Condições de entrega do aço e vias de fabrico

O que significa realmente uma condição de fornecimento do aço

Uma condição de fornecimento de aço inclui mais do que a composição química e relaciona a forma do produto, o historial de fabrico, o tratamento térmico, o estado da superfície, as dimensões, os requisitos mecânicos e os ensaios. Strong evidence

Uma condição de fornecimento do aço é o estado definido pelas normas em que um produto é fornecido. Não é uma descrição informal do fornecedor nem um sinónimo de composição química. A condição relaciona a forma do produto, o historial de fabrico, o estado de tratamento térmico, o estado superficial, as dimensões, os requisitos mecânicos e a inspeção ou os ensaios especificados. Estes pormenores determinam como o material deve ser interpretado e o que significam, na realidade, as declarações de conformidade.

Um número de corrida e uma designação de classe identificam partes importantes da identidade do material, mas não descrevem todo o produto fornecido. A mesma família geral de aço pode ser fornecida como chapa laminada a quente, chapa normalizada, chapa temperada e revenida, barra acabada a frio ou componente forjado. Estes produtos podem partilhar os principais elementos de liga, mas diferir substancialmente quanto ao limite de elasticidade, tenacidade, dureza, tensão residual, tolerância dimensional e soldabilidade.

Condição de fornecimento versus classe do aço

Uma classe de aço define normalmente um intervalo de composição e um conjunto de propriedades exigidas. Dependendo da norma, pode também especificar formas de produto permitidas, intervalos de espessura, temperaturas dos ensaios de impacto, prática de desoxidação ou condições de fornecimento. Ainda assim, isso não significa que todos os produtos que ostentam a designação dessa classe tenham passado pela mesma sequência de fabrico.

Considere-se o aço estrutural abrangido pela série EN 10025. A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos de aço estrutural de grão fino, soldáveis e laminados a quente, fornecidos na condição normalizada ou laminada de forma normalizada. Uma designação como S355N comunica, portanto, mais do que uma classe nominal de limite de elasticidade de 355 MPa: a designação “N” está associada ao estado de fornecimento normalizado ou laminado de forma normalizada especificado pela norma. A DIN EN 10025-6:2023-06 aborda uma classe diferente de produto, nomeadamente aços estruturais de elevado limite de elasticidade fornecidos na condição temperada e revenida. Uma classe abrangida por essa parte da série não pode ser interpretada como se fosse simplesmente uma versão de maior resistência de um produto normalizado.[1][1] Standard Specification for Steel Forgings, Carbon and Alloy, for General Industrial Use. ASTM International. ASTM A668/A668M-16, 2016.

A distinção é igualmente clara nas normas ASTM relativas a peças forjadas. A ASTM A668/A668M-16 classifica peças forjadas de aço ao carbono e de aço ligado segundo o tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida. Assim, “aço ao carbono forjado” não é uma descrição suficiente do estado fornecido. O processo de forjamento estabelece a forma do produto e o historial de deformação; o tratamento térmico especificado estabelece outra parte da sua condição técnica.

A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço ligado, trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas. Neste caso, “acabada a frio” descreve o processo de fabrico e o estado superficial ou dimensional, enquanto “temperada e revenida” descreve a condição metalúrgica. Nenhum dos termos substitui a classe do aço ligado. Uma barra pode apresentar uma composição química dentro do intervalo exigido para a classe, mas não cumprir a especificação de fornecimento se tiver sido fornecida na condição errada, com o estado superficial incorreto ou sem os ensaios mecânicos exigidos.

Condição de fornecimentoCondição de fornecimento Estado definido pelas normas em que um produto de aço é fornecido, incluindo a sua forma, o tratamento térmico, o estado da superfície, as dimensões e a verificação exigida.

O processo de fabrico acrescenta outra dimensão. A World Steel Association afirma, em 2024, que as duas principais vias de produção de aço são a via do alto-forno-conversor de oxigénio básico (BF-BOF) e a via do forno elétrico de arco (EAF). A sua orientação sobre matérias-primas distingue a via integrada, que utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, da via EAF, que utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu, em 1995, o processo de oxigénio básico como a afinação de ferro líquido proveniente do alto-forno com sucata, tratando o processo do forno elétrico de arco como uma via de produção de aço distinta.

A ASTM A434/A434M-24 permite várias rotas de processamento da fusão para as suas barras de aço-liga temperadas e revenidas abrangidas pela norma. Strong evidence

[2][2] Standard Specification for Quenched and Tempered Alloy Steel Forgings for Pressure Vessel Components. ASTM International. ASTM A508/A508M-16, 2016.

Essas vias de fusão podem afetar os elementos residuais, a limpeza, as populações de inclusões e os controlos do processo, mas a via, por si só, não define se o produto final é normalizado, recozido ou temperado e revenido. A ASTM A434/A434M-24 permite a produção em forno de soleira aberta, por oxigénio básico e em forno elétrico para as barras abrangidas, sob reserva dos requisitos da norma. A ASTM A508/A508M-16 adota uma posição mais específica para peças forjadas de aço ao carbono e aço ligado, tratadas por têmpera e revenido e submetidas a tratamento sob vácuo, destinadas a componentes de recipientes sob pressão: exige o fabrico em forno elétrico básico, salvo quando é utilizado refino secundário ou refusão. O requisito relativo à via de produção faz parte dessa especificação do produto, não sendo uma definição geral de todo o aço temperado e revenido.

Forma do produto, estado superficial e estado de tratamento térmico

A forma do produto controla a maneira como o aço foi conformado e quais os defeitos, tensões e propriedades direcionais que podem ser relevantes. A lingotagem contínua transforma o aço líquido em placas, biletes e blocos, que são depois laminados para obter produtos planos e longos, de acordo com a descrição do processo apresentada pela World Steel Association em 2024. Uma placa pode transformar-se em chapa ou folha; um bilete pode transformar-se em barra ou fio-máquina; um bloco pode transformar-se numa secção mais pesada ou em material para forjamento. A laminagem, a trefilagem, a maquinação ou o forjamento subsequentes alteram a geometria e a resposta mecânica.

Um produto plano fornecido no estado laminado a quente apresenta um historial superficial e dimensional diferente do de um produto que tenha sido reduzido a frio e posteriormente recozido. Uma barra descrita como acabada a frio pode ter sido trefilada, descascada, retificada ou torneada, apresentando um controlo dimensional mais apertado e um estado superficial distinto. Uma peça forjada sofreu uma deformação plástica local ou global de modo diferente de uma chapa laminada, mesmo quando a análise química é semelhante.

O tratamento térmico altera a microestrutura. O recozimento reduz geralmente a dureza e a tensão residual, melhorando simultaneamente a ductilidade e a maquinabilidade. A normalização produz uma estrutura ferrítico-perlítica refinada através de aquecimento acima do intervalo de transformação relevante, seguido de arrefecimento ao ar. A laminagem normalizada utiliza um esquema de laminagem controlado, de modo que as passagens finais produzam uma condição comparável, em aspetos especificados, à do material normalizado; não é simplesmente uma designação de laminagem a quente convencional. A têmpera cria uma estrutura de transformação mais dura, enquanto o revenido reduz parte da fragilidade e ajusta a resistência e a tenacidade. “Temperado e revenido” identifica, consequentemente, uma sequência controlada e não apenas um resultado de resistência.[3][3] Heat-treatable steels, alloy steels and stainless steels — Part 1. International Organization for Standardization. ISO 683-1:2016, 2016.

O estado superficial deve ser analisado separadamente do tratamento térmico global. A carepa pode permanecer no material laminado a quente ou ser removida por granalhagem, decapagem ou outra operação de desincrustação. Uma superfície acabada a frio ou maquinada pode afetar as tolerâncias dimensionais, a rugosidade e a localização de defeitos que rompem a superfície, sem alterar a composição química da classe. A ISO 683-1:2016 especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fabricados a partir de aços não ligados destinados a têmpera e revenido, incluindo estados de tratamento térmico e estados superficiais definidos. Essa estrutura demonstra por que razão “a classe do aço” é apenas um componente da descrição técnica.

Os ensaios exigidos completam a condição. As propriedades de tração podem ser especificadas para uma determinada espessura e orientação. Os ensaios de impacto podem aplicar-se apenas a uma qualidade ou temperatura indicada. A dureza, o exame ultrassónico, a avaliação do tamanho de grão, os limites de descarbonetação, a inspeção superficial e as tolerâncias dimensionais também podem ser obrigatórios. Um certificado que apresente apenas a composição química não estabelece a conformidade com uma condição de fornecimento que exija estes controlos adicionais.

Por que razão a designação controla a interpretação

A designação indica ao utilizador quais as regras da norma aplicáveis, qual a condição encomendada e quais as comparações válidas. “Normalizado”, “laminado de forma normalizada”, “recozido”, “acabado a frio” e “temperado e revenido” não são adjetivos permutáveis. Desencadeiam pressupostos diferentes quanto à microestrutura, às propriedades, aos limites de processamento e aos ensaios de aceitação.

A SAE AMSH6875C ilustra o mesmo princípio numa perspetiva de tratamento térmico aeroespacial: estabelece requisitos para quatro classes de aço e especifica equipamento de forno, procedimentos, temperaturas e métodos de ensaio. O tratamento exigido está, portanto, associado a um controlo documentado do processo, e não a uma declaração de que o material foi aquecido em algum momento.

Por esse motivo, uma descrição completa do material deve identificar a norma, a classe, a forma do produto, as dimensões, a condição de fornecimento, o estado superficial e os ensaios exigidos. “Aço S355”, “barra 4140” ou “peça forjada de aço ligado” deixa questões materiais sem resposta. Uma designação conforme com as normas restringe essas questões. Indica o que é o produto, como foi estabelecido o seu estado de fornecimento e que elementos de prova devem acompanhar a declaração.

A via de fabrico desde as matérias-primas até ao aço semiacabado

[4][4] Steelmaking process. World Steel Association. World Steel Association technical resource, 2024.

A produção de aço não consiste numa única operação de forno. É uma sequência interligada na qual o material que contém ferro se transforma em ferro, o ferro se transforma em aço bruto e o aço líquido se transforma numa forma lingotada destinada a ser laminada ou forjada. A World Steel Association identifica duas vias principais: a via do alto-forno/conversor de oxigénio básico, normalmente designada BF-BOF, e a via do forno elétrico de arco, ou via EAF.[^1] Essas vias descrevem como a carga metálica é reduzida, fundida e afinada. Por si só, não definem a condição de fornecimento final.

Uma designação final pode também exigir uma composição específica, uma prática de arrefecimento, um estado superficial, uma estrutura de grão, uma resistência à tração, uma tenacidade ao impacto ou um tratamento térmico específicos. A ISO 683-1:2016, por exemplo, especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fornecidos em condições definidas de tratamento térmico e de superfície.[^2] O processo constitui, portanto, apenas uma parte do historial de fabrico, não substituindo a norma do produto.

Alto-forno e forno de oxigénio básico

O processo BF-BOF separa a produção de ferro da produção de aço. A produção de ferro gera gusa líquida, um ferro líquido rico em carbono, no alto-forno. A produção de aço reduz depois o teor de carbono e ajusta a composição química no forno de oxigénio básico.

Um alto-forno é carregado pelo topo com minério de ferro, coque metalúrgico e fundentes, como o calcário. O minério de ferro fornece óxidos de ferro. O coque fornece calor e atua como agente redutor; o seu monóxido de carbono remove o oxigénio do minério à medida que a carga desce. O calcário reage com a ganga e outros constituintes indesejáveis, formando escória. Ar aquecido, habitualmente designado por sopro, entra através de ventaneiras junto à base do forno. A gusa líquida resultante acumula-se sob a escória e é vazada para ser transferida para o BOF.

Um alto-forno é, portanto, um equipamento de produção de ferro, não um equipamento de produção de aço. Esta distinção surge em descrições do American Iron and Steel Institute e da U.S. Environmental Protection Agency. A EPA afirma que o processo de oxigénio básico refina ferro fundido de alto-forno com sucata, enquanto o processo de forno de arco elétrico constitui uma via separada de produção de aço.[^3] Essa formulação é importante: o alto-forno gera um produto intermédio de ferro, ao passo que o BOF produz aço bruto.

No BOF, uma lança refrigerada a água sopra oxigénio de elevada pureza para o interior do ferro fundido. O oxigénio combina-se com o carbono, o silício, o manganês e o fósforo. O carbono sai principalmente sob a forma de monóxido de carbono e dióxido de carbono; as impurezas oxidadas entram na escória. É comum adicionar sucata de aço como refrigerante e matéria-prima metálica, permitindo controlar o balanço térmico e, simultaneamente, reciclar material. Os fundentes formam uma escória básica que retém o fósforo e outros óxidos.

A vazada do BOF produz aço bruto, mas a composição na vazada não é necessariamente a composição final. O tratamento em panela pode remover gases dissolvidos, ajustar as adições de ligas, modificar as inclusões e estabelecer a temperatura de vazamento. O tratamento sob vácuo pode reduzir o hidrogénio, o azoto ou o carbono, consoante o grau e a especificação do processo. O tratamento com cálcio pode alterar a forma das inclusões em composições adequadas. Estas operações são controlos metalúrgicos, e duas corridas provenientes do mesmo processo BF-BOF podem receber tratamentos de refinação e históricos térmicos diferentes.

O processo integrado utiliza, portanto, mais do que minério e coque. A World Steel Association enumera o minério de ferro, o carvão metalúrgico, o calcário e o aço reciclado entre as suas principais matérias-primas.[^4] As proporções relativas variam consoante o projeto da instalação, a operação do forno, a qualidade da sucata e a composição química do aço pretendida.

Forno de arco elétrico, ferro de redução direta e gusa líquida

Um EAF funde uma carga metálica fazendo passar uma corrente elétrica através de elétrodos e da própria carga. O forno pode ser carregado principalmente com aço reciclado, mas também podem ser introduzidos ferro de redução direta (DRI), ferro briquetado a quente, ferro-gusa ou gusa líquida. A World Steel Association descreve o processo EAF como utilizando principalmente aço reciclado, DRI ou gusa líquida, além de eletricidade.[^4]

O aço reciclado já é ferro metálico, pelo que não necessita da etapa de redução no alto-forno. O seu teor de elementos de liga residuais, o nível de contaminação, a forma física e a proporção na carga afetam a operação do forno e a composição química resultante. O DRI é produzido pela redução do minério de ferro no estado sólido, habitualmente com um gás redutor. Ao contrário da gusa líquida de alto-forno, não foi fundido durante a redução e conserva uma estrutura porosa. A gusa líquida fornecida a um EAF é ferro líquido, ou ferro produzido anteriormente num forno de redução, e introduz carbono e energia térmica na corrida.

O EAF funde a carga e permite controlar a oxidação, a formação de escória e a temperatura. A injeção de oxigénio, a adição de carbono, a prática de escória espumosa e a potência elétrica são coordenadas para atingir a composição pretendida da corrida. Após a vazada, a metalurgia secundária em panela pode incluir desoxidação, adição de ligas, desgaseificação sob vácuo, modificação das inclusões e ajuste final da temperatura. Uma corrida de EAF pode, assim, ser refinada de modo a cumprir requisitos exigentes, enquanto uma instalação integrada pode produzir aços com propriedades muito diferentes através de alterações na composição química, na lingotagem, na laminagem e no tratamento térmico.

O processo, por si só, não determina a resistência, a tenacidade, a soldabilidade ou o desempenho à fadiga. Um grau estrutural de baixa liga produzido por EAF e o mesmo grau produzido por BOF podem cumprir a mesma especificação do produto, desde que sejam satisfeitos os requisitos especificados de composição química, propriedades mecânicas, limpidez e processamento. Inversamente, dois produtos provenientes do mesmo EAF podem diferir substancialmente se um for normalizado e o outro for temperado e revenido, ou se as suas espessuras de produto e velocidades de arrefecimento forem diferentes.

As normas impõem, por vezes, requisitos relacionados com o processo. A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço de liga, trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas, e identifica a produção em forno Siemens-Martin, em forno de oxigénio básico e em forno elétrico como vias de processamento da fusão permitidas. A ASTM A508/A508M-16 adota uma posição mais específica para peças forjadas de aço de carbono e de liga, tratadas sob vácuo, temperadas e revenidas, destinadas a componentes de recipientes sob pressão: exige fabrico em forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão.[^5] Tal requisito é uma condição de conformidade, não uma prova de que todos os produtos de EAF ou BOF tenham o mesmo desempenho.

Aço bruto, lingotagem e processamento a jusante

O aço bruto é aço líquido após a produção primária de aço e antes de se transformar num produto semiacabado lingotado. É transferido para uma panela, onde a metalurgia secundária estabelece a composição química, a limpidez e a temperatura de lingotagem. A panela pode alimentar um distribuidor, que atua como reservatório e distribui o aço para a coquilha de uma máquina de lingotagem contínua.[5][5] Steelmaking process. World Steel Association. World Steel Association technical resource, 2024.

A lingotagem contínua transforma o aço fundido em placas, biletes ou blocos.[^1] A coquilha é refrigerada a água e aberta na parte superior e inferior. Forma-se uma pele sólida contra a parede da coquilha, enquanto o aço líquido permanece no interior. Rolos suportam e extraem a linha; sprays intensificam o arrefecimento abaixo da coquilha até que a secção esteja suficientemente solidificada. Maçaricos oxicombustíveis ou equipamentos mecânicos cortam a linha ao comprimento.

