) Aço 40Cr de baixa temperabilidade, temperado e revenido: O diâmetro crítico de têmpera em óleo deste tipo de aço é de 30 mm a 40 mm, utilizado para o fabrico de peças críticas de dimensão geral.
(2) 35CrMo Aço temperado e revenido de liga de temperabilidade média: O diâmetro crítico de têmpera em óleo deste tipo de aço é de 40 mm a 60 mm, a adição de molibdénio não só melhora a temperabilidade como também evita a fragilidade da têmpera de segunda classe.
(3) Aço de liga de alta temperabilidade 40CrNiMo temperado e revenido: O diâmetro crítico de têmpera em óleo deste tipo de aço é de 60mm a 100mm, maioritariamente aço CrNi. A adição de uma quantidade adequada de molibdénio ao aço CrNi não só proporciona uma boa temperabilidade como também elimina a fragilidade da têmpera de segunda classe.
5. Tratamento térmico e desempenho organizacional
O tratamento térmico final do aço de liga temperado e revenido é a têmpera e o revenido a alta temperatura (tratamento de têmpera e revenido). A liga de aço temperado e revenido tem uma maior temperabilidade, normalmente temperada com óleo, e quando a temperabilidade é particularmente grande, até o arrefecimento a ar pode ser utilizado, reduzindo os defeitos do tratamento térmico.
O desempenho final da liga de aço temperado e temperado depende da temperatura de têmpera. Geralmente, o revenimento a 500 ℃ -650 ℃ é adotado. Ao selecionar a temperatura de revenimento, o desempenho necessário pode ser obtido. Para evitar a fragilidade do revenido de segunda classe, o resfriamento rápido após o revenido (resfriamento a água ou resfriamento a óleo) é benéfico para melhorar a tenacidade.
A estrutura da liga de aço temperado e revenido após o tratamento térmico convencional é a sorbite temperada. Para peças que requerem resistência ao desgaste na superfície (como engrenagens e fusos), é efectuada a têmpera superficial por aquecimento por indução e a têmpera a baixa temperatura, e a estrutura da superfície é martensite temperada. A dureza da superfície pode atingir 55HRC a 58HRC.
O limite de elasticidade da liga de aço temperado e revenido após a têmpera e revenido é de cerca de 800MPa, a resistência ao impacto é de cerca de 800kJ/m2 e a dureza do núcleo pode atingir 22HRC a 25HRC. Se o tamanho da secção transversal for grande e não for temperado, o desempenho é significativamente reduzido.
Por espessura:
(1) Placa fina, de espessura não superior a 3 mm (excluindo a placa de aço eléctrica)
(2) Placa média, espessura entre 4-20mm
(3) Placa grossa, espessura entre 20-60mm
(4) Placa extra-grossa, espessura superior a 60 mm
Por método de produção:
(1) Chapa de aço laminada a quente
(2) Chapa de aço laminada a frio
Por características de superfície:
(1) Chapa galvanizada (chapa galvanizada por imersão a quente, chapa electrogalvanizada)
(2) Placa estanhada
(3) Placa de aço composta
(4) Chapa de aço com revestimento de cor
Por utilização:
(1) Chapa de aço para pontes
(2) Placa de aço para caldeiras
(3) Placa de aço para construção naval
(4) Chapa de aço para blindagem
(5) Placa de aço para automóveis
(6) Chapa de aço para telhados
(7) Placa de aço estrutural
(8) Chapa de aço eléctrica (Chapa de aço silício)
(9) Placa de aço para molas
(10) Placa de aço resistente ao calor
(11) Chapa de aço ligado
(12) Outros
Marcas comuns de chapas de aço para estruturas gerais e mecânicas
1. Nos materiais de aço japoneses (série JIS), o nome de marca do aço estrutural comum é composto por três partes:
Por exemplo, SS400 - o primeiro S significa aço, o segundo S representa "estrutura" e 400 é a resistência mínima à tração de 400 MPa, representando coletivamente o aço estrutural comum com uma resistência à tração de 400 MPa.
