BRPI0803913A2 - nova tecnologia para produção de aços patináveis, com alto cobre e baixo manganês, apresentando vantagens tecnológicas, econÈmicas e ambientais - Google Patents

Abstract

A presente invenção consiste em uma nova tecnologia de aços fundamentada na precipitação de sulfetos de cobre em substituição ao sulfeto de manganês (MnS). A partir deste fundamento, são apresentados novos tipos de aços com vantagens económicas, tecnológicas e ambientais. Resumidamente, estes aços são reunidos em 2 famílias a saber: 1 - "AçOS ECOLOóGICOS" ou "AçOS VERDES" - Estes aços são assim denominados pelo fato de poderem ser fabricados à partir de sucata altamente contaminada com cobre, de modo a evitar o descarte desta sucata na natureza; 2 - "AçOS COMINELI" - Aços do tipo PATINAVEL - Nesta família, os aços com alto cobre e baixo manganês, possuem pouco ou nada de sulfetos de manganês e o enxofre é estabilizado pelo cobre. Nestes aços, o alto cobre confere alta resistência à corrosão e o sulfeto de cobre aumenta as propriedades mecânicas (resistência à tração e ao impacto); a vantagem económica é conferida pelo uso de sucata contaminada com cobre, pela não adição de manganês e pela ausência ou mesmo desnecessidade de adição de níquel para controle da fragilidade à quente durante a fabricação.

Description

"NOVA TECNOLOGIA PARA PRODUÇÃO DE AÇOS PATINÁVEIS,COM ALTO COBRE E BAIXO MANGANÊS, APRESENTANDOVANTAGENS TECNOLÓGICAS, ECONÔMICAS E AMBIENTAIS".

Apresentação

A presente invenção refere-se a uma nova tecnologia para se produzir aços commelhores propriedades mecânicas, resistência à corrosão e custo reduzido, paraaplicação em estruturas soldadas, parafusadas ou rebitadas e expostas àcorrosão atmosférica ou marinha, sem necessidade de pintura. O fundamentoconsiste em substituir o manganês, como estabilizador do enxofre, pelo cobre,aproveitando os benefícios tecnológicos da substituição, e ainda possibilitar o usode sucata de aço altamente contaminada com cobre, evitando que a mesma sejadescartada na natureza.

Descrição - Bases científicas para o pedidoTecnológica e Ambiental:

Nos dias atuais os requisitos ambientais e de redução de custos estão cada vezmais importantes nos materiais. Reciclabilidade e baixo custo podem determinar osucesso de um novo material, pois são atributos complementares que podemajudar a reverter a tendência de degradação ambiental da Terra.Apresentação do problema

Os metais em geral, e particularmente o aço, são materiais de boa reciclabilidade.

Contudo, a contaminação de sucata por alguns elementos como o cobre,proveniente de componentes eletro-eletrônicos, contidos em eletrodomésticos eautomóveis descartados, pode encarecer a sua re-utilização ou mesmo tornar estasucata inservível e ser descartada na natureza.

Com a tendência de aumento de eficiência e redução de tamanho destescomponentes eletro-eletrônicos, a contaminação de cobre na sucata tende a ficarainda mais difícil de ser separada. Desta forma o problema só tende a piorar, comaumento de cobre nos aços produzidos a partir de sucata.

Uma vez presente no aço líquido, o cobre é um elemento que não pode serremovido pelo processamento deste aço e irá fatalmente estar presente noproduto solidificado. Este elemento pode causar problemas de fragilidade duranteo processamento à quente do aço (lingotamento contínuo ou laminação). Portanto,em ocorrendo este problema, a quantidade de cobre nos aços deve serrigorosamente controlada ou seus efeitos devem ser compensados pela adição deníquel, o que pode encarecer muito o produto final. Em conseqüência, a sucatacontaminada com cobre pode ter seu uso muito limitado e ter que ser descartadana natureza.Por outro lado, o cobre também confere propriedades interessantes nos aços,aumentando sua resistência mecânica, resistência à corrosão e resistência aoimpacto, o que o torna um elemento importante na liga.