As placas alimentam geralmente as linhas de produtos planos e são laminadas para produzir chapa grossa, banda ou chapa fina. Os biletes alimentam habitualmente as linhas de barras e de fio-máquina. Os blocos, que têm secções maiores, podem alimentar perfis estruturais, carris ou barras pesadas, embora a terminologia e os limites dimensionais dependam da instalação e da norma. A prática de lingotagem afeta a segregação, a porosidade, as inclusões e os defeitos superficiais. Essas características podem ser posteriormente reduzidas por reaquecimento, laminagem, corte das extremidades, beneficiação ou forjamento, mas não são automaticamente eliminadas.

O processamento a jusante começa pelo reaquecimento quando é necessária laminagem a quente. A laminagem comprime a secção lingotada entre cilindros, reduz a espessura ou a secção transversal e altera a forma e a estrutura interna. A laminagem controlada e o arrefecimento acelerado podem refinar os grãos e desenvolver a resistência necessária sem um tratamento completo de normalização separado. As chapas, barras, o fio-máquina e os perfis estruturais podem depois ser submetidos a endireitamento, remoção de carepa, descasque, retificação, corte ou outras operações superficiais.

O forjamento segue uma via de deformação diferente. Um bilete, bloco ou lingote é aquecido e comprimido entre matrizes ou sob uma prensa, produzindo um fluxo direcional e uma forma que pode não ser adequada para laminagem. A ASTM A668/A668M-16 classifica as peças forjadas segundo o tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida.[^6] Estas são condições de fornecimento, não designações da produção BF-BOF ou EAF.

O processo final é, consequentemente, uma cadeia: o minério ou o aço reciclado entra na etapa de produção de ferro ou de fusão; o metal fundido é refinado em aço bruto; o aço líquido é lingotado; e a secção semiacabada é laminada ou forjada antes de qualquer tratamento térmico final e preparação superficial especificados. A BS EN 10025-3:2019 aborda produtos de aço estrutural de grão fino, soldáveis e laminados a quente, fornecidos na condição normalizada ou laminada de normalização, enquanto a DIN EN 10025-6:2023-06 abrange aços estruturais laminados a quente, de elevada resistência ao escoamento, fornecidos na condição temperada e revenida.[^7] A mesma família geral de aços pode, portanto, sair da produção com obrigações diferentes, porque a sua via de processamento após a lingotagem e a sua condição de fornecimento definida são diferentes.

[^1]: World Steel Association, “Steelmaking process,” 2024. [^2]: ISO 683-1:2016. [^3]: U.S. Environmental Protection Agency, AP-42, “Iron and Steel Production,” 1995. [^4]: World Steel Association, “Raw materials,” 2024. [^5]: ASTM A434/A434M-24; ASTM A508/A508M-16. [^6]: ASTM A668/A668M-16. [^7]: BS EN 10025-3:2019; DIN EN 10025-6:2023-06.

Como a Rota de Fusão e a Metalurgia Secundária Afetam o Produto

Fabrico primário do aço versus refinação secundária

A rota do forno estabelece a forma como os materiais que contêm ferro se transformam em aço líquido, mas não define, por si só, o produto acabado. A World Steel Association identifica duas rotas principais: a rota do forno de alto-forno–forno de oxigénio básico (BF–BOF) e a rota do forno de arco elétrico (EAF) (World Steel Association, 2024). Na rota integrada, utilizam-se minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado. O alto-forno produz gusa líquida rica em ferro; o forno de oxigénio básico refina depois essa gusa líquida com oxigénio e sucata. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu a mesma distinção em 1995: o processo de oxigénio básico refina a gusa líquida do alto-forno com sucata, enquanto o processo do forno de arco elétrico constitui uma rota de fabrico de aço distinta.

Um EAF funde uma carga constituída principalmente por aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida, utilizando energia elétrica. Esta descrição identifica o método de fusão primária, não a limpeza final, a população de inclusões, a estrutura dos grãos ou o desempenho mecânico. Duas corridas produzidas em EAF podem diferir substancialmente porque os seus materiais de entrada — sucata ou ferro diretamente reduzido —, a prática de oxidação, o controlo da escória, as adições de ligas, a temperatura de vazamento e o tratamento a jusante podem ser diferentes. O mesmo se aplica a duas corridas produzidas em BOF.

Após o fabrico primário do aço, a corrida líquida pode ser submetida a metalurgia secundária numa panela. O tratamento no forno-panela ajusta a temperatura e a composição química, promove a dessulfuração, modifica as inclusões com cálcio ou outras adições e permite ajustar mais rigorosamente os elementos de liga do que seria praticável durante a operação principal de fusão. A agitação com árgon ajuda a misturar o banho e favorece a ascensão das inclusões não metálicas para a escória. Estas operações afetam o aço que será posteriormente lingotado, forjado ou laminado, embora a rota do forno do aço continue a ser “BOF” ou “EAF”.

O lingotamento e a deformação acrescentam uma história adicional. A World Steel Association afirma que o lingotamento contínuo transforma o aço líquido em placas, biletes e blocos, que são depois laminados para produzir produtos planos e longos. A forjagem altera a forma e a estrutura interna de modo diferente da laminagem, especialmente através da deformação localizada e da redução da porosidade de lingotamento. Assim, a condição de fornecimento combina mais do que o nome do forno. A ISO 683-1:2016, por exemplo, especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e forjados em condições definidas de tratamento térmico e de superfície.

O tratamento térmico constitui uma etapa separada da cadeia. A ASTM A668/A668M-16 classifica os forjados de aço-carbono e aço ligado segundo o tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada–temperada e revenida. “Temperada e revenida” descreve um estado térmico, não uma rota de forno. Um aço forjado a partir de uma corrida de EAF e um aço forjado a partir de uma corrida de BOF podem ser ambos fornecidos no estado temperado e revenido, embora os seus elementos residuais, inclusões e teores de gases não tenham necessariamente de ser idênticos.

Tratamento em vácuo, limpeza e gases dissolvidos

O tratamento em vácuo é um processo secundário destinado a controlar os gases dissolvidos e, em algumas operações, as inclusões. Sob pressão reduzida, o hidrogénio e o azoto dissolvidos tornam-se menos solúveis no aço líquido; a agitação e a exposição da massa fundida ao vácuo ajudam a removê-los. O controlo do hidrogénio é importante porque o excesso de hidrogénio pode contribuir para a formação de flocos, fissuração interna ou danos retardados em secções espessas suscetíveis. O controlo do oxigénio é importante por outra razão: o oxigénio dissolvido reage com as adições desoxidantes e contribui para a formação de inclusões de óxidos. O tratamento em vácuo não significa que todas as inclusões desapareçam, nem substitui o controlo das matérias-primas, do arrastamento de escória, do lingotamento e do reaquecimento.

A desgaseificação em vácuo e a refusão por arco elétrico em vácuo são operações diferentes. A desgaseificação em vácuo trata uma corrida líquida, normalmente numa panela ou num recipiente de vácuo, antes do lingotamento. A fusão por indução em vácuo funde e refina uma carga sob vácuo ou numa atmosfera controlada. A refusão por arco elétrico em vácuo (VAR) volta então a fundir um elétrodo consumível sob vácuo, produzindo um novo lingote com solidificação controlada. A refusão por eletroescória (ESR) utiliza uma escória condutora para voltar a fundir um elétrodo e pode melhorar o controlo das inclusões e a estrutura de solidificação. Estas rotas de refusão não são simplesmente versões mais intensas da fusão em EAF; são etapas adicionais, com controlos e limitações próprios.

Por conseguinte, “aço limpo” deve ser entendido como uma condição metalúrgica medida, não como sinónimo de um determinado forno. As evidências relevantes podem incluir resultados relativos ao hidrogénio, ao oxigénio e ao azoto; oxigénio total; enxofre; fósforo; classificações de inclusões; resultados de macroataque; exame ultrassónico; e ensaios mecânicos longitudinais ou transversais. A evidência exigida depende da norma do produto e da especificação de compra. Uma corrida tratada em vácuo pode ainda ser rejeitada devido a segregação, descontinuidades de forjagem ou tratamento térmico inadequado. Inversamente, um produto não submetido a refusão pode cumprir os requisitos especificados quando são satisfeitos os controlos de processo e os ensaios permitidos.

Os forjados destinados a recipientes sob pressão demonstram por que razão os requisitos relativos à rota se tornam, por vezes, explícitos. A ASTM A508/A508M-16 abrange forjados de aço-carbono e aço ligado, tratados em vácuo, temperados e revenidos, destinados a componentes de recipientes sob pressão. A norma exige fabrico num forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. Essa formulação não significa que todos os produtos de EAF sejam tratados em vácuo ou adequados para um recipiente sob pressão. Significa que esta especificação específica estabelece uma rota primária permitida e reconhece depois a refinação secundária ou a refusão como uma rota alternativa no âmbito dos seus requisitos. O produto deve ainda satisfazer as disposições especificadas relativas à composição química, à forjagem, ao tratamento térmico, às propriedades mecânicas e aos exames.

O que as informações sobre a rota podem e não podem demonstrar

Uma designação de rota só pode demonstrar aquilo que é indicado pela norma aplicável, pelo certificado ou pelo registo de fabrico. “EAF” pode identificar o forno de fusão primária, mas, sem informações adicionais, não demonstra a desgaseificação em vácuo, a ESR, a VAR, uma determinada classificação de inclusões, o teor de hidrogénio, o tamanho de grão ou a redução de forjagem. “BOF” não demonstra uma limpeza inferior, tal como “tratado em vácuo” não demonstra que todos os defeitos internos tenham sido eliminados. As alegações relativas à rota devem ser separadas das alegações relativas aos resultados dos ensaios.

Algumas normas deixam em aberto a rota de fusão primária. A ASTM A434/A434M-24 permite a produção em forno Siemens-Martin, forno de oxigénio básico ou forno elétrico de barras de aço ligado, laminadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas. A designação de fornecimento centra-se então na forma do produto, no acabamento, na composição química, no tratamento térmico e nas propriedades exigidas, em vez de tornar obrigatório um determinado forno. A BS EN 10025-3:2019 define condições de fornecimento normalizadas ou laminadas em estado normalizado para produtos de aço estrutural soldável de grão fino, enquanto a DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente fornecidos no estado temperado e revenido. Nenhuma destas condições de fornecimento, por si só, fornece um historial completo da fusão.

Outras normas impõem controlos da rota, como sucede com a ASTM A508/A508M-16. A SAE AMSH6875C também especifica equipamentos, procedimentos, temperaturas e métodos de ensaio de tratamento térmico para quatro classes de aço, demonstrando que a conformidade do processo pode estender-se muito para além da designação do forno. A interpretação prática é simples: uma condição de fornecimento regista um estado tecnicamente definido e os requisitos que lhe estão associados, enquanto a rota de fabrico regista a forma como esse estado foi produzido. Existe sobreposição entre ambas, mas não são intercambiáveis. Apenas a norma aplicável, o certificado do material e, quando exigida, a documentação de processo rastreável podem estabelecer quais as etapas da rota que foram efetivamente realizadas.

Condições de Fornecimento Normalizada e Normalizado-Laminada

“Normalizada” e “normalizado-laminada” descrevem condições metalúrgicas, não simplesmente a designação de produção preferida de uma siderurgia. Cada uma identifica de que forma a estrutura austenítica do aço foi refinada e como o produto acabado atingiu as propriedades mecânicas especificadas. A designação também se insere no âmbito de uma norma de produto: as dimensões, a composição química, a tenacidade ao impacto, as propriedades à tração, o estado da superfície, os ensaios e os desvios admissíveis podem ser todos controlados por essa norma.

O processo de fabrico continua a ser uma questão distinta. A World Steel Association declarou, em 2024, que as duas principais vias de produção do aço são a via do alto-forno–forno de oxigénio básico (BF–BOF) e a via do forno de arco elétrico (EAF). As suas orientações relativas às matérias-primas distinguem uma via integrada, que utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, de uma via EAF, que utiliza principalmente aço reciclado, ferro de redução direta ou gusa líquida e eletricidade. Qualquer uma das vias pode fornecer aço que seja posteriormente vazado e laminado, dando origem a um produto normalizado ou normalizado-laminado, desde que sejam alcançados os controlos necessários da composição química, da limpeza e do processamento.

A lingotagem contínua transforma o aço líquido em placas, biletes ou blocos, que são depois laminados em produtos planos ou longos, de acordo com a World Steel Association (2024). A via de lingotagem, a prática de reaquecimento, o programa de reduções e o historial de arrefecimento afetam a microestrutura inicial, mas não estabelecem, por si só, a condição final de fornecimento. Uma chapa produzida a partir de aço EAF pode ser normalizada; uma chapa produzida através da via BF–BOF pode ser normalizado-laminada. A designação descreve o estado metalúrgico final do produto, não a origem do seu forno.

A normalização como tratamento térmico

A normalização é uma operação distinta de tratamento térmico, realizada após a conformação a quente ou depois de a laminagem ter produzido uma estrutura inadequada ou não uniforme. O aço é aquecido até ao intervalo austenítico, normalmente acima da temperatura crítica de transformação necessária para formar austenite em toda a secção relevante, mantido durante tempo suficiente para que a estrutura se uniformize e, em seguida, arrefecido ao ar calmo. A temperatura e o tempo de manutenção exatos dependem do tipo de aço, da espessura da secção e da prática do forno.

Durante o aquecimento, as estruturas anteriores de ferrite, perlite e deformação são substituídas por austenite. Esta transformação pode dissolver ou redistribuir algumas fases e reduzir as diferenças criadas pela lingotagem, forjamento ou laminagens anteriores. O arrefecimento ao ar transforma então a austenite numa estrutura de ferrite–perlite relativamente fina em muitos aços estruturais não ligados e de baixa liga. O resultado é geralmente mais uniforme ao longo da secção do que uma condição não controlada no estado laminado.

O refinamento do grão é fundamental. Quando os grãos de austenite são reduzidos antes da transformação, os grãos de ferrite formados durante o arrefecimento também são geralmente mais finos. Uma estrutura de grão ferrítico mais fina tende a aumentar a resistência ao escoamento e a melhorar a tenacidade sem depender exclusivamente de um maior teor de carbono. Esse equilíbrio é importante nos aços estruturais soldáveis, nos quais um teor excessivo de carbono e uma elevada temperabilidade da liga podem aumentar o risco de zonas termicamente afetadas duras e de fissuração assistida por hidrogénio.

A normalização pode também reduzir a bandagem e as diferenças entre a superfície e o centro de um produto espesso, embora o grau de homogeneização dependa da segregação original, da dimensão da secção e do ciclo térmico. Não constitui uma garantia de que todas as variações químicas ou microestruturais desapareçam. Uma segregação significativa relacionada com a lingotagem, por exemplo, não pode ser eliminada apenas pelo arrefecimento ao ar.

O termo “normalizada” significa, portanto, que o produto recebeu um tratamento térmico de normalização ou atingiu a condição metalúrgica equivalente, quando a norma de produto aplicável permite essa interpretação. Não significa temperada e revenida. A têmpera utiliza uma velocidade de arrefecimento rápida para formar uma estrutura mais dura; o revenido reduz depois a fragilidade e ajusta a resistência. A DIN EN 10025-6:2023-06 aborda produtos planos laminados a quente fornecidos na condição temperada e revenida, que é uma condição de fornecimento diferente da dos produtos normalizados abrangidos pela BS EN 10025-3:2019.

Outras normas demonstram por que razão a redação deve ser interpretada com precisão. A ISO 683-1:2016 especifica os requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas produzidos a partir de aços não ligados para têmpera e revenido, incluindo condições definidas de tratamento térmico e de superfície. A ASTM A668/A668M-16 classifica separadamente as peças forjadas como recozidas, normalizadas, normalizadas e revenidas, temperadas e revenidas, ou normalizadas, temperadas e revenidas. “Normalizada e revenida” não é intercambiável com “normalizada”; o tratamento adicional de revenido altera a estrutura e a verificação exigida.

A laminagem normalizada como condição de laminagem controlada

A laminagem normalizada permite obter uma estrutura final do tipo normalizado através de laminagem a quente controlada, em vez de um ciclo completo de normalização num forno separado após a laminagem. O programa de laminagem controla o reaquecimento, as reduções por passe, o tempo entre passes e a temperatura de acabamento, de modo que a deformação refine a austenite antes da transformação. Após o passe final, o produto arrefece em condições especificadas e desenvolve uma estrutura equivalente, para efeitos da norma, à obtida por normalização.

A temperatura é decisiva. Se a laminagem terminar a uma temperatura excessivamente elevada, a austenite pode recristalizar e crescer entre passes, reduzindo o efeito de refinamento do grão. Se a deformação ocorrer a uma temperatura mais baixa e controlada dentro do intervalo austenítico, a austenite não recristalizada ou repetidamente refinada pode proporcionar muitos locais de nucleação para a formação de ferrite fina durante o arrefecimento. As propriedades finais refletem então tanto a deformação como a transformação.