2. SPHC - a inicial S significa Steel (aço), P significa Plate (chapa), H significa Heat (calor), C significa Commercial (comercial), indicando coletivamente chapas e bandas de aço laminadas a quente para uso geral.
3. SPHD - representa a utilização de estampagem de chapas e tiras de aço laminadas a quente.
4. SPHE - representa a utilização de chapas e tiras de aço laminadas a quente para estiramento profundo.
5. SPCC - representa chapas e tiras finas de aço-carbono laminadas a frio para uso geral. A terceira letra C é a abreviatura de Cold (frio). Para garantir o ensaio de tração, acrescenta-se T no final da marca, passando a SPCCT.
6. SPCD - representa a utilização de estampagem de chapas e tiras finas de aço-carbono laminado a frio, equivalente ao aço estrutural de carbono de alta qualidade 08AL (13237) da China.
7. SPCE - representa as chapas finas e as tiras de aço-carbono laminadas a frio, equivalentes ao aço de estiramento profundo 08AL (5213) da China. Para garantir o não envelhecimento, acrescenta-se N no final da marca para se tornar SPCEN.
Designação da têmpera da chapa fina e da tira de aço-carbono laminado a frio: O estado recozido é A, a têmpera padrão é S, 1/8 duro é 8, 1/4 duro é 4, 1/2 duro é 2, duro é 1.
Designação do acabamento da superfície: Por exemplo, SPCC-SD representa a têmpera normal, acabamento baço, laminagem de utilização geral de chapa fina de carbono laminada a frio. Outro exemplo, SPCCT-SB representa a têmpera padrão, acabamento brilhante, exigindo propriedades mecânicas garantidas da chapa fina de carbono laminada a frio.
8. O método de representação da marca de aço estrutural mecânico JIS é o seguinte S + teor de carbono + código alfabético (C, CK), em que o teor de carbono é representado pelo valor mediano x 100, a letra C representa o carbono e a letra K representa o aço para cementação. Por exemplo, o aço-carbono enrolado S20C tem um teor de carbono de 0,18-0,23%.
Marca de aço silício
1. Método de representação da marca China:
(1) Fita (chapa) de aço ao silício não orientado, laminada a frio: Método de representação: DW + valor de perda de ferro (valor de perda de ferro por unidade de peso a um fluxo magnético de pico de 1,5T com uma frequência de 50HZ e uma forma de onda sinusoidal) multiplicado por 100 + valor de espessura multiplicado por 100. Por exemplo, o DW470-50 representa o aço silício não orientado laminado a frio com um valor de perda de ferro de 4,7w/kg e uma espessura de 0,5mm, e o novo modelo é representado como 50W470.
(2) Fita de aço silício orientado laminado a frio (folha): Método de representação: DQ + valor de perda de ferro (valor de perda de ferro por unidade de peso a um fluxo magnético de pico de 1,7T com uma frequência de 50HZ e uma forma de onda sinusoidal) multiplicado por 100 + valor de espessura multiplicado por 100. Por vezes, é acrescentado um G após o valor de perda de ferro para representar uma indução magnética elevada.
(3) Chapa de aço ao silício laminada a quente: A chapa de aço silício laminada a quente é representada por DR e, de acordo com o teor de silício, divide-se em aço com baixo teor de silício (teor de silício ≤2,8%) e aço com elevado teor de silício (teor de silício >2,8%).
Método de representação: DR + valor de perda de ferro (valor de perda de ferro por unidade de peso a um fluxo magnético de pico de 1,5T com uma frequência de 50HZ e uma forma de onda sinusoidal) multiplicado por 100 + valor de espessura multiplicado por 100. Por exemplo, o DR510-50 representa uma chapa de aço silício laminada a quente com um valor de perda de ferro de 5,1 e uma espessura de 0,5 mm.
A marca da chapa fina de silício laminada a quente para electrodomésticos é representada por JDR + valor da perda de ferro + valor da espessura, como JDR540-50.
2. Método de representação da marca Japão:
(1) Banda de aço ao silício não orientado laminada a frio: Consiste na espessura nominal (valor multiplicado por 100) + código A + valor da garantia de perda de ferro (valor da perda de ferro a uma densidade máxima de fluxo magnético de 1,5T com uma frequência de 50HZ, multiplicado por 100). Por exemplo, 50A470 representa uma tira de aço silício não orientado, laminada a frio, com uma espessura de 0,5 mm e um valor de garantia de perda de ferro de ≤4,7.