O pedido de patente Francês n° 02/00387 de 14/01/2002 trata da fabricação deum produto de aço contendo cobre, cujo objetivo é tão somente o aumento daspropriedades mecânicas, via envelhecimento por precipitação do cobre que seapresenta supersaturado na ferrita. Realmente este fenômeno de envelhecimentoé possível e bastante conhecido da ciência. Contudo, o processo proposto deprodução do produto (solidificação direta - ou lingotamento contínuo - de umachapa de até 10mm de espessura e demais procedimentos) está fora da atualrealidade industrial. De qualquer forma, o que o inventor pretende, absolutamentenão conflita com a presente solicitação, visto que são enfoques totalmentediferentes. O que o pretendente propõe é uma forma de se produzir oenvelhecimento, baseada no processamento termomecânico, sem preocupar comos problemas de fabricação. Já a presente invenção é focada em alteração dacomposição química, de forma a produzir os mesmos resultados finais depropriedades mecânicas, porém com nítidas vantagens econômicas, tecnologias eambientais, tudo dentro de uma realidade de fabricação totalmente possível.Apresentação das soluções

O presente pedido consiste em resultados de muitos anos de pesquisas de formaa resolver o problema de fragilidade a quente "hot shortness" na fabricação destesaços, permitindo um barateamento do mesmo pela redução de adição deelementos de liga como o manganês e o níquel. Além disso, o processo permite acriação de um "AÇO ECOLÓGICO" ou "AÇO VERDE" por causa do aumento doteor de cobre no aço, de forma a permitir o uso de sucata altamente contaminadacom cobre que, de outra forma, seria descartada na natureza.

O fato de se produzir aços com maior teor de cobre e menor adição de elementosde liga irá reduzir custos e conferir melhores propriedades mecânicas e deresistência à corrosão. Possibilita ainda a redução do peso das estruturas, peloaumento da resistência mecânica e aumento de sua vida útil quanto à corrosão,dispensando pintura. Estes aços, são chamados de AÇOS PATINÁVEIS(WEATHERING STEELS) que são empregados em estruturas metálicas expostasao tempo.

Fundamentação científica

A fundamentação científica do pedido baseia em resultados de trabalhoscientíficos realizados pelo solicitante no Brasil e exterior. Consiste no fato danecessidade de se controlar a quantidade de enxofre, que é um elemento nocivopor causar fragilidade a quente nestes aços. Portanto para se controlar o enxofreresidual, adiciona-se manganês que irá estabilizar o enxofre na forma inclusões desulfeto de enxofre (Mns) no interior do aço e impedir seus efeitos nocivos.Acontece que o cobre também é um formador de sulfeto de cobre e, portanto podetambém estabilizar o enxofre. Contudo, em presença de MnS, o cobre presente noaço irá competir pelo enxofre, concentrar-se no entorno das inclusões e formaruma região rica em cobre segregado. Este fenômeno é de importância fatal nacausa da fragilidade a quente, pois o cobre estará líquido na temperatura deprocesso. Para se compensar o problema é adicionado níquel, de forma a reduzira fragilidade à quente. Reduzindo-se, ou mesmo eliminando, a adição demanganês e aumentando-se a adição de cobre, dar-se-á a formação do sulfeto decobre, com menor possibilidade, ou mesmo ausência da formação de MnS. Osulfeto de cobre tem propriedades de aumento de resistência mecânica por ser detamanho muito pequeno. Desta forma o enxofre fica estabilizado e o cobre ficaráem solução e não segregado. Assim o problema de fragilidade a quente pode serreduzido ou eliminado e, portanto não será necessária adição de níquel. Fica,portanto controlado o efeito maléfico da segregação do cobre e pode-se tirarproveito dos benefícios da sua adição quer seja nas propriedades tecnológicas,quer no fato de permitir melhor reciclagem de sucata.