A laminagem normalizada não deve ser confundida com a laminagem termomecânica. Na laminagem termomecânica, a deformação é deliberadamente concluída a temperaturas mais baixas e pode prolongar-se até um intervalo em que a recristalização é suprimida; a condição resultante é normalmente designada por TM ou M nas normas aplicáveis. A laminagem normalizada visa, pelo contrário, uma condição equivalente à do material normalizado. A fronteira é definida pela norma aplicável e pela qualificação do processo, não por uma afirmação genérica de que o aço foi “laminado a frio” ou “laminado de forma controlada”.

A distinção também afeta a repetibilidade. Um tratamento de normalização separado pode corrigir algumas variações herdadas da laminagem, mas exige tempo adicional de forno e pode alterar as dimensões, a oxidação e o estado da superfície. A laminagem normalizada procura obter a estrutura exigida durante o próprio programa de trabalho a quente. Nenhuma das vias é automaticamente superior: o tipo de aço especificado, a espessura, a geometria da secção, o requisito de tenacidade e os ensaios de aceitação determinam se o material fornecido está conforme.

BS EN 10025-3:2019 e aços estruturais de grão fino

A BS EN 10025-3:2019 estabelece as condições técnicas de fornecimento para produtos planos e longos laminados a quente, produzidos a partir de aços estruturais soldáveis de grão fino, fornecidos na condição normalizada ou normalizado-laminada. Abrange espessuras até 250 mm, inclusive. Trata-se de uma obrigação estabelecida pela norma de produto, e não apenas de uma descrição da sequência de operações utilizada pelo produtor.

Os tipos de aço especificados são S275N, S275NL, S355N, S355NL, S420N, S420NL, S460N e S460NL. A letra N identifica a condição de fornecimento normalizada ou normalizado-laminada. O sufixo L identifica a qualidade de tenacidade ao impacto a baixa temperatura. Em termos práticos, as qualidades N e NL impõem requisitos diferentes de impacto Charpy, exigindo a qualidade NL um desempenho a uma temperatura de ensaio inferior à da qualidade N. A temperatura de ensaio exata, a energia absorvida, a posição de amostragem e as regras de aceitação devem ser consultadas na edição da norma e na forma do produto aplicáveis.

Os tipos de aço da norma não são definidos apenas pelo valor nominal da tensão de cedência. A espessura afeta o valor especificado da tensão de cedência, e os intervalos de resistência à tração, o alongamento, os limites químicos, os controlos da composição relacionados com a soldabilidade e as propriedades de impacto também fazem parte da conformidade. Uma chapa espessa de S460NL e uma chapa mais fina de S460NL partilham, por isso, a mesma designação do tipo de aço, mas continuam sujeitas a requisitos dependentes da espessura.

O certificado de fornecimento deve, consequentemente, identificar a norma, o tipo de aço, a qualidade, a forma do produto, as dimensões, a referência da corrida ou do vazamento, a condição de fornecimento e os resultados dos ensaios. “S355”, sem o sufixo e sem a norma, é uma indicação incompleta. S355N fornecido segundo a BS EN 10025-3:2019 não constitui a mesma declaração técnica que um produto S355 genérico, nem é, por defeito, equivalente a S355NL, a S355 temperado e revenido ou a um tipo de aço laminado termomecanicamente.

É por isso que as condições normalizada e normalizado-laminada devem constar da especificação, e não apenas da descrição informal de um fornecedor. O processo estabelece de que forma a estrutura foi produzida; a norma estabelece o que o produto fornecido deve demonstrar.

Aço temperado e revenido: da austenite à condição de serviço

O aço temperado e revenido (Q&T) é definido por uma sequência, e não pela afirmação vaga de que um produto foi “tratado termicamente”. O material é primeiro aquecido até à gama austenítica, mantido durante tempo suficiente para a transformação necessária e para a homogeneização química, arrefecido rapidamente para formar martensite e, em seguida, reaquecido abaixo da temperatura de transformação crítica inferior para o revenido. A condição final depende da composição química do aço, da dimensão da secção, da prática de forno, da severidade da têmpera, dos parâmetros de revenido, do estado superficial e dos requisitos associados à norma do produto.

Esta distinção é importante porque a rota de fabrico e o tratamento metalúrgico descrevem partes diferentes da cadeia de produção. A World Steel Association identifica a rota de alto-forno–convertedor de oxigénio básico e a rota de forno de arco elétrico como as duas principais rotas de produção de aço (2024). A lingotagem contínua produz depois placas, biletes ou blocos, que podem ser laminados para obter produtos planos ou longos. O tratamento Q&T pode seguir qualquer uma destas rotas; não é sinónimo de aço produzido em forno de arco elétrico, aço ligado ou qualquer forma específica de produto. Uma condição de fornecimento definida por uma norma acrescenta outra camada, ao especificar o que o fornecedor deve fornecer e demonstrar.

Austenitização, têmpera e transformação martensítica

Durante a austenitização, a ferrite, a perlite ou outros constituintes iniciais transformam-se em austenite, a fase cúbica de faces centradas que consegue dissolver substancialmente mais carbono do que a ferrite. O aço deve atingir uma temperatura adequada e permanecer nela durante um período controlado. Um aquecimento ou tempo de manutenção insuficientes podem deixar carbonetos não dissolvidos e falta de uniformidade química. Uma temperatura excessiva ou uma exposição prolongada podem aumentar o tamanho dos grãos de austenite, incrementar a distorção e prejudicar a tenacidade.

O controlo do forno faz, portanto, parte da metalurgia e não é um simples pormenor administrativo. A carga pode não atingir o valor de referência do forno ao mesmo tempo que a atmosfera envolvente, e as secções espessas aquecem mais lentamente do que as finas. A colocação dos termopares, a uniformidade do forno, o espaçamento entre cargas e o tempo de transferência entre o forno e o meio de têmpera afetam o ciclo térmico. A SAE AMSH6875C, por exemplo, estabelece requisitos de tratamento térmico para quatro classes de aço e aborda o equipamento de forno, os procedimentos, as temperaturas e os métodos de ensaio. A afirmação de que um componente foi “austenitizado” não oferece qualquer garantia útil se a especificação aplicável não controlar também estas variáveis.

A têmpera arrefece a austenite suficientemente depressa para suprimir produtos de transformação por difusão, como a perlite grosseira e, a temperaturas adequadas, a bainite. A austenite sofre então uma transformação predominantemente sem difusão em martensite. O carbono permanece retido numa rede tetragonal de corpo centrado distorcida, produzindo elevada dureza e resistência, mas também tensões internas substanciais e ductilidade limitada no estado temperado. Pode permanecer alguma austenite não transformada, sobretudo quando a composição química reduz a temperatura de início da formação de martensite ou quando o percurso de arrefecimento não é suficiente para concluir a transformação.

TemperabilidadeTemperabilidade Capacidade do aço para formar uma estrutura de transformação dura até uma determinada profundidade, em condições de arrefecimento especificadas; não é o mesmo que a dureza superficial máxima.

O resultado não é determinado apenas pelo teor nominal de carbono. A temperabilidade descreve a capacidade de um aço para formar martensite até uma determinada profundidade sob condições de arrefecimento especificadas; é diferente da dureza máxima que pode ser obtida à superfície. Elementos de liga como o manganês, o crómio, o molibdénio e o níquel geralmente retardam as transformações por difusão, embora os seus efeitos dependam da concentração e das interações com o carbono e com outros elementos de liga. Um aço de elevada temperabilidade pode desenvolver uma estrutura martensítica a uma distância maior da superfície temperada do que um aço de menor temperabilidade com teor de carbono semelhante.

A têmpera também cria um problema mecânico. A superfície arrefece e contrai-se antes do interior, enquanto a própria transformação altera o volume. As tensões térmicas e de transformação resultantes podem causar distorção, tensões residuais ou fissuração. A têmpera deve, por isso, ser suficientemente severa para produzir a estrutura especificada sem impor tensões desnecessárias. A água, as soluções poliméricas, o óleo, o gás e outros meios proporcionam diferentes históricos de extração de calor; a mesma qualidade e o mesmo tratamento nominal podem produzir resultados diferentes quando se altera o meio, a temperatura ou a circulação.

Revenido e equilíbrio entre resistência e tenacidade

O revenido reaqueçe o aço temperado até uma temperatura controlada inferior à temperatura à qual se formaria novamente a austenite. O tempo e a temperatura permitem que o carbono abandone a martensite sobressaturada, possibilitam a precipitação de carbonetos e reduzem a distorção da rede e as tensões residuais criadas pela têmpera. A microestrutura transforma-se em martensite revenida, embora a população exata de carbonetos e a condição da matriz dependam da composição do aço e do ciclo de revenido.

À medida que aumentam a temperatura ou o tempo de revenido, a dureza e a resistência à tração geralmente diminuem em relação ao nível do estado temperado, enquanto a ductilidade, a tenacidade ao impacto e a estabilidade dimensional melhoram. Não se trata de uma simples permuta em que todas as propriedades variam à mesma velocidade. As adições de liga podem retardar o amolecimento, promover a formação de carbonetos de liga ou alterar a resistência ao revenido. Alguns aços também apresentam fragilização pelo revenido em determinadas exposições de temperatura e tempo, pelo que o ciclo especificado pode incluir restrições ao arrefecimento ou à utilização de uma determinada gama de revenido.

A condição escolhida é, consequentemente, uma decisão relacionada com o serviço. Um veio, um forjamento para um recipiente sob pressão e uma chapa estrutural podem ser todos descritos como Q&T, mas os respetivos requisitos de resistência, energia de impacto, gama de espessuras, qualidade superficial e locais de ensaio podem diferir. Uma designação de produto deve ser lida em conjunto com a sua norma, qualidade, dimensões e classe de qualidade. A ISO 683-1:2016 especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e forjados fabricados a partir de aços não ligados destinados a têmpera e revenido, incluindo condições de tratamento térmico e de superfície definidas. Não transforma todos os aços tratados termicamente num produto ISO 683-1.

A ASTM A668/A668M-16 demonstra por que razão a formulação é importante no caso dos forjados. A norma distingue as condições de fornecimento recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida. “Normalizada e revenida” não é permutável com “temperada e revenida”: a normalização produz uma estrutura inicial e um histórico de arrefecimento diferentes, e as propriedades resultantes podem diferir mesmo quando é utilizada posteriormente uma operação de revenido.[6][6] Hot rolled products of structural steels — Part 6. DIN Media. DIN EN 10025-6:2023-06, 2023.

A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevada resistência ao escoamento fornecidos na condição temperada e revenida. A condição de fornecimento tem implicações nas propriedades mecânicas especificadas e na sua verificação, e não apenas na passagem pelo forno. A condição superficial, as tolerâncias dimensionais, os requisitos de impacto e as obrigações de ensaio continuam a fazer parte da especificação do produto.

Por que razão a dimensão da secção e a prática de arrefecimento são importantes

Uma placa ou um forjamento não arrefece como um objeto único e uniforme. A superfície contacta diretamente com o meio de têmpera, enquanto o calor tem de se deslocar do centro para a superfície. Quanto mais espessa for a secção, mais tempo o centro permanece a uma temperatura elevada e menor pode ser a velocidade efetiva de arrefecimento no núcleo. A superfície pode, por isso, tornar-se predominantemente martensítica, enquanto o centro contém uma proporção maior de bainite, perlite ou produtos de transformação revenidos, dependendo da qualidade e das condições de têmpera.

A temperabilidade determina até onde se estende a zona martensítica, mas a espessura do produto determina a dificuldade de arrefecer o interior com rapidez suficiente. Os dois fatores devem ser considerados em conjunto. Uma barra fina de um aço de temperabilidade moderada pode alcançar uma estrutura relativamente uniforme ao longo da secção, enquanto um grande forjamento da mesma corrida pode apresentar uma superfície dura e um núcleo mais macio. As propriedades mecânicas medidas junto da superfície não podem representar automaticamente o centro.

A agitação altera a camada-limite entre o aço quente e o meio de têmpera. Uma circulação forte e uniforme pode aumentar e regularizar a extração de calor; zonas estagnadas podem produzir um arrefecimento mais lento ou desigual. A temperatura do meio de têmpera, a concentração, a contaminação, a orientação da peça, o padrão de carregamento e o atraso na transferência têm efeitos práticos semelhantes. Estas variáveis podem alterar os gradientes de dureza, a distorção e as tensões residuais sem modificar a qualidade nominal indicada no certificado do material.

A prática de forno também é importante antes e depois da têmpera. Uma temperatura de austenitização não uniforme pode produzir um tamanho de grão inconsistente ou uma transformação incompleta, enquanto um tempo de revenido inadequado pode deixar tensões residuais excessivas. Podem ser exigidas várias operações de revenido por uma determinada especificação ou procedimento, mas o número e as condições não devem ser presumidos com base na expressão “Q&T”.

A rota de fabrico continua a desempenhar um papel distinto. A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço ligado temperadas e revenidas, obtidas por conformação a quente e acabadas a frio, e identifica as rotas de processamento de fusão em forno de soleira aberta, convertedor de oxigénio básico e forno elétrico como rotas permitidas. A ASTM A508/A508M-16 aborda forjados de aço-carbono e aço ligado, tratados sob vácuo, temperados e revenidos, destinados a componentes de recipientes sob pressão, e exige fabrico em forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. Estes requisitos demonstram que a rota de produção do aço, o tratamento térmico e a condição de fornecimento podem estar relacionados por uma especificação, mas não são descrições permutáveis. Uma interpretação fiável identifica os três elementos sempre que a norma o exija: como o aço foi produzido, como a sua estrutura foi alterada e em que condição foi fornecido.

ISO 683-1:2016 e aços não ligados para têmpera e revenido

A ISO 683-1:2016 é uma norma relativa aos requisitos técnicos de fornecimento de aços não ligados destinados a têmpera e revenido. Não descreve um único processo fabril nem uma única condição final. Em vez disso, relaciona os tipos de aço com as formas dos produtos, os estados de tratamento térmico, as condições superficiais, a composição química, as propriedades mecânicas e, quando especificado, os requisitos de temperabilidade.

Esta distinção é importante. Uma designação como C45 não indica, por si só, se o material foi fornecido sob a forma de barra laminada a quente, peça forjada normalizada ou produto temperado e revenido com superfície maquinada. Esses pormenores fazem parte da descrição completa da encomenda e da inspeção.

Produtos abrangidos pela ISO 683-1

A ISO 683-1:2016 abrange produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fabricados a partir de aços não ligados para têmpera e revenido. A forma do produto não é um pormenor meramente administrativo: determina as tolerâncias dimensionais aplicáveis, as disposições relativas aos ensaios, os critérios de aceitação da superfície e, em muitos casos, a dimensão da secção utilizada nos ensaios mecânicos.

Os produtos semiacabados podem ser submetidos posteriormente a operações de forjamento ou laminagem. As barras podem ser laminadas a quente, forjadas ou fornecidas numa condição posteriormente maquinada, consoante a especificação do produto. O fio-máquina é produzido para posterior trefilagem, conformação ou tratamento térmico. Os produtos planos e as peças forjadas têm geometrias de secção e históricos de arrefecimento diferentes; por isso, não se pode esperar que a mesma composição nominal produza propriedades idênticas em todas as formas.

A família de aços inclui tipos não ligados conhecidos, designados por símbolos como C22E, C35E, C45E, C55 e C60, sujeitos às tabelas exatas dos tipos e às regras de designação da edição aplicada. O número está geralmente relacionado com o teor nominal de carbono em centésimos de percentagem, enquanto a letra E identifica um teor máximo especificado de enxofre no sistema de designação utilizado para determinados tipos. A designação corresponde apenas à identidade química. Não representa a condição completa de fornecimento.

A via de fabrico situa-se num nível anterior ao desta norma. Em 2024, a World Steel Association declarou que as duas principais vias de produção de aço são a via do alto-forno-forno de oxigénio básico e a via do forno de arco elétrico. As suas orientações relativas às matérias-primas identificam o minério de ferro, o carvão metalúrgico, o calcário e o aço reciclado para a via integrada, enquanto a via do forno de arco elétrico utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida e eletricidade. Em 1995, a U.S. Environmental Protection Agency descreveu o processo de oxigénio básico como a afinação de ferro fundido proveniente do alto-forno com sucata, tratando a produção em forno de arco elétrico como uma via siderúrgica distinta.

O nome da via não substitui a condição de fornecimento definida pela ISO. Após a produção do aço, a lingotagem contínua pode produzir placas, biletes ou blocos, que são posteriormente laminados para obtenção de produtos planos ou longos, conforme explica a World Steel Association. Um comprador que especifique a ISO 683-1 tem ainda de identificar o produto, o tipo de aço, o tratamento e o estado superficial pretendidos. A via de fusão pode ser restringida por outra especificação ou pelo contrato, mas não deve ser inferida a partir de “normalizado” ou “temperado e revenido”.

Condições definidas de tratamento térmico e de superfície

A ISO 683-1 estrutura o fornecimento em torno de estados metalúrgicos definidos. O material normalizado é aquecido acima do intervalo crítico de transformação e arrefecido ao ar em condições controladas. O tratamento refina e homogeneíza a estrutura após operações de laminagem, forjamento ou outro trabalho a quente. Nestes aços-carbono, produz geralmente uma estrutura ferrítico-perlítica, embora o tamanho de grão resultante e os valores mecânicos dependam da composição, da dimensão da secção e das condições de arrefecimento.