(2) Fita de aço silício orientado laminada a frio: Composto por espessura nominal (valor multiplicado por 100) + código G: representa material normal, P: representa material altamente orientado + valor de garantia de perda de ferro (valor de perda de ferro a uma densidade de fluxo magnético máxima de 1,7T com uma frequência de 50HZ, multiplicado por 100). Por exemplo, 30G130 representa uma tira de aço silício orientada, laminada a frio, com uma espessura de 0,3 mm e um valor de garantia de perda de ferro ≤1,3.
Chapa estanhada e chapa galvanizada por imersão a quente
1. Chapa estanhada: Folha de Flandres electrolítica e tira, também conhecida como ferro estanhado, esta placa de aço (tira) é revestida com estanho na superfície, tem boa resistência à corrosão e não é tóxica, pode ser utilizada como material de embalagem para latas, revestimento de cabos, instrumentos e peças de telecomunicações, bateria e outras pequenas ferragens.
A classificação e a simbologia das chapas e bandas de aço estanhado são as seguintes
| Método de classificação | Categoria | Símbolo |
| Pela quantidade de revestimento de estanho | Estanhagem uniforme E1, E2, E3, E4 | |
| Por grau de dureza | T50, T52, T57, T61, T65, T70 | |
| Por estado da superfície | Superfície lisa | G |
| Superfície com padrão de pedra | S | |
| Superfície com padrão de linho | M | |
| Por método de passivação | Passivação com baixo teor de crómio | L |
| Passivação química | H | |
| Passivação eletroquímica catódica | Y | |
| Por quantidade de óleo | Lubrificar ligeiramente. | Q |
| Lubrificação pesada | Z | |
| Por qualidade da superfície | Um conjunto | I |
| Grupo dois | II |
As especificações relativas à espessura uniforme e diferencial do revestimento de estanho são as seguintes
| símbolo | Quantidade nominal de estanhagem, g/m2 | Quantidade mínima média de estanhagem g/m2 |
| E1 | 5.6（2.8/2.8） | 4.9 |
| E2 | 11.2（5.6/5.6） | 10.5 |
| E3 | 16.8（8.4/8.4） | 15.7 |
| E4 | 22.4（11.2/11.2） | 20.2 |
| D1 | 5.6/2.8 | 5.05/2.25 |
| D2 | 8.4/2.8 | 7.85/2.25 |
| D3 | 8.4/5.6 | 7.85/5.05 |
| D4 | 11.2/2.8 | 10.1/2.25 |
| D5 | 11.2/5.6 | 10.1/5.05 |
| D6 | 11.2/8.4 | 10.1/7.85 |
| D7 | 15.1/5.6 | 13.4/5.05 |
2. Imersão a quente chapa galvanizada: Um revestimento de zinco é aplicado na superfície de chapas de aço finas e tiras de aço através de um processo contínuo de imersão a quente, o que pode evitar que a superfície das chapas de aço finas e tiras de aço se corroam e enferrujem.
As chapas de aço galvanizado e as tiras de aço são amplamente utilizadas em sectores como a maquinaria, a indústria ligeira, a construção, os transportes, a química e as telecomunicações. A classificação e os símbolos das chapas de aço galvanizado e das tiras de aço são apresentados no quadro seguinte:
| Método de classificação | Categoria | Símbolo | |
| De acordo com o desempenho do processamento | Objetivo geral | PT | |
| Oclusão mecânica | JY | ||
| Desenho profundo | SC | ||
| Estiramento ultra profundo e resistência ao envelhecimento | CS | ||
| estrutura | JG | ||
| Em peso de camada de zinco | zinco | 001 | 001 |
| 100 | 100 | ||
| 200 | 200 | ||
| 275 | 275 | ||
| 350 | 350 | ||
| 450 | 450 | ||
| 600 | 600 | ||
| Liga de ferro e zinco | 001 | 001 | |
| 90 | 90 | ||
| 120 | 120 | ||
| 180 | 180 | ||
| Por estrutura de superfície: | Flor de Zinco Normal | Z | |
| Pequena flor de zinco | X | ||
| Flor de zinco lisa | GZ | ||
| Liga de zinco-ferro | XT | ||
| Por qualidade de superfície: | IGROUP | I | |
| Grupo II | II | ||
| Por exatidão dimensional: | Precisão avançada | A | |
| Precisão geral | B | ||
| Por tratamento de superfície: | Passivação com ácido crómico | L | |
| Revestimento a óleo | Y | ||
| Passivação com ácido crómico e revestimento de óleo | LY |
A camada de zinco do n.º 001 pesa menos de 100g/m2.