Claims (6)

1. - Ligas de ferro (aço) patinável contendo cobre (Cu) e demais elementos emqualquer composição, de forma a permitir a estabilização dos sulfetos total ouparcialmente pela formação de sulfeto de cobre e reduzir ou eliminar aprecipitação de MnS. Nesta nova tecnologia, o aço além de apresentarmelhoria das propriedades mecânicas e aumento da resistência à corrosão,ambos pela presença do cobre, será de fabricação mais fácil e barata, tendoem vista que não há adição de manganês e que o cobre adicionado seráproveniente da contaminação da sucata. Ainda, sabendo-se que o cobresegrega no entorno das inclusões de MnS, a redução da quantidade de MnSirá reduzir a segregação de cobre. Portanto, em não havendo a segregação decobre, que é a causa da fragilidade a quente, a adição de níquel será menor,ou mesmo desnecessária, para se evitar este problema.

2. - Ligas de ferro (aço) patinável contendo %Mn abaixo de 0,5% e %Cu emquantidade maior que manganês (relação %Mn:%Cu<1) e demais elementosem qualquer outra composição. A redução do manganês destina-se a facilitar aestabilização do enxofre pelo cobre, levando a cabo as vantagens citadas nareivindicação 1;

3. - "AÇO ECOLÓGOCO" ou "AÇO VERDE" (Ligas de ferro - aço patinável)produzido totalmente ou parcialmente de sucata de aço contaminada comcobre. Este aço terá o teor de manganês somente originário da sucata e níquel5 abaixo de 1% e demais elementos em qualquer outra composição. O níquel éadicionado apenas por causa dos efeitos negativos causados pela segregaçãodo cobre no entorno das inclusões de MnS, já que é improvável que se tenhasucata de aço livre de manganês. Reduzindo-se a quantidade de manganês oníquel também pode ser reduzido, permitindo o descrito na reivindicação 1.

4. - Ligas de ferro (aço) onde a quantidade de manganês é menor que a decobre e enxofre menor que 0.004% (S < 0.004%) e demais elementos emqualquer outra composição. Neste caso, novamente a redução de manganêsirá permitir a estabilização do enxofre pelo cobre e ocorrer o descrito nareivindicação 1.

5. - Ligas de ferro (aço) onde a quantidade de níquel é menor que a de cobre edemais elementos em qualquer outra composição. Estes aços certamenteterão que estar fundamentados nos princípios da invenção, pois a poucaadição de níquel em quantidade menor ou igual que a de cobre só serápossível se ocorrer o descrito na reivindicação 1. Caso contrário ocorrerá oproblema de fragilidade a quente.

6. - "AÇO COMINELI" (Ligas de ferro - aço) sem adição de manganês, ou emcom manganês proveniente somente de contaminação residual, produzido àpartir de ferro esponja (redução direta), com ou sem adição de sucata,portanto contendo também baixo teor de enxofre residual. Por ser um açofabricado à partir de ferro esponja (redução direta) o carbono é tambémresidual, podendo ser estabilizado com adição de nióbio ou titânio. Estes aços,por praticamente não possuírem manganês e o enxofre ser muito baixo, serãoainda praticamente livres de inclusões de MnS que são os pontos desegregação. Assim poderão ter teores elevados de cobre, pois desta forma,não haverá a segregação de cobre no entorno das inclusões. Dessa forma, aadição de níquel será desnecessária ou pequena, de modo a ocorrer o descritona reivindicação 1. Ainda, além de poucas inclusões, o aço terá estruturapredominantemente ferrítica, o que resultará em alta tenacidade à fratura. Aspropriedades mecânicas (resistência à tração e ao impacto) e de resistência àcorrosão deste aço deverão ser muito adequadas para aplicações emestruturas terrestres e marítimas - "on shore e offshore" - sem pintura esubmetidas a baixas temperaturas e à corrosão atmosférica destes ambientes.