O material temperado e revenido recebe dois tratamentos. A têmpera arrefece o aço austenitizado suficientemente depressa para formar um produto de transformação duro, normalmente martensite em secções adequadas. O revenido aquece então novamente o aço a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior de transformação, de modo a reduzir as tensões resultantes da têmpera e ajustar a resistência, a ductilidade e a tenacidade. Por conseguinte, as propriedades finais não são determinadas apenas pelo teor de carbono.

A norma distingue também o fornecimento normalizado e revenido quando essa condição é especificada. O revenido após a normalização pode reduzir as tensões residuais e modificar o equilíbrio entre resistência e ductilidade sem utilizar a mesma via de transformação da têmpera direta. Outros estados de fornecimento, incluindo condições recozidas ou não tratadas quando permitidas para o produto e o tipo de aço, podem apresentar diferenças significativas de dureza, maquinabilidade e resistência no estado de fornecimento.

A condição superficial deve ser indicada juntamente com o estado de tratamento térmico. Uma superfície trabalhada a quente pode conservar carepa de laminação e material descarbonizado. Uma superfície decapada ou sem carepa teve a carepa removida, enquanto superfícies descascadas, torneadas, retificadas ou de outro modo maquinadas removem parte ou a totalidade da camada exterior e podem impor requisitos mais rigorosos relativos às dimensões e aos defeitos. As descrições exatas das superfícies permitidas e as regras de aceitação dependem da forma do produto e das tabelas ISO relevantes.

É por isso que “aço C45” constitui informação de engenharia incompleta. O C45 fornecido laminado a quente e não tratado não é equivalente, em serviço ou em termos de comportamento durante a maquinagem, ao C45 fornecido temperado e revenido. Uma camada superficial alterada por descarbonização também pode ser relevante quando a fadiga, as tensões de contacto ou a precisão dimensional são importantes. O tipo de aço químico pode ser idêntico; o material fornecido não é.

Outras normas demonstram o mesmo princípio. A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos de aço estrutural de grão fino soldável fornecidos normalizados ou laminados normalizados, enquanto a DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente fornecidos temperados e revenidos. A ASTM A668/A668M-16 enumera as condições de forjamento recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida e normalizada-temperada-e-revenida. Estas são classificações de fornecimento, não descrições intercambiáveis do forno de produção do aço.

Leitura dos requisitos em conjunto com a designação do tipo de aço

Uma descrição de material conforme deve ser lida como uma sequência: norma, tipo de aço, forma do produto, tratamento térmico de fornecimento, condição superficial, dimensões e requisitos de inspeção. Por exemplo, “ISO 683-1, C45E, barra, temperada e revenida, superfície maquinada” comunica substancialmente mais do que “C45”. A encomenda deve também identificar a tabela de propriedades mecânicas aplicável, a direção ou localização do ensaio, a dimensão da secção e qualquer requisito de temperabilidade.

Os valores mecânicos indicados numa norma de fornecimento são condicionais. A resistência à tração, o limite de elasticidade, o alongamento, a redução de área, as propriedades de impacto quando especificadas e a dureza podem variar com o diâmetro ou a espessura, porque o centro de uma secção de grandes dimensões arrefece mais lentamente do que a sua superfície. Por conseguinte, uma barra temperada e revenida não pode ser avaliada com base num valor aplicável a uma secção pequena sem verificar o intervalo dimensional relevante. O material normalizado apresenta a mesma questão, embora a sua via de arrefecimento seja menos severa.

A análise química confirma o tipo de aço, mas não confirma o tratamento térmico. Os ensaios mecânicos ajudam a confirmar o estado de fornecimento, mas não estabelecem, por si só, a via de produção no forno. A inspeção superficial e as verificações dimensionais abrangem ainda outra parte da conformidade. Estes registos respondem a questões diferentes.

O contraste com as especificações ASTM é útil. A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço ligado, trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas, e permite vias de fusão em forno de soleira aberta, forno de oxigénio básico e forno elétrico. Em contrapartida, a ASTM A508/A508M-16 aborda peças forjadas de aço-carbono e aço ligado, temperadas e revenidas e tratadas sob vácuo, destinadas a componentes de vasos de pressão, e exige fabrico em forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. O requisito é explícito porque a especificação o torna relevante; a ISO 683-1 não deve ser interpretada como impondo tacitamente a mesma restrição.

Para a ISO 683-1, a condição de fornecimento constitui, portanto, um conjunto técnico controlado. A composição química do tipo de aço identifica o aço produzido; a forma do produto regista o modo como é fornecido; o tratamento térmico estabelece o estado metalúrgico; a condição superficial define o material exterior e o acabamento; e os requisitos mecânicos e de inspeção determinam se o fornecimento está conforme. Deixar algum destes elementos por especificar pode transformar uma designação aparentemente precisa num requisito incompleto.

Condições de fornecimento de aços estruturais segundo a EN 10025

Uma condição de fornecimento não é simplesmente a descrição, feita pela siderurgia, da forma como o aço foi produzido. Na EN 10025, estabelece a ligação entre a forma do produto, o grau e a qualidade especificados, o intervalo de espessuras, o estado de tratamento térmico, os requisitos da superfície, as propriedades mecânicas e as obrigações de inspeção. Por conseguinte, a designação só adquire significado técnico no âmbito da norma de produto relevante.

Esta limitação é importante porque a expressão “aço estrutural” abrange várias famílias de produtos diferentes. Uma chapa de grão fino normalizada segundo a BS EN 10025-3:2019 não é intercambiável com uma chapa de elevada resistência ao escoamento, temperada e revenida, segundo a DIN EN 10025-6:2023-06, mesmo quando ambas são utilizadas em estruturas soldadas e contêm elementos de liga semelhantes. Além disso, nenhuma das duas designações identifica, por si só, a rota de produção do aço.

A World Steel Association afirma que as duas principais rotas de produção de aço são a rota do alto-forno–forno de oxigénio básico (BF-BOF) e a rota do forno de arco elétrico (EAF). A rota integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado; a rota EAF utiliza principalmente aço reciclado, ferro de redução direta ou metal quente e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency distingue igualmente o processo de oxigénio básico, que refina ferro fundido proveniente do alto-forno com sucata, da produção de aço em EAF. Estas são rotas de produção do metal fundido. Em seguida, a lingotagem contínua converte o aço fundido em placas, biletes ou blocos, que são posteriormente laminados para produzir produtos planos ou longos.

Uma norma de produto pode permitir mais do que uma rota de produção do metal fundido, continuando a prescrever a condição final de fornecimento. Inversamente, uma determinada rota de produção do metal fundido não garante uma condição específica de tratamento térmico.

BS EN 10025-3:2019 e o fornecimento no estado normalizado

A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos planos e longos laminados a quente, fabricados a partir de aços estruturais soldáveis de grão fino e fornecidos no estado normalizado ou laminado normalizado. O seu âmbito inclui graus e qualidades especificados para espessuras de produto até 250 mm. As designações típicas incluem S275N, S275NL, S355N, S355NL, S420N, S420NL, S460N e S460NL, sob reserva dos requisitos relativos ao produto, à espessura e à qualidade estabelecidos na norma.

A letra N identifica a condição de fornecimento normalizada ou laminada normalizada. A designação de qualidade L indica um requisito especificado de resistência ao impacto a baixa temperatura, diferente do requisito correspondente da qualidade sem L. Estes sufixos não são aditamentos meramente decorativos. Identificam requisitos que afetam a documentação de aquisição, os ensaios e a verificação do projeto.

A normalização é um tratamento térmico no qual o aço é aquecido até ao intervalo austenítico e arrefecido ao ar em condições controladas. Após a laminagem, o tratamento refina e uniformiza a microestrutura ferrítico-perlítica. Na laminagem normalizada, o plano de laminagem é controlado de modo que a deformação final ocorra num intervalo de temperaturas que produza uma condição estrutural comparável; não é necessariamente realizada uma operação separada de normalização num forno. As duas rotas estão, portanto, relacionadas, mas não correspondem a históricos de processamento idênticos.

O objetivo metalúrgico é obter uma estrutura de grão fino razoavelmente uniforme, com limite de elasticidade, resistência à tração, alongamento e comportamento ao impacto previsíveis em todo o intervalo de espessuras especificado. Os teores de carbono e de elementos de liga, as adições de refinação do grão, como nióbio, vanádio ou titânio, a prática de laminagem e o histórico de arrefecimento contribuem para o resultado. O fornecimento no estado normalizado não é equivalente ao fornecimento no estado recozido, nem substitui a têmpera e o revenido quando o projeto exige a maior resistência associada a uma condição Q.

No que respeita à soldadura, os requisitos da norma relativos ao grão fino e à soldabilidade devem ser considerados conjuntamente com os controlos de espessura e de carbono equivalente. Uma chapa marcada S355NL não é avaliada apenas com base na sua classe nominal de limite de elasticidade. A sua designação de qualidade, a temperatura do ensaio de impacto, a espessura do produto, o certificado de inspeção e os limites químicos aplicáveis também fazem parte do registo de conformidade. A EN 10025-3 define uma categoria de produto; não certifica todas as chapas comercializadas como “aço estrutural normalizado”.

DIN EN 10025-6:2023-06 e o fornecimento temperado e revenido

A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevado limite de elasticidade, fornecidos no estado temperado e revenido. A forma do produto é mais restrita do que na EN 10025-3: esta parte trata de produtos planos, e não da combinação completa de produtos planos e longos abrangida pela parte relativa aos aços de grão fino normalizados.

Os símbolos da condição de fornecimento utilizam Q para aço temperado e revenido. Consoante o requisito de impacto especificado, as designações incluem formas como S460Q, S460QL e S460QL1, com famílias correspondentes que se estendem a classes de resistência superiores, como S500, S550, S620, S690, S890 e S960, quando abrangidas pela norma e pelos limites de espessura relevantes. O grau, a qualidade e a espessura exatos devem ser confirmados com base na edição em vigor e na documentação da encomenda; uma referência genérica a “aço Q” é insuficiente.

A têmpera transforma o aço austenitizado numa estrutura dura, predominantemente martensítica ou contendo martensite, através de um arrefecimento rápido. Esta condição proporciona uma elevada resistência, mas também pode aumentar a dureza, as tensões residuais e a suscetibilidade à fissuração assistida por hidrogénio se os controlos de soldadura forem inadequados. Após a têmpera segue-se o revenido. Este reaquecimento do aço ocorre abaixo do intervalo de transformação, reduzindo a fragilidade excessiva e ajustando a resistência, a tenacidade e os níveis de tensão residual.

Esta rota explica o contraste principal com o fornecimento no estado normalizado. Os graus normalizados obtêm geralmente o equilíbrio especificado entre resistência e tenacidade através da composição, combinada com laminagem controlada ou arrefecimento ao ar. Os graus Q obtêm uma maior capacidade de resistência em função da espessura através do endurecimento seguido de revenido. O tratamento não é simplesmente uma designação aplicada após o fabrico: determina a microestrutura que os ensaios mecânicos pretendem representar.

Para uma chapa temperada e revenida, o certificado deve identificar o grau e a qualidade, a espessura, o número de corrida, a análise química, os resultados dos ensaios de tração, os resultados dos ensaios de impacto quando exigidos e a comprovação de que foi aplicado o tratamento requerido. Operações adicionais de conformação, soldadura ou aquecimento para alívio de tensões realizadas pelo fabricante podem alterar a condição de fornecimento. Por conseguinte, os procedimentos de soldadura necessitam de limites de aporte térmico, pré-aquecimento, temperatura interpasse e controlo do hidrogénio compatíveis com o grau Q e a espessura específicos.

Produtos planos, espessura e aços soldáveis de grão fino

A espessura faz parte da definição técnica, não sendo apenas um pormenor dimensional. O limite de elasticidade pode diminuir à medida que a espessura aumenta, porque o arrefecimento, a transformação e o desenvolvimento do grão são menos uniformes ao longo de uma secção mais espessa. Consequentemente, as tabelas da EN 10025 estabelecem requisitos mecânicos por intervalos de espessura. O nome de um grau sem indicação da espessura não fornece a especificação completa das propriedades.

A distinção entre formas de produto é igualmente importante. A BS EN 10025-3:2019 inclui produtos planos e longos laminados a quente, enquanto a DIN EN 10025-6:2023-06 diz respeito a produtos planos laminados a quente. Um documento de aquisição ou de fabrico que indique apenas “aço estrutural EN 10025” não esclarece qual a parte aplicável, se o material é uma chapa ou um produto longo, nem se a condição requerida é N, NL, Q, QL ou outra qualidade definida.

A condição da superfície também faz parte da especificação de fornecimento. A carepa, a preparação da superfície, as reparações locais, as imperfeições admissíveis e quaisquer requisitos de superfície acordados podem afetar a inspeção e o fabrico, especialmente quando estão envolvidos ensaios ultrassónicos, desempenho à fadiga ou preparação de juntas soldadas. A designação da condição não substitui esses requisitos.

Esta estrutura é comum a várias normas. A ISO 683-1:2016 especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fornecidos em condições definidas de tratamento térmico e de superfície. A ASTM A668/A668M-16 classifica igualmente as peças forjadas segundo o tratamento de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida. A ASTM A508/A508M-16 vai mais longe no caso de peças forjadas especificadas para recipientes sob pressão, exigindo o fabrico básico em forno elétrico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão.

Estes exemplos reforçam o ponto central: a rota de fabrico, o tratamento metalúrgico e a condição de fornecimento definida pelas normas estão relacionados, mas não são intercambiáveis. No caso dos produtos estruturais segundo a EN 10025, a parte da norma, o grau, a qualidade, a forma do produto, a espessura e a condição de fornecimento devem constar todos da descrição técnica. Sem essa combinação, “aço normalizado” ou “aço estrutural temperado e revenido” continua a ser demasiado vago para decisões fiáveis relativas às propriedades ou à conformidade.

Barras, acabamento a frio e ASTM A434/A434M-24

Barras trabalhadas a quente versus barras acabadas a frio

O processo de fabrico e o processo de acabamento de uma barra descrevem fases diferentes da sua história. O trabalho a quente transforma uma secção vazada ou semiacabada numa barra por laminagem, forjamento ou outro processo de deformação realizado a temperatura elevada. Essa deformação reduz a estrutura de vazamento, desfaz a segregação numa escala prática, fecha algumas descontinuidades internas e produz a secção redonda, quadrada, hexagonal ou outra necessária. Estabelece também o padrão geral do fluxo dos grãos e a redução por deformação associada ao produto.

O processo de acabamento ocorre posteriormente, ou pelo menos descreve uma condição separada do produto. Uma barra trabalhada a quente pode conservar a superfície formada durante a laminagem a quente ou o forjamento, juntamente com a carepa e as tolerâncias dimensionais associadas a esse processo. Uma barra acabada a frio é posteriormente trefilada, torneada, retificada, descascada ou submetida a uma combinação destas operações a temperaturas suficientemente baixas para que o aço não sofra a recristalização normal do trabalho a quente. A operação altera o diâmetro ou a geometria da secção transversal, melhora o controlo dimensional e pode produzir uma superfície mais limpa ou mais lisa.

Esta distinção é importante porque o acabamento a frio não é meramente cosmético. A trefilagem e outras deformações a frio podem aumentar o limite de elasticidade e a dureza através do encruamento, reduzindo simultaneamente a ductilidade, a menos que um tratamento térmico subsequente altere a condição do material. Mesmo quando a resistência à tração final é controlada por têmpera e revenido, o trabalho a frio pode alterar as tensões residuais, a retilineidade, a distribuição da dureza e a forma como uma peça maquinada se desloca durante o processamento posterior. O torneamento ou a retificação também podem remover material descarbonetado ou coberto de carepa sem produzir a mesma deformação em massa que a trefilagem. Por conseguinte, “acabada a frio” não identifica um único estado metalúrgico.

A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço-liga temperadas e revenidas, tanto trabalhadas a quente como acabadas a frio. Estas descrições do produto não devem ser reduzidas apenas à qualidade do aço. Uma designação nominal de aço-liga pode ser fornecida como barra trabalhada a quente, com uma determinada superfície e uma determinada gama de tolerâncias, ou como barra acabada a frio, com outra condição superficial, outro requisito dimensional e outro historial de tensões residuais. A condição de fornecimento resulta da combinação da forma do produto, do processamento, do tratamento térmico, do estado superficial, das dimensões e dos ensaios mecânicos especificados.

A ISO 683-1:2016 estabelece a mesma separação geral num campo de produtos mais vasto. Os seus requisitos técnicos de fornecimento abrangem produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fornecidos em condições definidas de tratamento térmico e de superfície. Uma barra descrita como temperada e revenida não é equivalente a uma barra descrita apenas como laminada a quente, normalizada ou trefilada a frio. Estes termos respondem a questões técnicas diferentes.