Chapa de aço a ferver vs Chapa de aço calmo
1. O aço de placa de ebulição é laminado a quente a partir de aço estrutural de carbono comum, também conhecido como aço de ebulição.
Este tipo de aço é parcialmente desoxidado, utilizando apenas uma certa quantidade de desoxidante fraco, o que resulta num elevado teor de oxigénio no aço fundido. Ao verter o aço na lingoteira, uma reação entre o carbono e o oxigénio produz gases abundantes, provocando a ebulição do aço, daí o nome. O aço em ebulição tem um baixo teor de carbono e um baixo teor de silício devido à ausência de desoxidação pelo ferrosilício (Si<0,07%).
A camada exterior do aço em ebulição é cristalizada sob as condições de agitação intensa causada pela ebulição, resultando numa superfície pura e densa com boa qualidade, excelente plasticidade e desempenho de estampagem. Não existem furos de retração concentrados significativos, menos cabeças de corte, uma elevada taxa de rendimento e um baixo custo devido a processos de produção simples e a um consumo mínimo de ferro-liga. As chapas de aço para cozedura são amplamente utilizadas no fabrico de várias peças de estampagem, estruturas de construção e engenharia, e algumas menos importantes estrutura da máquina componentes.
No entanto, o aço em ebulição tem várias impurezas no seu núcleo, segregação significativa, organização não compacta e propriedades mecânicas irregulares. Devido ao seu elevado teor de gás, a sua tenacidade é baixa, tem uma elevada fragilidade a frio e sensibilidade ao envelhecimento, e a sua soldabilidade é fraca. Por conseguinte, as chapas de aço em ebulição não são adequadas para o fabrico de estruturas que suportam cargas de impacto, trabalham em condições de baixa temperatura e outras estruturas críticas.
2. O aço de placa calma é laminado a quente a partir de aço estrutural de carbono comum, conhecido como aço calmo.
Trata-se de um aço totalmente desoxidado, em que o aço fundido é completamente desoxidado com ferromanganês, ferrosilício e alumínio antes da fundição, resultando num baixo teor de oxigénio (geralmente 0,002-0,003%). O aço fundido permanece calmo no molde do lingote, sem ferver, daí o nome.
Em condições normais de funcionamento, o aço calmo não tem bolhas e a sua estrutura é uniformemente densa. Devido ao baixo teor de oxigénio, há menos inclusões de óxido no aço, a pureza é maior e a fragilidade a frio e a tendência de envelhecimento são pequenas. Além disso, o aço calmo tem menor segregação, propriedades mais uniformes e maior qualidade. A desvantagem do aço calmo é a presença de furos de retração concentrados, uma baixa taxa de rendimento e um preço elevado. Por conseguinte, os materiais de aço calmo são utilizados principalmente em componentes que podem suportar impactos a baixas temperaturas, estruturas de soldadura e outros componentes que requerem elevada resistência.
As chapas de aço de baixa liga são chapas de aço calmo e de aço semi-calmo. Devido à sua elevada resistência, desempenho superior e poupança considerável de aço, que reduz o peso estrutural, a sua aplicação tem-se tornado cada vez mais extensa.
Chapas de aço estrutural de carbono
O aço estrutural ao carbono de alta qualidade é um aço ao carbono com um teor de carbono inferior a 0,8%. Este tipo de aço contém menos enxofre, fósforo e não metálico inclusões do que o aço carbono estrutural, resultando num desempenho mecânico superior.