Requisitos para barras de aço-liga temperadas e revenidas

A têmpera e o revenido constituem uma sequência de tratamento térmico metalúrgico, não uma indicação sobre se a barra foi laminada, forjada, trefilada ou retificada. A têmpera arrefece rapidamente o aço austenitizado para formar uma microestrutura dura, normalmente martensite em qualidades e secções de aço-liga adequadas. O revenido volta então a aquecer o aço abaixo do intervalo de transformação crítica inferior, de modo a reduzir a fragilidade excessiva e estabelecer o equilíbrio necessário entre resistência, tenacidade e ductilidade. Os elementos de liga afetam a temperabilidade; por isso, a dimensão da secção e a prática de arrefecimento influenciam a possibilidade de a estrutura e as propriedades especificadas atingirem o centro da barra, e não apenas a sua superfície.

A ASTM A434/A434M-24 utiliza esta condição de temperada e revenida como base para os requisitos aplicáveis às barras de aço-liga. A conformidade não é demonstrada apenas pela indicação do tratamento térmico. A qualidade aplicável, a dimensão da barra, o tipo de produto, a prática de tratamento térmico, os ensaios mecânicos e os requisitos de aceitação devem estar em conformidade com a norma e com a encomenda ou especificação que a invoca. A resistência à tração, o limite de elasticidade, o alongamento, a redução de área e a dureza podem descrever aspetos diferentes do resultado; um valor de dureza, por si só, não pode estabelecer todas as propriedades mecânicas exigidas.

A dimensão da barra é especialmente importante. Uma barra redonda de grandes dimensões arrefece mais lentamente no centro do que à superfície, e essa diferença afeta a transformação, a dureza, as tensões residuais e a tenacidade. Por conseguinte, um fornecedor pode necessitar de uma temperatura de austenitização, de um tempo de manutenção, de um meio de têmpera, de uma agitação e de um ciclo de revenido adequados, em vez de simplesmente aplicar o programa utilizado para uma barra de pequenas dimensões. Os ensaios especificados e os limites de aceitação da norma proporcionam o enquadramento da conformidade; não transformam cada qualidade e diâmetro numa receita universal de tratamento térmico.

A expressão “barra de aço-liga temperada e revenida” também não deve ser confundida com as classificações utilizadas para peças forjadas. A ASTM A668/A668M-16 classifica peças forjadas de aço-carbono e de aço-liga segundo o tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida. Uma especificação para peças forjadas e uma especificação para barras podem utilizar designações semelhantes para os tratamentos térmicos, impondo simultaneamente requisitos diferentes relativos ao produto, aos ensaios e às dimensões. A forma do produto continua a ser decisiva.

Processos de fusão permitidos

A ASTM A434/A434M-24 identifica a produção em forno Siemens-Martin, em forno de oxigénio básico e em forno elétrico como processos de fusão permitidos para as barras de aço-liga abrangidas. “Permitidos” é a palavra operativa. Identifica os processos autorizados pela especificação; não significa que todas as barras sejam produzidas pelos três processos, nem torna um deles um atributo obrigatório do fornecimento, salvo se um requisito separado assim o estabelecer.

A distinção entre os processos começa antes da laminagem da barra. A World Steel Association declarou, em 2024, que os dois principais processos de produção de aço são o processo de alto-forno–forno de oxigénio básico e o processo de forno elétrico de arco. Na sua descrição das matérias-primas, distingue o processo integrado, que utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, do processo de forno elétrico de arco, que utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida, e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu igualmente o processo de oxigénio básico como a refinação de ferro líquido proveniente do alto-forno com sucata, tratando a produção de aço em forno elétrico de arco como um processo separado.

A produção de aço em forno Siemens-Martin é um processo mais antigo e não é igual à fusão em forno de oxigénio básico ou em forno elétrico. A inclusão dos três processos na ASTM A434/A434M-24 constitui, portanto, um limite da especificação, e não uma afirmação de que os seus pormenores operacionais ou balanços de matérias-primas sejam intercambiáveis. O controlo da composição química, os elementos residuais, a limpeza, o controlo do hidrogénio, a prática de solidificação e o condicionamento subsequente continuam a afetar o produto, sujeitos aos requisitos impostos pela norma.

Após a fusão e a refinação, a lingotagem contínua pode produzir placas, biletes ou blocos, que a World Steel Association descreve como produtos semiacabados posteriormente laminados para obter produtos planos e longos. A origem vazada de uma barra, a redução a quente, o tratamento térmico e as operações de acabamento estão interligados, mas continuam a ser descritores distintos. O processo de fusão não especifica se a barra é trabalhada a quente ou acabada a frio; o acabamento a frio não revela se a corrida foi produzida num forno elétrico ou por oxigénio básico; e a designação temperada e revenida descreve a condição térmica, e não o forno utilizado para produzir o aço.

Esta separação evita um erro comum de conformidade: tratar uma designação de qualidade conhecida como uma definição completa do produto. A ASTM A434/A434M-24 estabelece uma relação controlada entre a composição da liga, a forma da barra, a categoria de acabamento, o tratamento térmico, as dimensões e os requisitos mecânicos, permitindo simultaneamente as alternativas de processos de fusão indicadas. Outras normas podem fazer uma escolha diferente. A ASTM A508/A508M-16, por exemplo, exige a produção em forno elétrico básico para as suas peças forjadas temperadas e revenidas destinadas a recipientes sob pressão, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. A obrigação relativa ao processo pertence à norma e ao produto específicos, e não ao aço-liga em geral.

Peças forjadas e classes de tratamento térmico de fornecimento na ASTM A668/A668M

O forjamento como processo de conformação do produto

Uma peça forjada é definida, em primeiro lugar, pela forma como a sua geometria é obtida, e não pelo tratamento no forno a que é submetida posteriormente. No forjamento, um bilete, brame, barra ou lingote de aço aquecido é deformado plasticamente por prensagem, martelagem ou recalque, obtendo-se uma forma mais próxima da final. A deformação pode fechar vazios internos, desagregar estruturas de fundição e criar um fluxo direcional dos grãos que acompanha a geometria principal do componente. Estes efeitos distinguem uma peça forjada de um produto vazado, mesmo quando ambos são produzidos a partir do mesmo grau nominal de aço-carbono ou aço-ligado.

O percurso anterior ao forjamento constitui uma questão distinta. A World Steel Association afirma que as duas principais rotas de produção de aço são a rota alto-forno-conversor de oxigénio básico (BF-BOF) e a rota do forno de arco elétrico (EAF). A rota integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e sucata de aço; a rota EAF utiliza principalmente sucata de aço, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida, e eletricidade. Estas são rotas de produção do metal fundido, não condições de fornecimento.

Após a produção e a afinação do aço, a lingotagem contínua pode produzir placas, biletes ou brames. Um produtor de peças forjadas pode então utilizar um produto semiacabado vazado ou, quando a especificação e as dimensões do componente o exigem, um lingote, seguido de reaquecimento e deformação. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu, em 1995, o processo de oxigénio básico como a afinação de ferro líquido de alto-forno com sucata, identificando o processo de forno de arco elétrico como uma rota distinta de produção de aço. Nenhuma das duas rotas de forno, por si só, determina se uma peça forjada acabada se encontra recozida ou temperada e revenida.

A sequência de deformação é importante. A redução, o recalque, a estiragem, o reaquecimento entre operações e a temperatura final de forjamento afetam o tamanho dos grãos, a distribuição da segregação, o alinhamento das inclusões e a quantidade de estrutura direcional retida na peça. Um cubo espesso, um anel, um veio ou um corpo sujeito a pressão pode, por isso, apresentar uma resposta diferente da de uma pequena peça forjada de ensaio, mesmo quando ambos têm a mesma designação de grau e recebem instruções de forno nominalmente idênticas.

A ASTM A668/A668M-16 organiza as peças forjadas de aço-carbono e aço-ligado segundo o tratamento térmico de fornecimento. As suas classes não são simplesmente descrições do fornecedor: relacionam a condição térmica indicada com requisitos mecânicos especificados, disposições relativas aos ensaios e regras de aceitação. As classes relevantes são: recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida.

Condições recozida, normalizada e normalizada e revenida

Uma peça forjada recozida é aquecida a uma temperatura adequada, mantida durante tempo suficiente para que a secção atinja o estado metalúrgico pretendido e arrefecida a uma velocidade controlada, geralmente no forno. O objetivo consiste, em geral, em reduzir a dureza e as tensões residuais, melhorar a maquinabilidade e produzir uma estrutura mais uniforme de ferrite-perlite ou uma estrutura relacionada. O recozimento não significa que a peça forjada não tenha tido uma história térmica anterior ao ciclo final. Os reaquecimentos e a deformação ocorridos durante o forjamento podem deixar efeitos que o recozimento final modifica, mas não elimina automaticamente.

Uma peça forjada normalizada é aquecida acima do intervalo de transformação relevante e arrefecida ao ar calmo. O arrefecimento ao ar é mais rápido do que o arrefecimento no forno, pelo que a estrutura de ferrite-perlite resultante é geralmente mais fina e resistente do que uma estrutura recozida da mesma composição. A normalização também pode reduzir alguns efeitos de uma estrutura de fundição grosseira e dos gradientes térmicos resultantes do forjamento, mas o resultado depende fortemente da espessura da secção e da temperabilidade. Uma secção fina perde calor rapidamente; uma secção de grandes dimensões arrefece mais lentamente no núcleo.

A condição normalizada e revenida acrescenta um tratamento de revenido após a normalização. O revenido abaixo da temperatura de transformação ajusta a dureza, a tenacidade e as tensões residuais, podendo tornar a resposta mecânica menos sensível às diferenças locais de arrefecimento. Não é equivalente à têmpera e ao revenido. A velocidade de arrefecimento após a normalização continua a ser a do arrefecimento ao ar, e a microestrutura formada antes do revenido difere da estrutura martensítica produzida pela têmpera.

A ASTM A668/A668M utiliza estas condições como categorias de fornecimento, e não como receitas universais para todas as geometrias. A dimensão aplicável da peça forjada, a composição química e a classe determinam o intervalo de tratamento e os ensaios exigidos. As propriedades de tração são normalmente avaliadas através da tensão de cedência, da resistência à tração, do alongamento e da redução de área; quando a especificação exige ensaios de impacto ou exames adicionais, esses requisitos também fazem parte da conformidade. Uma temperatura de forno comunicada sem indicação da dimensão da secção, do tempo de manutenção, da prática de arrefecimento e da localização do ensaio constitui evidência incompleta da condição do material.

A distinção também é específica do produto. A ISO 683-1:2016 estabelece requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas produzidos a partir de aços não ligados para têmpera e revenido, incluindo condições normalizadas e temperadas e revenidas definidas. A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos de aço estrutural laminados a quente fornecidos na condição normalizada ou laminada-normalizada, enquanto a DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente fornecidos temperados e revenidos. Estas normas não podem substituir a ASTM A668/A668M quando o artigo é uma peça forjada segundo ASTM.

Condições temperada e revenida e normalizada, temperada e revenida

Na condição temperada e revenida, a peça forjada é austenitizada, arrefecida suficientemente depressa para formar um produto de transformação duro e, em seguida, revenida. Dependendo da composição e da severidade do arrefecimento, a têmpera pode produzir martensite, bainite ou uma mistura ao longo de parte da secção. O revenido reduz a fragilidade e ajusta a resistência e a tenacidade. As propriedades obtidas dependem do teor de carbono, dos elementos de liga, do tamanho dos grãos de austenite anterior, do meio de têmpera, da agitação, do tempo de transferência e da distância entre a superfície e o local do ensaio.

A condição normalizada, temperada e revenida introduz um tratamento de normalização antes da austenitização, da têmpera e do revenido. A normalização pode refinar ou homogeneizar a estrutura após o forjamento e proporcionar uma condição inicial controlada para a têmpera. Não garante uma dureza uniforme ao longo de uma secção de grandes dimensões. Uma peça forjada maciça pode formar martensite revenida junto da superfície, enquanto o seu centro desenvolve uma mistura diferente, porque o núcleo arrefece mais lentamente durante a têmpera.

É por isso que a classe de fornecimento não pode ser interpretada como sinónimo do grau de resistência. O AISI 4140, por exemplo, pode ser fornecido em várias formas de produto e estados térmicos, mas uma peça forjada segundo a A668/A668M classificada como temperada e revenida é regida pelos requisitos da especificação aplicável às peças forjadas, e não por uma ficha técnica genérica de barras 4140. A ASTM A434/A434M abrange barras de aço-ligado trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas; os seus requisitos aplicam-se a barras e não automaticamente a peças forjadas. A ASTM A508/A508M-16 trata separadamente de peças forjadas de aço-carbono e aço-ligado, temperadas e revenidas, submetidas a tratamento sob vácuo, destinadas a componentes de vasos de pressão, e exige produção básica em forno elétrico, salvo quando é utilizada afinação secundária ou refusão.

A mesma precaução se aplica a uma peça vazada. O aço vazado arrefece a partir de um molde e conserva uma estrutura dendrítica de fundição, salvo se um processamento posterior a modificar; o forjamento impõe deformação plástica e efeitos de fluxo dos grãos antes do tratamento térmico de fornecimento. Por conseguinte, uma chapa, uma barra, uma peça vazada e uma peça forjada produzidas com uma composição química globalmente semelhante não partilham uma única condição “normalizada” ou “temperada e revenida” intercambiável.

Para uma peça forjada segundo a A668/A668M, a interpretação defensável combina a classe, a composição química, as dimensões máxima e mínima da secção, a redução de forjamento e a geometria, o ciclo do forno, o método de arrefecimento, a localização da amostragem e os ensaios mecânicos especificados. A história térmica fornece a designação do tratamento. A dimensão da secção e a história de deformação determinam a forma como esse tratamento foi experimentado, enquanto os ensaios da norma determinam se a peça forjada fornecida cumpre efetivamente a classe que lhe foi atribuída.

Controlo, equipamento e verificação do tratamento térmico

Uma condição de fornecimento não é estabelecida por escrever «temperado e revenido» num certificado. É estabelecida através do controlo do forno, da carga, do ciclo térmico, da operação de arrefecimento e dos ensaios que demonstram que o resultado exigido foi obtido. A SAE AMSH6875C aborda o tratamento térmico neste sentido prático: os seus requisitos abrangem o equipamento, os procedimentos, as temperaturas e os métodos de ensaio para o tratamento térmico de aços. A condição designada é, portanto, um resultado sustentado por evidências de produção controlada, e não uma descrição informal do fornecedor.

A distinção é importante porque a rota de fabrico, o tratamento metalúrgico e a condição de fornecimento estão relacionados, mas não são permutáveis. A World Steel Association identifica a rota do alto-forno/forno básico de oxigénio e a rota do forno de arco elétrico como as duas principais rotas de produção de aço. A lingotagem contínua pode então produzir placas, biletes ou blocos, que são laminados para obter produtos planos ou longos. O tratamento térmico ocorre posteriormente, ou entre operações de conformação, e altera a estrutura e as propriedades desse produto. Um aço produzido pela rota do forno de arco elétrico não é automaticamente temperado e revenido; um aço produzido através da rota integrada não é automaticamente normalizado. As normas de produto podem controlar tanto a rota como a condição de fornecimento, mas tratam-nas como questões técnicas distintas.

Requisitos do forno e controlo da temperatura

O forno deve ser capaz de elevar a carga completa até ao intervalo de temperaturas especificado e mantê-la nesse intervalo sem variações excessivas de temperatura. Este requisito é mais exigente do que demonstrar que um controlador do forno indicou a temperatura-alvo. Um controlador mede normalmente a temperatura da atmosfera ou de uma zona do forno, enquanto o próprio aço aquece mais lentamente e pode estar mais frio no centro de uma secção espessa do que à superfície. São realizados ensaios de uniformidade térmica do forno, medições na zona de trabalho e medições com termopares na carga para determinar se o equipamento proporciona uma uniformidade de temperatura aceitável nas condições de funcionamento previstas.

O equipamento de medição da temperatura requer calibração com base numa referência conhecida. O procedimento aplicável define normalmente a exatidão do instrumento, o tipo de termopar, o intervalo de calibração, a colocação e o tratamento a dar a sensores avariados ou sujeitos a deriva. Um valor de referência registado não equivale a uma temperatura do metal verificada. No caso de peças forjadas espessas, barras de grandes dimensões e cargas compactamente dispostas, o ponto determinante pode ser o ponto de aquecimento mais lento, e não a atmosfera do forno. A disposição da carga deve, por conseguinte, ser especificada: as peças não devem proteger-se umas às outras, obstruir a circulação nem criar uma massa para a qual o forno não tenha sido ensaiado.

A SAE AMSH6875C é particularmente útil porque enquadra o tratamento térmico como um sistema controlado. Abrange quatro classes de aço e não reduz a conformidade a um único valor de temperatura. A capacidade do equipamento, a medição da temperatura, o procedimento de funcionamento e a verificação fazem todos parte do processo. A especificação de produto aplicável continua a fornecer os limites específicos do grau. Por exemplo, a ISO 683-1:2016 estabelece requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fabricados a partir de aços não ligados para têmpera e revenido, incluindo as condições normalizada e temperada e revenida. O responsável pelo tratamento térmico deve aplicar a condição exigida à forma real do produto e à dimensão da sua secção.

A atmosfera do forno também pode afetar a conformidade. A oxidação, a descarbonetação e a carbonetação podem alterar a composição química superficial, a sobremedida dimensional e a camada superficial sensível à fadiga. Uma especificação pode exigir uma atmosfera controlada, um tratamento de proteção ou uma remoção superficial posterior. O registo do forno deve identificar o equipamento, a receita, a atmosfera, quando aplicável, as leituras de temperatura, os alarmes e os desvios. Se um lote tiver sido exposto a uma excursão não controlada, a decisão sobre o seu destino não pode ser inferida apenas com base no aspeto.

Procedimentos, tempo de manutenção e prática de arrefecimento

Um procedimento de tratamento térmico deve definir a sequência, e não apenas o nome nominal do ciclo. Normalmente identifica a carga, o forno, a velocidade de aquecimento ou as etapas de aquecimento, quando controladas, o intervalo de temperaturas de austenitização ou de transformação, o tempo mínimo de manutenção, os limites de transferência, o meio de têmpera, a circulação, a operação de revenido e o método de arrefecimento final. O período de manutenção exigido está relacionado com a geometria do produto e com as condições da carga. Não se pode presumir que uma bobina de fio-máquina fina e uma grande peça forjada de aço ligado atinjam a mesma temperatura interna ao mesmo tempo.

A manutenção começa apenas quando a parte determinante da carga tiver atingido a temperatura exigida, salvo se a norma aplicável permitir expressamente outra base. Iniciar a contagem do tempo quando o forno atinge o seu valor de referência pode resultar num centro subaquecido numa secção pesada. Esse erro pode deixar fases não dissolvidas, uma transformação incompleta ou um gradiente de dureza, mesmo quando o gráfico parece mostrar um ciclo correto.

A têmpera é uma operação controlada distinta. A especificação ou o procedimento aprovado pode definir água, solução polimérica, óleo, gás ou outro meio, juntamente com os limites de concentração, temperatura, circulação, agitação e contaminação. O atraso na têmpera é importante porque o arrefecimento começa durante a transferência do forno para o tanque. A carga deve entrar no meio dentro do intervalo permitido, com movimento ou agitação suficientes para evitar bolsas de vapor e um arrefecimento desigual. A temperatura do tanque de têmpera e a concentração de polímero requerem medição; a expressão «temperado em óleo» não identifica o estado do óleo no dia do tratamento.

A velocidade de arrefecimento afeta mais do que a dureza. Determina a formação de ferrite, perlite, bainite e martensite, enquanto a dimensão da secção e a composição determinam até que ponto ocorre a transformação exigida. O revenido reduz então as tensões e ajusta a resistência, a tenacidade e a dureza. Um produto temperado e revenido não pode ser representado com exatidão apenas pela sua temperatura de têmpera. A ASTM A668/A668M-16 demonstra a abordagem das normas aplicável a peças forjadas, distinguindo as condições de fornecimento recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada, temperada e revenida. Essas designações descrevem históricos térmicos diferentes e não são permutáveis.

A rota especificada pode impor obrigações adicionais. A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de alta resistência com limite de elasticidade elevado, fornecidos na condição temperada e revenida, enquanto a BS EN 10025-3:2019 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de grão fino soldáveis, fornecidos na condição normalizada ou laminada normalizada. Um produto laminado normalizado não é simplesmente um produto temperado e revenido com menor dureza; a sua rota de processamento e a microestrutura resultante são diferentes. Do mesmo modo, a ASTM A508/A508M-16 abrange peças forjadas de aço-carbono e aço ligado, tratadas em vácuo, temperadas e revenidas, destinadas a componentes de recipientes sob pressão, e exige o fabrico num forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. O tratamento térmico não pode eliminar um requisito relativo à rota de fusão.

Métodos de ensaio e documentação

A verificação deve estabelecer a ligação entre o material ensaiado e a corrida, o produto e o ciclo de tratamento exatos. As evidências típicas incluem análise química, dureza, resistência à tração, tensão de cedência, alongamento, redução de área, ensaio de impacto quando especificado, exame metalográfico e inspeção superficial ou interna. A norma de produto aplicável determina quais os ensaios obrigatórios e onde devem ser retirados os provetes. Um provete maquinado a partir de um local conveniente pode não representar a região mais espessa ou de arrefecimento mais lento; por isso, devem ser registados o local de amostragem, a orientação e a distância à superfície.

A dureza é útil para o controlo do processo, mas não constitui um substituto universal dos ensaios de tração ou de impacto. Dois produtos podem apresentar durezas semelhantes e, ainda assim, diferir quanto à tenacidade, segregação, estrutura dos grãos ou tensão residual. Os ensaios mecânicos demonstram, por conseguinte, a conformidade com os requisitos de propriedades estabelecidos, enquanto a metalografia e os registos do processo ajudam a explicar se foi produzida a estrutura exigida. As regras de repetição dos ensaios, a validade dos provetes, a calibração das máquinas de ensaio e a identificação do laboratório também fazem parte da cadeia de evidências.

O registo deve identificar a corrida ou o vazamento do material, as dimensões do produto, a quantidade, o forno e o número da carga, a revisão do procedimento, o operador ou registo do sistema, o gráfico de temperatura, os locais dos termopares, os tempos de manutenção, as condições de têmpera, o ciclo de revenido, os desvios e a decisão final sobre o destino do produto. Os certificados devem fazer referência cruzada aos relatórios de ensaio, em vez de apresentarem números isolados. A rastreabilidade deve manter-se durante o corte, a forjagem, a laminagem, o tratamento térmico e a remoção dos provetes.

Sem esses registos, um certificado que declare «normalizado» ou «temperado e revenido» é uma afirmação com suporte técnico limitado. Com equipamento controlado, um procedimento definido e resultados associados à mesma identidade do material, a condição de fornecimento torna-se demonstrável. Essa é a diferença entre uma condição designada e uma condição verificada.

Estado da superfície, estado dimensional e propriedades mecânicas

Uma condição de fornecimento descreve mais do que a designação de um tipo de aço. Relaciona a forma do produto, o estado da superfície, a exatidão dimensional, a condição de tratamento térmico e as propriedades mecânicas especificadas. Esses atributos devem, ainda assim, ser mantidos separados. Uma barra pode ser fornecida no estado temperado e revenido, com a superfície no estado de laminação, ou na mesma família ampla de ligas após acabamento a frio e maquinagem. A designação do tipo de aço pode permanecer inalterada, enquanto os resultados da inspeção, as tensões residuais e o comportamento em serviço diferem.

A via de fabrico constitui uma distinção adicional. A World Steel Association afirma que as duas principais vias de produção de aço são a via alto-forno–forno de oxigénio básico (BF-BOF) e a via forno elétrico de arco (EAF). A via integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado; a via EAF utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou gusa líquida e eletricidade (World Steel Association, 2024). Estas vias de fusão influenciam a limpeza, os elementos residuais e os controlos do processo, mas não definem, por si só, se um produto é recozido, normalizado, temperado e revenido, acabado a frio ou maquinado.

Após a fundição, as placas, os biletes e os blocos são laminados para obter produtos planos e longos. Esta sequência determina grande parte da forma e da textura do produto, mas a condição final de fornecimento pode exigir operações térmicas, mecânicas ou superficiais adicionais.

Superfícies no estado de laminação, maquinadas, descalcificadas e acabadas

“Estado de laminação” identifica normalmente uma superfície mantida após a laminação a quente, e não uma descrição completa do tratamento térmico. A superfície pode apresentar carepa de laminação, uma camada de óxido formada a temperatura elevada. O seu aspeto e espessura dependem do reaquecimento, da temperatura de laminação, do arrefecimento, da composição química do aço e do tempo decorrido antes da descalcificação. Uma chapa pode, por conseguinte, apresentar-se no estado de laminação e normalizada, ou no estado de laminação e fornecida noutra condição térmica especificada, desde que a norma de produto aplicável permita essa combinação.

A descalcificação remove parte ou a totalidade da carepa de laminação através de jato de água, granalhagem, decapagem ou outro processo definido. Altera a superfície apresentada para inspeção visual, revestimento, soldadura ou exame ultrassónico. Não normaliza, tempera nem revene automaticamente o aço em todo o seu volume. Uma descalcificação severa ou mal controlada pode expor dobras, costuras ou carepa incorporada na superfície laminada que anteriormente estavam ocultas; trata-se de um efeito da inspeção, não necessariamente de um novo defeito do material.

A maquinagem remove material e pode produzir um diâmetro, uma planeza, um perfil ou uma rugosidade controlados. Pode também remover a descarbonetação superficial, a carepa e descontinuidades pouco profundas. Uma barra maquinada não constitui um tipo de aço diferente apenas porque a sua superfície foi cortada. Contudo, a maquinagem pode expor indicações subsuperficiais, reduzir a secção disponível para o ensaio de carga de prova e criar tensões locais de tração ou marcas afetadas pelo calor se os parâmetros de corte forem inadequados. A retificação pode introduzir aquecimento local, queimaduras ou danos superficiais orientados direcionalmente, enquanto o torneamento pode deixar marcas da ferramenta que funcionam como concentradores de tensão em serviço sob fadiga.

O acabamento a frio inclui a trefilagem a frio, o descasque, o torneamento, a retificação ou combinações destas operações, consoante a norma de produto. Ao contrário de uma simples limpeza, a deformação a frio pode aumentar o limite de elasticidade e a dureza, reduzir o alongamento, alterar a exatidão dimensional e deixar tensões residuais. Um produto acabado a frio pode, assim, manter a mesma designação nominal do aço e, simultaneamente, apresentar propriedades diferentes das de um produto laminado a quente obtido a partir da mesma corrida. A ISO 683-1:2016 considera o estado da superfície e a condição de tratamento térmico como partes distintas dos requisitos técnicos de fornecimento aplicáveis a produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fabricados em aços não ligados para têmpera e revenido.

O estado da superfície especificado determina também o que uma inspeção pode demonstrar. O exame visual de aço brilhante e maquinado é diferente do exame através da carepa de laminação. A rugosidade superficial afeta as medições da espessura dos revestimentos, os ensaios de dureza por contacto e a deteção de fissuras. No caso de um componente crítico para a segurança, o certificado deve identificar o estado da superfície fornecida, em vez de deixar o termo “acabado” sujeito a interpretação.

Tolerâncias dimensionais e tensão residual

O estado dimensional diz respeito ao tamanho, à forma e ao desvio permitido: espessura, diâmetro, largura, comprimento, retilineidade, planeza, ovalização e perfil. Não é sinónimo de acabamento superficial nem de tratamento térmico. A laminação a quente produz normalmente uma variação dimensional maior do que a maquinagem ou a trefilagem a frio, porque o produto contrai durante o arrefecimento e porque os controlos da abertura entre cilindros, da temperatura e da coroa têm limites finitos. O acabamento a frio pode apertar as tolerâncias, mas também pode produzir curvatura, deformação plástica não uniforme ou alteração dimensional anisotrópica.

O tratamento térmico também pode alterar as dimensões. A têmpera introduz contração térmica e transformação de fase não uniformes; a formação de martensite envolve um volume diferente do da austenite de origem, e as diferenças entre a superfície e o núcleo podem deformar uma peça. O revenido reduz algumas das tensões criadas pela têmpera, mas não garante um produto isento de tensões. A normalização pode refinar e restabelecer a estrutura após o trabalho a quente, embora as diferenças de arrefecimento ao longo de uma secção espessa possam ainda produzir variações dimensionais.

A tensão residual é uma tensão retida que permanece depois de removida a carga externa ou a força de processamento. Pode resultar de laminação, endireitamento, trefilagem a frio, maquinagem, soldadura, retificação ou tratamento térmico não uniforme. A tensão pode ser de tração à superfície e de compressão abaixo desta, ou o inverso. Uma peça pode cumprir a tolerância dimensional durante a inspeção e, ainda assim, deformar-se quando se remove material, quando um revestimento é curado ou quando o componente é soldado. Inversamente, um tratamento de alívio de tensões pode melhorar a estabilidade dimensional sem alterar a designação do tipo de aço.

Os requisitos de tolerância devem, por conseguinte, constar da especificação de encomenda e inspeção, e não ser presumidos com base no nome do aço. Uma chapa fornecida segundo a BS EN 10025-3:2019 na condição normalizada ou normalizada-laminada está sujeita a requisitos técnicos de fornecimento que incluem mais do que a composição química. Um produto plano temperado e revenido abrangido pela DIN EN 10025-6:2023-06 está igualmente sujeito a requisitos dimensionais, superficiais e mecânicos, além da condição térmica especificada.

Dureza, resistência, ductilidade e tenacidade

A dureza é a resistência à indentação ou, em alguns ensaios, à penetração e ao ressalto. A resistência à tração é a tensão máxima de engenharia atingida num ensaio de tração; o limite de elasticidade descreve o início da deformação permanente especificada. O alongamento e a redução de área indicam a ductilidade. A tenacidade diz respeito à resistência à fratura, normalmente avaliada através de ensaios de impacto a uma temperatura especificada e numa orientação definida do provete. Estas propriedades sobrepõem-se, mas nenhuma pode substituir todas as outras.

A têmpera aumenta geralmente a dureza e a resistência ao produzir martensite ou produtos de transformação mistos. O revenido reduz parte dessa dureza, melhorando simultaneamente a ductilidade e a tenacidade. O recozimento reduz normalmente a resistência e a dureza e promove uma estrutura mais trabalhável. A normalização produz uma estrutura ferrítico-perlítica em muitos aços ao carbono e de baixa liga, cujas propriedades são afetadas pelo teor de carbono, pelo tamanho da secção e pela velocidade de arrefecimento. Uma condição normalizada-laminada pode alcançar propriedades especificadas através de laminação e arrefecimento controlados, sem ter uma história de fabrico idêntica à de um produto normalizado separadamente.

A designação da condição de fornecimento deve, por conseguinte, ser lida em conjunto com os requisitos de ensaio. A ASTM A668/A668M-16 classifica as peças forjadas em aço ao carbono e aço de liga como recozidas, normalizadas, normalizadas e revenidas, temperadas e revenidas, ou normalizadas, temperadas e revenidas. A ASTM A434/A434M-24 abrange barras de aço de liga, trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas; assim, os termos “acabado a frio” e “temperado e revenido” descrevem partes diferentes da condição. A SAE AMSH6875C acrescenta requisitos controlados relativos ao equipamento dos fornos, aos procedimentos, às temperaturas e aos métodos de ensaio para quatro classes de aço.

A dureza ou a resistência à tração, isoladamente, não permitem identificar a microestrutura completa nem a história do processo. Um aço martensítico revenido e uma estrutura diferente podem apresentar durezas semelhantes num determinado local, embora difiram quanto à tenacidade ao impacto, à tensão residual, à limpeza ou à resposta à soldadura. A temperatura de ensaio, a orientação do provete, a localização na secção e a frequência de amostragem são relevantes. Para peças forjadas destinadas a recipientes sob pressão, a ASTM A508/A508M-16 exige o fabrico num forno elétrico de base, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão, demonstrando que a conformidade do fornecimento pode incluir uma via de fabrico definida, além do tratamento térmico e dos ensaios mecânicos. O certificado só é significativo quando todas estas condições interligadas são analisadas em conjunto.

Raciocínio sobre soldabilidade, tenacidade e temperatura de serviço

Uma condição de fornecimento não é uma descrição informal do material feita pelo fornecedor. Regista uma combinação controlada da forma do produto, dos limites químicos, da via de fabrico, do estado de tratamento térmico, da condição superficial e das propriedades mecânicas especificadas. Estes pormenores são importantes quando o aço é soldado, porque a chapa de base e a zona afetada pelo calor (ZAC) da soldadura estão sujeitas a ciclos térmicos diferentes. Por conseguinte, dois produtos da mesma família geral de aços estruturais podem exigir controlos de soldadura diferentes e responder de forma diferente ao nível de restrição, à velocidade de arrefecimento e à temperatura de serviço.

A via de fabrico é uma variável, mas não constitui, por si só, a condição de fornecimento. A World Steel Association identificou a via do alto-forno/forno básico de oxigénio (BF-BOF) e a via do forno elétrico de arco (EAF) como as duas principais vias de produção de aço em 2024. A via integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado; a via EAF utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido ou ferro líquido e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu separadamente o processo básico de oxigénio como a afinação de ferro líquido de alto-forno com sucata, tratando a produção em EAF como uma via de produção de aço distinta. Após a fundição, as placas, os biletes ou os blocos podem ser laminados para produzir produtos planos ou longos. A via influencia os elementos residuais, a limpeza e a segregação, mas a norma aplicável ao produto continua a determinar o que deve ser fornecido e verificado.

Aços estruturais de grão fino e soldadura

A BS EN 10025-3:2019 constitui um exemplo útil de aço estrutural, pois abrange produtos planos e longos laminados a quente de aços estruturais soldáveis de grão fino, fornecidos na condição normalizada ou laminada normalizada. Os seus graus incluem designações como S275N, S355N, S420N e S460N, com qualidades correspondentes para baixas temperaturas, como S275NL, S355NL, S420NL e S460NL. O sufixo não é meramente decorativo. Identifica uma condição de fornecimento e uma categoria de tenacidade especificadas, enquanto a espessura do produto e a designação da qualidade influenciam os requisitos aplicáveis.