O aço de carbono estrutural de alta qualidade divide-se em três categorias com base no teor de carbono: aço de baixo carbono (C≤0,25%), aço de médio carbono (C=0,25-0,6%) e aço de alto carbono (C>0,6%).
Os aços estruturais ao carbono de alta qualidade dividem-se em dois grupos com base no teor de manganês: teor regular de manganês (manganês 0,25%-0,8%) e teor elevado de manganês (manganês 0,70%-1,20%), tendo este último melhores propriedades mecânicas e processabilidade.
1. Chapas finas de aço laminadas a quente e tiras de aço de alta qualidade para estruturas de carbono:
Estes são utilizados na indústria automóvel, na indústria aeronáutica e noutros sectores. Os tipos de aço incluem aço para cozedura: 08F, 10F, 15F; aço calmo: 08, 08AL, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50. Os graus 25 e inferiores são chapas de aço com baixo teor de carbono e 30 e superiores são chapas de aço com teor médio de carbono.
2. Chapas grossas de aço laminadas a quente e bandas largas de aço de alta qualidade para estruturas de carbono:
Estes são utilizados para vários componentes de estruturas mecânicas. Os tipos de aço incluem aço de baixo carbono: 05F, 08F, 08, 10F, 10, 15F, 15, 20F, 20, 25, 20Mn, 25Mn, etc.; aço de médio carbono: 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 30Mn, 40Mn, 50Mn, 60Mn, etc.; aço de alto carbono: 65, 70, 65Mn, etc.
Chapas de aço estruturais dedicadas
1. Chapas de aço para recipientes sob pressão: São designadas por um R maiúsculo no final do grau, que pode ser indicado quer pelo limite de elasticidade quer pelo teor de carbono/elementos de liga. Por exemplo, Q345R, em que Q345 é o limite de elasticidade. Da mesma forma, 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR, 8MnMoNbR, MnNiMoNbR, 15CrMoR e outros significam teor de carbono ou elementos de liga.
2. Chapas de aço para gás de soldadura cilindros: Estes são indicados por um HP maiúsculo no final do grau. A classe pode ser representada pelo ponto de escoamento, como Q295HP, Q345HP, ou por elementos de liga, como 16MnREHP.
3. Chapas de aço para caldeiras: Designadas por um g minúsculo no final do grau. A classe pode ser indicada pelo ponto de escoamento, como Q390g, ou pelo teor de carbono ou elementos de liga, como 20g, 22Mng, 15CrMog, 16Mng, 19Mng, 13MnNiCrMoNbg, 12Cr1MoVg, etc.
4. Chapas de aço para pontes: Indicadas por um q minúsculo no final do grau, como Q420q, 16Mnq, 14MnNbq, etc.
5. Chapas de aço para vigas de automóveis: São designadas por um L maiúsculo no final do grau, como 09MnREL, 06TiL, 08TiL, 10TiL, 09SiVL, 16MnL, 16MnREL, etc.
Chapas de aço com revestimento colorido
As chapas e tiras de aço com revestimento de cor são produtos que utilizam materiais de tiras metálicas como base e aplicam vários tipos de revestimentos orgânicos nas suas superfícies. São utilizados em áreas como a construção, electrodomésticos, mobiliário de aço, ferramentas de transporte, etc.
As classificações e os códigos para as chapas e bandas de aço são os indicados no quadro seguinte:
| Método de classificação | Categoria | Nome de código |
| Por Utilização | Construção exterior | JW |
| Para interiores de edifícios | JN | |
| Para electrodomésticos | JD | |
| Por estado da superfície | Placa revestida | TC |
| Folhas impressas | YH | |
| Folhas com relevo | YaH | |
| Por tipo de revestimento | Poliéster exterior | WZ |
| Utilização interior Poliéster | NZ | |
| Poliéster modificado com silicone | GZ | |
| Acrílico para uso exterior | WB | |
| Acrílico para uso interior | NB | |
| Sol de plástico | SJ | |
| Sol Orgânico | YJ | |
| Por categoria de substrato | Fita de aço com baixo teor de carbono laminada a frio | DL |
| Tira de aço plana de ângulo pequeno | XP | |
| Fita de aço plana de grande ângulo | DP | |
| Fita de aço de liga de zinco-ferro XT | XT | |
| Tira de aço electrogalvanizado DX | DX |
Aço estrutural para a construção naval
De um modo geral, o aço para construção naval refere-se ao aço utilizado para estruturas de cascos de navios, o que significa que os materiais de aço são fabricados de acordo com as especificações de construção das sociedades de classificação de navios. Estes são frequentemente encomendados, produzidos e vendidos como aço específico e incluem chapas para navios, aço estrutural, etc.