A normalização, ou a laminagem normalizada controlada quando permitida, refina a estrutura de grão ferrítico-perlítica e estabelece uma condição inicial conhecida para o fabrico. Um tamanho de grão fino contribui, em geral, para uma combinação útil de tensão de cedência, soldabilidade e tenacidade Charpy. Não elimina os riscos da soldadura. A ZAC pode conter uma região de grão grosseiro junto à linha de fusão, uma zona com produtos de transformação alterados e áreas que foram revenidas ou amaciadas pelo ciclo de soldadura. A temperatura máxima, o tempo acima dos intervalos críticos de transformação, a velocidade de arrefecimento e o reaquecimento subsequente determinam essas regiões.

Carbono equivalenteCarbono equivalente Índice calculado que combina o carbono e determinados elementos de liga para estimar a temperabilidade e a tendência para fissuração relacionada com a soldadura.

O carbono equivalente e o controlo do hidrogénio são fundamentais para a seleção do procedimento. Uma maior tendência para o endurecimento, uma restrição excessiva, uma chapa fria ou consumíveis que contenham hidrogénio podem promover fissuração a frio assistida por hidrogénio, especialmente na ZAC ou na raiz da soldadura. O pré-aquecimento reduz a velocidade de arrefecimento e ajuda o hidrogénio a difundir-se para fora da junta; os limites da temperatura interpasse evitam um crescimento excessivo do grão e a perda de tenacidade. O aporte térmico deve ser controlado em ambas as direções. Um aporte térmico demasiado baixo pode produzir regiões duras e sensíveis à fissuração, ao passo que um aporte excessivo pode aumentar a ZAC de grão grosseiro e reduzir a tenacidade.

O termo «soldável» descreve uma capacidade geral sob condições especificadas. Não constitui uma garantia de que todas as juntas, espessuras, processos ou soldadores cumprirão os respetivos critérios de aceitação. Uma qualificação do procedimento de soldadura deve estabelecer as variáveis relevantes: conceção da junta, processo, classificação do consumível, aporte térmico, pré-aquecimento, temperatura interpasse, espessura da chapa, restrição e qualquer tratamento térmico pós-soldadura. A condição de fornecimento é importante porque um procedimento qualificado em S355N normalizado não é automaticamente transferível para S690Q temperado e revenido, mesmo que ambos sejam designados aços estruturais.

A restrição dimensional acrescenta outra camada de complexidade. Um conjunto espesso e fortemente restringido não pode contrair-se livremente à medida que o metal de soldadura solidifica e a ZAC arrefece. A tensão residual, a distorção angular e a deformação plástica local podem ser superiores às observadas num provete de ensaio ligeiramente restringido. Por conseguinte, a espessura do produto, a direção de laminagem, a sequência de soldadura e o ajustamento pertencem ao planeamento do fabrico, e não apenas ao certificado do material.

Aços temperados e revenidos em estruturas sujeitas a carga

Os aços temperados e revenidos (Q&T) obtêm as suas propriedades de fornecimento através de uma sequência deliberada: austenitização, arrefecimento rápido e revenido. A têmpera cria produtos de transformação duros, enquanto o revenido reduz a fragilidade e ajusta a resistência, a ductilidade e a tenacidade. A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevada tensão de cedência, fornecidos na condição temperada e revenida. Designações como S690Q, S690QL e S690QL1 distinguem categorias de resistência e de tenacidade ao impacto a temperaturas de ensaio definidas.

O mesmo tratamento térmico que confere resistência ao aço Q&T pode alterar localmente as suas propriedades durante a soldadura. Uma ZAC aquecida acima do intervalo de transformação pode voltar a formar constituintes martensíticos ou bainíticos duros durante o arrefecimento. Uma região aquecida abaixo desse intervalo pode ser novamente revenida e perder dureza e tensão de cedência. Num elemento fortemente solicitado, essa faixa amaciada pode controlar a deformação local, mesmo que a chapa de base mantenha a sua resistência certificada. Por conseguinte, a qualificação do procedimento deve ensaiar a combinação efetiva do grau de aço, da espessura e do ciclo térmico de soldadura, em vez de inferir o desempenho a partir do certificado do metal de base.

O aporte térmico, a temperatura interpasse e o pré-aquecimento exigem um controlo particularmente rigoroso. Um aporte térmico excessivo pode reduzir a tenacidade da ZAC ou criar uma zona amaciada inaceitável; um aporte térmico insuficiente e um arrefecimento rápido podem produzir microestruturas duras e sensíveis ao hidrogénio. O tratamento térmico pós-soldadura pode revenir adicionalmente a ZAC e o metal de soldadura, mas não constitui uma solução universal para um procedimento inadequado. Pode também alterar a resistência e a precisão dimensional.

A condição de fornecimento Q&T não é equivalente à via de fabrico. A ASTM A434/A434M-24 permite o processamento de fusão em forno de soleira aberta, forno básico de oxigénio ou forno elétrico para barras de aço-liga temperadas e revenidas especificadas, enquanto a ASTM A668/A668M-16 classifica os forjados pelo tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida e normalizada-temperada e revenida. Estes exemplos mostram por que razão «aço-liga» ou «aço EAF», por si só, não identifica a condição mecânica ou de soldadura. A ISO 683-1:2016 define igualmente requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e forjados fornecidos em condições especificadas de tratamento térmico e de superfície.

Ensaios de impacto, efeitos da espessura e qualificação

O ensaio de impacto Charpy é um ensaio definido a uma temperatura definida; não constitui uma promessa universal de tenacidade a qualquer temperatura de serviço. Um grau com uma designação de qualidade «L» ao abrigo da BS EN 10025-3:2019 tem uma categoria de ensaio de impacto especificada diferente da qualidade «N» correspondente. O projetista deve relacionar essa categoria com a temperatura mínima do metal, o estado de tensão, a velocidade de deformação, a espessura da chapa e as consequências de uma fratura.

A espessura altera tanto a história térmica do material como as exigências estruturais. Uma chapa espessa arrefece de forma diferente de uma chapa fina após a laminagem, a normalização ou a soldadura. Pode conter uma segregação mais acentuada ao longo da secção, desenvolver uma maior restrição numa junta e apresentar uma tenacidade diferente entre as localizações junto à superfície e a meia espessura. A soldadura de uma chapa de 100 mm com um aporte térmico elevado e múltiplos reaquecimentos não é metalurgicamente equivalente à soldadura de uma chapa de 12 mm do mesmo grau nominal. Por conseguinte, o intervalo de qualificação, a localização do ensaio de impacto, a direção de amostragem e a energia de aceitação devem respeitar as normas aplicáveis ao produto e à soldadura.

A história térmica inclui também o reaquecimento durante os passes de soldadura subsequentes, as soldaduras de fixação, as reparações e o endireitamento local à chama. Cada ciclo pode refinar, engrossar ou revenir uma parte da ZAC. No caso do aço Q&T, o aquecimento repetido pode reduzir a resistência; no caso do aço normalizado de grão fino, uma exposição excessiva pode prejudicar o refinamento do grão. Os ensaios de qualificação devem representar o aporte térmico máximo credível, as temperaturas interpasse mínima e máxima e o intervalo de espessuras relevante. É por isso que um certificado de material não pode substituir uma qualificação do procedimento de soldadura.

O raciocínio relativo à temperatura de serviço deve terminar na estrutura real, e não no nome do grau. Confirme a condição de fornecimento, a espessura, a temperatura de impacto especificada, o procedimento de soldadura, a evidência relativa à tenacidade da ZAC e o nível de restrição. Só então será possível relacionar de forma credível um grau especificado com as cargas e temperaturas a que o fabrico estará sujeito.

Forjados para Recipientes sob Pressão e por que ASTM A508/A508M é Diferente

ASTM A508/A508M-16 não é simplesmente uma designação para um aço-carbono ou aço-liga com uma composição química especificada. O seu título identifica uma combinação controlada de forma do produto, aplicação em serviço, estado de tratamento térmico e prática de fabrico do aço: forjados de aço-carbono e aço-liga, tratados por têmpera e revenido e tratados sob vácuo, para componentes de recipientes sob pressão. Essa combinação é o elemento essencial.

Assim, um forjado produzido a partir de uma família de aços-liga pode cumprir uma condição de fornecimento e não cumprir outra. A mesma composição química geral não determina se o aço foi tratado sob vácuo, forjado com a forma exigida, temperado e revenido, ou aceite de acordo com os requisitos aplicáveis a recipientes sob pressão. Estas são questões técnicas distintas, e ASTM A508/A508M-16 reúne-as numa única especificação específica para a aplicação.

Âmbito dos forjados tratados sob vácuo para recipientes sob pressão

ASTM A508/A508M-16 aplica-se a componentes forjados utilizados na construção de recipientes sob pressão. O produto não é uma barra genérica posteriormente maquinada para obter um componente; trata-se de uma peça forjada de aço-carbono ou aço-liga, destinada a conter pressão, fornecida no estado temperado e revenido e sujeita a disposições relativas ao tratamento sob vácuo. Consequentemente, o processo e o estado de fornecimento fazem parte da identidade técnica da especificação.

O forjamento altera a forma e, normalmente, a estrutura interna resultante da deformação do aço, mas, por si só, não estabelece as propriedades mecânicas finais. Essas propriedades dependem da composição, da redução durante o forjamento, da dimensão da secção, do arrefecimento, da têmpera, do revenido e da localização de onde são retirados os provetes de qualificação. Um grande forjado para recipientes sob pressão apresenta também um problema de temperabilidade ao longo da secção muito mais significativo do que uma barra pequena. A superfície pode arrefecer rapidamente, enquanto o centro arrefece mais lentamente, produzindo diferentes produtos de transformação e diferente tenacidade ao longo da secção se o tratamento térmico não for concebido e controlado em função do componente.

O tratamento sob vácuo aborda outra parte do risco. A redução dos gases dissolvidos e o controlo das inclusões não metálicas podem ser de grande importância quando um forjado espesso tem de conservar a tenacidade e resistir a um serviço cíclico ou de alta pressão. O requisito não significa que todas as inclusões sejam eliminadas, nem substitui o forjamento ou o tratamento térmico. Trata-se de um controlo adicional do estado do aço líquido antes de o forjado atingir o seu estado final de fornecimento.

É por isso que “temperado e revenido”, por si só, não é suficiente para descrever um forjado A508/A508M. ASTM A668/A668M-16, uma especificação mais abrangente para forjados, classifica os forjados de acordo com o tratamento térmico de fornecimento, incluindo os estados recozido, normalizado, normalizado e revenido, temperado e revenido, e normalizado, temperado e revenido. Essa classificação informa o utilizador sobre a forma como o forjado foi tratado termicamente. A508/A508M acrescenta requisitos específicos da aplicação relativos ao tratamento sob vácuo e ao processo de fabrico permitido.

A distinção também surge noutras normas. ISO 683-1:2016 especifica requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e forjados fornecidos em estados definidos de tratamento térmico e de superfície. DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevada resistência ao escoamento, fornecidos no estado temperado e revenido. Nenhuma destas referências transforma um produto estrutural comum num forjado para recipientes sob pressão. A forma do produto, a categoria de serviço e o processo especificado continuam a ser determinantes.

Fabrico básico em forno elétrico e alternativas permitidas

ASTM A508/A508M-16 exige o fabrico pelo processo de forno elétrico básico, salvo quando seja utilizado um processo aceite de refinação secundária ou de refusão. Esta formulação constitui um controlo do processo e não uma afirmação de que todos os fornos elétricos produzam aços idênticos. A prática de operação do forno, os materiais de carga, a refinação, a desoxidação, o tratamento sob vácuo, a vazagem e o forjamento subsequente continuam a afetar a limpeza e a qualidade interna.

A World Steel Association identifica duas vias principais de fabrico do aço: a via alto-forno/forno de oxigénio básico e a via forno elétrico de arco. A sua descrição de 2024 das matérias-primas distingue os respetivos materiais de entrada: a via integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, enquanto a via do forno elétrico de arco utiliza principalmente aço reciclado, ferro de redução direta ou gusa líquida e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency distingue igualmente o processo de oxigénio básico, que refina ferro líquido proveniente do alto-forno com sucata, do processo separado de forno elétrico de arco.

Esta distinção entre vias não deve ser confundida com as etapas posteriores de fabrico. A lingotagem contínua transforma o aço líquido em placas, biletes e blocos, que são depois laminados para produzir produtos planos e longos, segundo a World Steel Association. Um forjado para recipientes sob pressão exige, pelo contrário, um produto vazado adequado, seguido de deformação suficiente e de uma operação de forjamento controlada. O tratamento térmico ocorre depois dessas operações de conformação, ou parcialmente em simultâneo com elas; não é outra designação para a via do forno elétrico.

A formulação de A508/A508M permite alternativas através da refinação secundária ou da refusão, em vez de considerar equivalentes todas as vias possíveis de fusão primária. A refinação secundária pode controlar adicionalmente a composição, os gases e as inclusões após a fusão inicial. Os processos de refusão produzem um novo lingote a partir de aço previamente fabricado e podem proporcionar um controlo adicional da segregação e da limpeza. A estrutura da norma estabelece, portanto, na prática, que uma via primária diferente só pode ser aceitável quando a condição especificada de refinação ou refusão fornecer a base técnica necessária.

Este requisito não deve ser aplicado indistintamente a todos os produtos de aço. ASTM A434/A434M-24, por exemplo, abrange barras de aço-liga trabalhadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas, e identifica a produção em forno Siemens-Martin, por oxigénio básico e em forno elétrico como vias de processamento da fusão permitidas. Uma especificação para barras pode permitir essas alternativas porque o seu âmbito, a geometria do produto, as condições de serviço consideradas e as disposições de aceitação são diferentes. A508/A508M é mais restrita porque um forjado para recipientes sob pressão está sujeito a consequências diferentes no caso de descontinuidades internas, segregação ou propriedades inadequadas ao longo da espessura.

Por que motivo as normas específicas da aplicação impõem controlos do processo

Os componentes de recipientes sob pressão não são avaliados apenas com base no limite de elasticidade nominal e na resistência à tração. A sua falha pode envolver fratura frágil, fadiga, concentração de tensões, interação com soldaduras, danos relacionados com hidrogénio ou uma hipótese de fuga antes da rotura que depende de um comportamento verificado do material. Os controlos do processo ajudam a limitar causas que a composição química e os ensaios de tração, por si só, podem não detetar.

Para um forjado A508/A508M, o processo especificado funciona em conjunto com a redução de forjamento, o tratamento sob vácuo e o ciclo de têmpera e revenido. O resultado é um estado de fornecimento com várias camadas interligadas: uma forma de produto forjada; um historial controlado de fusão e refinação; um aço tratado sob vácuo; e um estado definido de tratamento térmico. Se uma dessas camadas for eliminada, a descrição do produto altera-se.

Esta lógica explica por que motivo uma designação do fornecedor como “aço-liga forjado, temperado e revenido” é tecnicamente incompleta. Pode identificar a forma e o tratamento térmico, mas nada dizer sobre o tratamento sob vácuo ou sobre a via de fusão permitida. Inversamente, “aço de forno elétrico” indica algo sobre o fabrico primário, mas não informa se o componente foi forjado, temperado e revenido, ou aceite ao abrigo de uma especificação para recipientes sob pressão.

Os controlos do processo justificam-se, portanto, quando a aplicação torna a qualidade interna e a rastreabilidade elementos críticos para a segurança. Não devem ser generalizados a barras, chapas ou produtos estruturais comuns apenas porque esses produtos podem conter elementos de liga semelhantes ou ser fornecidos no estado temperado e revenido. BS EN 10025-3:2019 diz respeito a produtos de aço estrutural soldável de grão fino, normalizados ou laminados no estado de normalização, enquanto DIN EN 10025-6:2023-06 diz respeito a produtos planos estruturais temperados e revenidos. Os respetivos estados de fornecimento respondem a questões diferentes de serviço e de fabrico.

ASTM A508/A508M-16 é diferente porque considera o processo de fabrico parte do requisito aplicável ao material de recipientes sob pressão. O aço é definido não apenas pela composição química do grau, mas também pelo que é, pela forma como foi fabricado, pela forma como foi tratado e pelo local onde se destina a funcionar.

Como Ler um Certificado de Material e uma Referência Normativa

Um certificado de material não é uma descrição autónoma do aço. É a evidência de que um determinado produto, identificado pelo grau, pelas dimensões e pelo número de corrida ou de vazada, foi fornecido em conformidade com requisitos definidos. Leia-o em conjunto com a norma de produto citada e com a respetiva edição. “S355N segundo a EN 10025-3” não tem o mesmo significado que “S355J2+N segundo a EN 10025-2”, e “42CrMo4 +QT” não é intercambiável com o mesmo grau fornecido no estado recozido.

Grau, norma de produto e condição de fornecimento

Comece por identificar a norma de produto aplicável, o respetivo ano de publicação ou estado de alteração, e a designação do grau exatamente como está escrita. A norma controla os limites químicos, as formas de produto permitidas, as condições de fornecimento, os requisitos mecânicos, as dimensões ou tolerâncias, as disposições relativas à inspeção e quaisquer cláusulas suplementares. Um certificado que indique apenas um grau, como S690Q ou 42CrMo4, é incompleto para uma interpretação técnica, porque o mesmo grau pode ser abrangido por diferentes normas de produto ou ser fornecido sob diferentes formas.