Atualmente, várias grandes empresas siderúrgicas do nosso país produzem-no e podem fabricar materiais de aço para construção naval de acordo com diferentes especificações nacionais, conforme as necessidades dos clientes. Estas incluem normas de países como os Estados Unidos, a Noruega, o Japão, a Alemanha, a França, etc. As especificações são as seguintes:
| Nacionalidade | Especificação |
| China | CCs |
| Estados Unidos | ABS |
| Alemanha | GL |
| França | BV |
| Noruega | DNV |
| Japão | KDK |
| Reino Unido | LR |
I. Tipos e especificações
O aço estrutural para cascos de navios é classificado em níveis de resistência com base no seu ponto de escoamento mínimo: aço estrutural de resistência geral e aço estrutural de alta resistência.
O aço estrutural de resistência geral, de acordo com a especificação normalizada da Sociedade de Classificação da China, divide-se em quatro graus de qualidade: A, B, D, E. O aço estrutural de alta resistência, de acordo com a especificação normalizada da Sociedade de Classificação da China, divide-se em três níveis de resistência e quatro graus de qualidade:
| A32 | A36 | A40 |
| D32 | D36 | D40 |
| E32 | E36 | E40 |
| F32 | F36 | F40 |
II. Propriedades mecânicas e composição química
As propriedades mecânicas e a composição química do aço estrutural de resistência geral para cascos de navios são as seguintes
| Grau de aço | Ponto de rendimento σs (MPa) não inferior a | Resistência à tração σ b (MPa) | Alongamento σ% Não inferior a | Carbono C | Manganês Mn | Silício Si | Enxofre S | Fósforo P |
| A | 235 | 400-520 | 22 | ≤ 0.21 | ≥ 2.5 | ≤ 0.5 | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| B | ≤ 0.21 | ≥ 0.80 | ≤ 0.35 | |||||
| D | ≤ 0.21 | ≥ 0.60 | ≤ 0.35 | |||||
| E | ≤ 0.18 | ≥ 0.70 | ≤ 0.35 |
Propriedades mecânicas e composição química do aço estrutural de casco de alta resistência
| Grau de aço | Ponto de rendimento σs (MPa) Não inferior a | Resistência à tração σb (MPa) | Alongamento σ% Não inferior a | Carbono C | Manganês Mn | Silício Si | Enxofre S | Fósforo P |
| A32 | 315 | 440-570 | 22 | ≤0.18 | ≥0.9-1.60 | ≤0.50 | ≤0.035 | ≤0.035 |
| D32 | ||||||||
| E32 | ||||||||
| F32 | ≤0.16 | ≤0.025 | ≤0.025 | |||||
| A36 | 355 | 490-630 | 21 | ≤0.18 | ≤0.035 | ≤0.035 | ||
| D36 | ||||||||
| E36 | ||||||||
| F36 | ≤0.16 | ≤0.025 | ≤0.025 | |||||
| A40 | 390 | 510-660 | 20 | ≤0.18 | ≤0.035 | ≤0.035 | ||
| D40 | ||||||||
| E40 | ||||||||
| F40 | ≤0.16 | ≤0.025 | ≤0.025 |
III. Pontos a ter em conta na entrega e aceitação dos aços para a construção naval:
Revisão da certificação de qualidade:
Aquando da entrega, a siderurgia entregará e fornecerá certamente certificados de qualidade originais de acordo com os requisitos do utilizador e as especificações acordadas no contrato. O certificado deve incluir o seguinte conteúdo:
(1) Especificações exigidas;
(2) Número do registo de qualidade e número de certificação;
(3) Número de lote e grau técnico;
(4) Composição química e propriedades mecânicas;
(5) Certificado de aprovação da sociedade de classificação dos navios e assinatura do inspetor do navio.