Em seguida, identifique a forma do produto. “Chapa”, “produto plano”, “barra”, “fio-máquina”, “forjado”, “palanquilha” e “tubo sem costura” descrevem categorias de produto diferentes, com regras de ensaio e dimensionais distintas. A lingotagem contínua produz placas, palanquilhas e blocos semiacabados; estes são posteriormente transformados em produtos planos ou longos, conforme descrito pela World Steel Association em 2024. Por conseguinte, um certificado relativo a uma chapa laminada não comprova automaticamente a conformidade de um anel forjado fabricado a partir de aço com composição semelhante.

A condição de fornecimento é um estado definido pelas normas, não uma descrição geral do fornecedor. Pode combinar a forma do produto, o estado da superfície, o tratamento térmico e os requisitos mecânicos. A ISO 683-1:2016 especifica os requisitos técnicos de fornecimento para produtos semiacabados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas fabricados a partir de aços não ligados para têmpera e revenido, incluindo as condições normalizada e temperada e revenida. A notação “+N” identifica geralmente material normalizado ou laminado de normalização, quando tal é definido pela norma aplicável; “+QT” identifica material temperado e revenido. O significado preciso continua a resultar da norma citada.

A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos planos e longos laminados a quente de aços estruturais de grão fino soldáveis, fornecidos na condição normalizada ou laminada de normalização, incluindo graus como S275N e S355N. A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevada resistência ao escoamento, fornecidos na condição temperada e revenida, incluindo designações como S690Q. Estas não são simplesmente designações alternativas para um único estado de fornecimento. A normalização, a laminagem de normalização, a têmpera e o revenido produzem microestruturas diferentes e, consequentemente, diferentes limites de resistência, tenacidade e fabrico.

Registe a espessura nominal, a largura, o comprimento ou o diâmetro, bem como se o certificado apresenta dimensões nominais ou reais. A espessura pode afetar tanto os valores mecânicos especificados como o local de amostragem. O estado da superfície também requer uma análise separada: no estado de laminagem, decapada, maquinada, descascada ou retificada, a superfície pode ter implicações diferentes relativamente a defeitos, inspeção dimensional e processamento posterior. Não deduza a qualidade da superfície a partir de um sufixo de tratamento térmico.

Rota de produção, número de corrida e rastreabilidade

A rota de fabrico é um campo separado da condição de fornecimento. A World Steel Association identifica duas rotas principais de produção de aço: a rota do alto-forno/forno básico de oxigénio e a rota do forno elétrico de arco. Na sua descrição de 2024 das matérias-primas, a rota integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, enquanto a rota do forno elétrico de arco utiliza principalmente aço reciclado, ferro reduzido diretamente ou gusa líquida, e eletricidade. A U.S. Environmental Protection Agency descreveu o processo de oxigénio básico como a refinação de ferro líquido proveniente do alto-forno com sucata, tratando o processo do forno elétrico de arco como uma rota de produção de aço distinta.

Um certificado pode identificar o processo de fusão, a refinação secundária, o tratamento sob vácuo, a refusão por eletroescória ou outra qualificação da rota. Não trate estas indicações como prova de uma condição de tratamento térmico. A ASTM A434/A434M-24 permite a produção em forno Siemens-Martin, forno básico de oxigénio ou forno elétrico para as barras de aço-liga laminadas a quente e acabadas a frio, temperadas e revenidas, abrangidas pela norma. Em contrapartida, a ASTM A508/A508M-16 exige fabrico em forno elétrico básico, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. Estas cláusulas impõem requisitos relativos à rota porque a norma de produto assim o determina; não significam que todo o aço temperado e revenido tenha obrigatoriamente de ser produzido num forno elétrico.

O número de corrida, o número de vazada ou a identificação da fusão constituem a ligação entre o certificado e o material físico. Devem constar do certificado, da marcação do produto, da etiqueta do feixe, da documentação da peça forjada ou do registo de controlo do material. A rastreabilidade pode passar por vários identificadores: corrida do forno, fio ou vazada de lingotagem contínua, placa ou palanquilha, lote de laminagem, carga de forjamento e número da peça final. Verifique se a cadeia é contínua. Um resultado de ensaio da corrida H1234 não pode ser atribuído à corrida H1235 apenas porque ambas têm o mesmo grau e foram processadas no mesmo dia.

Quando o certificado indica “análise de panela”, “análise do produto” ou “análise de verificação”, leia cuidadosamente o termo utilizado. A análise de panela representa a composição declarada do aço líquido da corrida; a análise do produto é realizada no produto acabado e pode estar sujeita a desvios admissíveis diferentes. O carbono, o manganês, o silício, o crómio, o níquel, o molibdénio, o fósforo, o enxofre, o azoto e os elementos de microliga devem ser comparados com os limites da norma citada, e não com uma tabela genérica de graus proveniente de outra edição.

Ensaios mecânicos, tratamento térmico e critérios de aceitação

Separe o resultado registado do requisito de aceitação. Um certificado pode apresentar o limite de elasticidade, a resistência à tração, o alongamento, a energia de impacto, a dureza, a redução de área ou o resultado de um exame não destrutivo. Cada valor requer a indicação da direção do ensaio, do local do provete, do intervalo de espessura, da temperatura de ensaio, da unidade e do método normalizado. Por exemplo, um resultado de impacto de 40 J não é interpretável sem saber se corresponde à energia Charpy com entalhe em V a 0 °C, −20 °C ou a outra temperatura especificada.

Verifique se o resultado é um valor medido ou uma declaração de conformidade, e se a norma exige o ensaio de cada corrida, de cada lote, de cada peça forjada ou de uma amostra definida. A aceitação pode depender do limite de elasticidade mínimo, do intervalo da resistência à tração, do alongamento mínimo, da média da energia de impacto e do mínimo individual, do intervalo de dureza ou do procedimento de repetição do ensaio permitido. A indicação “Aprovado” só é útil quando os critérios aplicáveis estão visíveis ou são claramente referenciados.

O registo do tratamento térmico deve identificar a condição, o forno ou equipamento, o lote, as datas do tratamento quando exigidas, as temperaturas, o tempo de manutenção, o método de arrefecimento e os detalhes do revenido. A SAE AMSH6875C estabelece requisitos para o tratamento térmico de aços que incluem equipamento de forno, procedimentos, temperaturas e métodos de ensaio. A ASTM A668/A668M-16 classifica as peças forjadas segundo o tratamento térmico de fornecimento, incluindo as condições recozida, normalizada, normalizada e revenida, temperada e revenida, e normalizada-temperada e revenida. Estas categorias descrevem o que foi feito à peça forjada antes do fornecimento; não identificam se o aço foi produzido por BOF ou EAF.

Por fim, examine os requisitos suplementares. Podem abranger ensaios ultrassónicos, ensaios de tração na direção da espessura, ensaios de impacto, dimensão do grão, limpeza, controlos de soldabilidade, mapeamento da dureza, inspeção da superfície ou elementos residuais limitados. Estes requisitos são frequentemente invocados por uma especificação de compra ou por uma cláusula adicional, e não pelo nome do grau em si. O certificado só tem significado técnico quando o grau, a norma de produto e a edição, a forma do produto, as dimensões, a condição de fornecimento, a declaração da rota, a identificação da corrida, o registo do tratamento e a evidência dos ensaios se referem todos ao mesmo material.

Interpretações erradas comuns e um quadro de comparação baseado em normas

Por que EAF não significa um comportamento universal do material

“aço EAF” identifica uma via de produção siderúrgica, não um conjunto de propriedades finais. A World Steel Association afirma que as duas principais vias de produção de aço são a via do alto-forno–forno de oxigénio básico (BF–BOF) e a via do forno de arco elétrico (EAF). Distingue também os seus principais inputs: a via integrada utiliza minério de ferro, carvão metalúrgico, calcário e aço reciclado, enquanto a via EAF utiliza principalmente aço reciclado, ferro diretamente reduzido (DRI), ferro líquido e eletricidade.

Esta distinção é importante, mas, por si só, não prevê a condição final de fornecimento. Uma carga de EAF constituída principalmente por aço reciclado pode conter elementos residuais, como cobre, estanho ou crómio, diferentes dos presentes numa carga baseada em grande medida em DRI. A seleção da sucata, a diluição com DRI ou ferro líquido, a prática de operação do forno, a injeção de oxigénio, o controlo da escória, a refinação secundária e o tratamento sob vácuo afetam a composição química e a limpeza resultantes. Um produtor pode também vazar o aço em placas, biletes ou blocos e, posteriormente, aplicar diferentes reduções, regimes de arrefecimento e operações de acabamento. A World Steel Association descreve diretamente esta sequência: a lingotagem contínua produz placas, biletes e blocos semielaborados, que são posteriormente laminados em produtos planos e longos.

Por conseguinte, a via EAF não determina se um produto é dúctil, de grão grosseiro, sensível a inclusões, soldável ou adequado para um determinado regime de fadiga. Esses resultados dependem da composição química do grau, dos limites relativos aos elementos residuais, do controlo do azoto e do hidrogénio, da prática de vazamento e redução, do refino do grão, das dimensões do produto e do tratamento térmico. A U.S. Environmental Protection Agency estabeleceu claramente a distinção entre vias em 1995: a produção de aço por oxigénio básico refina ferro líquido proveniente do alto-forno juntamente com sucata, enquanto a produção de aço em EAF é um processo distinto. Essa afirmação separa a via de produção da posterior qualificação do produto; não cria uma categoria de material EAF com comportamento universal.

As normas também podem tratar a via de produção de forma diferente. A ASTM A434/A434M-24 permite vias de fusão em forno Siemens-Martin, forno de oxigénio básico e forno elétrico para barras especificadas de aço ligado temperado e revenido, sujeitas aos restantes requisitos da norma. Em contrapartida, a ASTM A508/A508M-16 exige fabrico em forno elétrico básico para as peças forjadas destinadas a recipientes sob pressão abrangidas pela norma, salvo quando é utilizada refinação secundária ou refusão. A via de produção é, portanto, uma variável de conformidade quando a norma assim o determina, mas continua a ser apenas uma variável. Um certificado de aceitação da fábrica que indique “EAF” não pode substituir o grau especificado, a forma do produto, as dimensões, a condição de tratamento térmico e os resultados dos ensaios.

Por que normalizado não é o mesmo que temperado e revenido

Normalizado e temperado e revenido descrevem condições metalúrgicas de fornecimento, não nomes alternativos para o mesmo tratamento. Na normalização, o aço é aquecido acima do intervalo de transformação relevante e arrefecido ao ar calmo. O tratamento refina ou restabelece a estrutura ferrítico-perlítica e reduz alguns efeitos da laminação ou forjamento anteriores. A resistência e a tenacidade resultantes dependem do carbono equivalente, do teor de elementos de liga, da espessura da secção e das condições de arrefecimento.

A têmpera é diferente. O aço é aquecido para formar austenite e, em seguida, arrefecido suficientemente depressa para produzir um produto de transformação substancialmente mais duro, normalmente martensite ou uma mistura de martensite e bainite. Segue-se o revenido para reduzir as tensões de têmpera e ajustar a dureza, a resistência e a tenacidade. Consequentemente, a estrutura final não é a mesma que a produzida pela normalização, e as duas condições não devem ser permutadas numa especificação ou num procedimento de fabrico.

Um terceiro termo causa confusão recorrente: laminado com normalização. Num regime de laminação com normalização, as passagens finais de laminação são controladas de modo que a condição resultante se assemelhe à do aço normalizado, embora o produto possa não ser submetido a um tratamento separado de normalização completa em forno. A temperatura, a redução e o controlo da passagem de acabamento fazem parte da via de produção. “Normalizado” e “laminado com normalização” são descrições de fornecimento relacionadas, mas não constituem afirmações idênticas sobre o processo.

A BS EN 10025-3:2019 abrange produtos planos e longos laminados a quente de aço estrutural soldável de grão fino, fornecidos na condição normalizada ou laminada com normalização. Esta formulação é deliberada. Define uma família de condições de fornecimento permitidas, juntamente com graus, qualidades e espessuras especificados até 250 mm; não implica que todos os produtos da família tenham recebido a mesma história térmica.

Os produtos temperados e revenidos são regidos por uma lógica de propriedades diferente. A DIN EN 10025-6:2023-06 abrange produtos planos laminados a quente de aços estruturais de elevada resistência à cedência, fornecidos na condição temperada e revenida. A resistência especificada é obtida através de têmpera e revenido, com requisitos dependentes da espessura e limites correspondentes relativos à soldadura, à conformação e ao aquecimento para reparação. Um grau normalizado com um valor nominal semelhante de resistência à cedência não constitui automaticamente um substituto, porque a microestrutura, a distribuição de dureza, o comportamento ao longo da espessura e a resposta da zona afetada pelo calor podem ser diferentes.

A ASTM A668/A668M-16 demonstra por que motivo a formulação relativa à condição de fornecimento deve ser lida com precisão. Classifica as peças forjadas de aço-carbono e aço ligado como recozidas, normalizadas, normalizadas e revenidas, temperadas e revenidas, ou normalizadas, temperadas e revenidas. Estas são classificações distintas, não variações estilísticas. A ISO 683-1:2016 especifica igualmente requisitos técnicos de fornecimento para produtos semielaborados, barras, fio-máquina, produtos planos e peças forjadas em condições definidas de tratamento térmico e de superfície. “Tratado termicamente” é uma formulação demasiado vaga quando a norma aplicável distingue estes estados.

Por que os graus equivalentes não correspondem automaticamente a condições de fornecimento equivalentes

A designação de um grau controla geralmente a composição química e um conjunto de requisitos mecânicos ou tecnológicos. Nem sempre identifica o produto completo que chega ao fabrico. Dois documentos podem designar aços quimicamente comparáveis, mas diferir quanto à forma do produto, ao intervalo de espessuras, ao tratamento térmico de fornecimento, à condição da superfície, ao local de amostragem, à temperatura de ensaio, à frequência dos ensaios de impacto, ao exame ultrassónico ou à via de fabrico permitida.

A forma do produto é a primeira verificação. Uma chapa, uma barra, uma peça forjada e um fio-máquina não desenvolvem a mesma história de deformação nem a mesma uniformidade de propriedades, mesmo quando a sua composição química nominal é semelhante. A espessura também é determinante: as velocidades de arrefecimento e os efeitos da segregação variam com a dimensão da secção, pelo que um requisito estabelecido para uma chapa de 20 mm não pode ser automaticamente aplicado a uma peça forjada de 180 mm.

A condição de fornecimento deve então ser correspondida exatamente. Um produto normalizado, um produto laminado com normalização e um produto temperado e revenido podem apresentar valores semelhantes de resistência à cedência, embora tenham dureza, tenacidade e restrições de soldadura diferentes. A condição da superfície também é relevante. Superfícies “no estado laminado”, desincrustadas, maquinadas, acabadas a frio e forjadas implicam pressupostos diferentes relativamente à descarburação, à carepa, à tolerância dimensional e à inspeção.

As disposições relativas aos ensaios podem invalidar uma alegação de equivalência feita de forma superficial. Deve verificar-se se os ensaios de tração e de impacto são obrigatórios, onde são retirados os provetes, qual a orientação utilizada e se os ensaios são realizados por corrida, lote, peça forjada ou intervalo de espessuras. A ISO 683-1:2016, a BS EN 10025-3:2019, a DIN EN 10025-6:2023-06 e as normas ASTM relativas a peças forjadas associam os requisitos a categorias de produtos definidas, e não apenas à composição química.

Uma matriz de comparação prática deve, portanto, incluir a via de fabrico numa coluna, mas nunca deixá-la como a coluna decisiva. As restantes colunas devem identificar a forma do produto e o intervalo de dimensões, o grau e a norma aplicável, o tratamento térmico de fornecimento, a condição da superfície, os requisitos mecânicos e de impacto, a inspeção suplementar e os elementos de prova, como o número da corrida, o registo do tratamento, o relatório de ensaio e a declaração de conformidade. A comparação final deve abranger a linha completa: via de fabrico → forma do produto → tratamento térmico → norma e grau → requisitos de ensaio e de superfície → elementos de prova documentados. Só então será possível determinar se dois fornecimentos nominalmente semelhantes são tecnicamente comparáveis.

Referências

1. [1]ASTM International. Standard Specification for Steel Forgings, Carbon and Alloy, for General Industrial Use. ASTM A668/A668M-16, 2016. https://store.astm.org/a0668_a0668m-16.html
2. [2]ASTM International. Standard Specification for Quenched and Tempered Alloy Steel Forgings for Pressure Vessel Components. ASTM A508/A508M-16, 2016. https://store.astm.org/a0508_a0508m-16.html
3. [3]International Organization for Standardization. Heat-treatable steels, alloy steels and stainless steels — Part 1. ISO 683-1:2016, 2016. https://www.iso.org/standard/70642.html
4. [4]World Steel Association. Steelmaking process. World Steel Association technical resource, 2024. https://worldsteel.org/about-steel/steelmaking-process/
5. [5]World Steel Association. Steelmaking process. World Steel Association technical resource, 2024. https://worldsteel.org/about-steel/steelmaking-process/
6. [6]DIN Media. Hot rolled products of structural steels — Part 6. DIN EN 10025-6:2023-06, 2023. https://www.dinmedia.de/en/standard/din-en-10025-6/366216503