Exame físico:
Aquando da entrega do aço para construção naval, os objectos físicos devem ostentar a marca do fabricante, entre outros elementos. Especificamente, devem incluir:
(1) Marca de homologação da sociedade de classificação dos navios;
(2) Marcações desenhadas a tinta ou apensas, incluindo parâmetros técnicos, tais como: número de lote, grau normalizado, dimensões, etc;
(3) O aspeto deve ser limpo e liso, sem defeitos.
(1) Devido à elevada rigidez do aço estrutural formado por chapas de alta resistência, que possui grandes momentos de inércia e um elevado módulo de resistência à flexão, especialmente porque os requisitos de aplicação requerem uma pré-furação antes do processamento da flexão a frio, podem ocorrer diferenças na planicidade da superfície do material e nas dimensões dos bordos.
Por conseguinte, é necessário acrescentar mais dispositivos de posicionamento lateral na conceção de furos de dobragem a frio para estas placas de aço estrutural de elevada resistência.
A conceção de formas de orifício adequadas, a disposição correcta da folga dos rolos e a garantia de que o material que entra em cada forma de orifício não é desviado podem atenuar o impacto das diferenças de planicidade da superfície do material e das dimensões dos bordos na forma subsequente de dobragem a frio.
Outra caraterística importante é o grave fenómeno de retorno elástico das chapas de aço estrutural de alta resistência. Springback pode dar origem a arestas em arco, exigindo uma dobragem excessiva para correção, e é difícil dominar o ângulo de dobragem excessiva, que necessita de ajuste e correção durante a depuração da produção.
(2) São necessárias várias passagens de conformação. A principal fase de processamento no processo de dobragem a frio por rolo é a deformação por dobragem.
Para além de um ligeiro desbaste a nível local ângulo de flexão do produto, assume-se que a espessura do material deformado se mantém constante durante o processo de conformação. Ao projetar a forma do furo, é essencial distribuir razoavelmente a quantidade de deformação, especialmente nas primeiras passagens e nas subsequentes, onde a quantidade de deformação não deve ser demasiado grande.
Podem ser utilizados rolos laterais e rolos de dobragem excessiva para pré-dobrar os perfis e alinhar a linha neutra da secção transversal do perfil com a linha neutra do perfil acabado, equilibrando as forças exercidas sobre o perfil e evitando a dobragem longitudinal.
Se for detectada uma curvatura longitudinal durante o processamento, podem ser adicionados rolos adicionais de acordo com a situação, especialmente nas fases posteriores.
Medidas como a utilização de uma máquina de endireitar para endireitar, a alteração do espaçamento dos quadros, a utilização de rolos de apoio e o ajuste das folgas dos rolos para cada quadro podem minimizar ou eliminar a curvatura longitudinal. É de notar que são necessárias competências técnicas proficientes para atenuar a curvatura longitudinal através do ajuste das folgas dos rolos de cada quadro.
(3) O controlo da velocidade de dobragem a frio do rolo e o ajuste da pressão do rolo de moldagem devem ser adequados para minimizar as fissuras repetitivas por fadiga por dobragem a frio.
Devem ser efectuadas uma lubrificação e um arrefecimento adequados para reduzir ainda mais a ocorrência de fissuras por stress térmico e controlar a raio de curvatura - o raio de curvatura não deve ser demasiado pequeno, caso contrário a superfície do produto pode rachar facilmente.
Para resolver o fenómeno de fratura pós-alongamento observado em chapas de alta resistência durante o processo de enformação a frio e de processo de dobragemA otimização da forma da secção, como o aumento do raio de curvatura, a redução do ângulo de curvatura a frio ou o aumento da forma da secção, com a premissa de satisfazer os requisitos de conceção mecânica do material, é um método eficaz. Isto é recomendado para satisfazer os requisitos de conceção estrutural.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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