WO2010028473A1 - Nova tecnologia para produção de aços patináveis, com alto cobre e baixo manganês, apresentando vantagens tecnológicas, econômicas 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 econômicas, tecnolόgicas e ambientais. Resumidamente, estes aços são reunidos em 2 familias a saber: 1 "AÇOS ECOLÓGICOS" ou "AÇOS VERDES" - Estes aços são assim denominados pelo fato de poderem ser fabricados a partir de sucata altamente contaminada com cobre, de modo a evitar o descarte desta sucata na natureza; 2 "AÇOS COMINELI" - Aços do tipo PATINÁVEL - Nesta famflia, 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 econômica e 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 a quente durante a fabricação.

Description

"NOVA TECNOLOGIA PARA PRODUÇÃO DE AÇOS PATINÁVEIS, COM ALTO COBRE E BAIXO MANGANÊS, APRESENTANDO VANTAGENS TECNOLÓGICAS, ECONÓMICAS E AMBIENTAIS".

Apresentação

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

Descrição - Bases científicas para o pedido

Tecnológica e Ambiental:

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

Os metais em geral, e particularmente o aço, são matériais de boa reciclabilidade. Contudo, a contaminação de sucata por alguns elementos como o cobre, proveniente de componentes eletro-eletrônicos, contidos em eletrodomésticos e automóveis descartados, pode encarecer a sua re-utilização ou mesmo tornar esta sucata inservível e ser descartada na natureza.

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

Uma vez presente no aço líquido, o cobre é um elemento que não pode ser removido pelo processamento deste aço e irá fatalmente estar presente no produto solidificado. Este elemento pode causar problemas de fragilidade durante o processamento à quente do aço (lingotamento contínuo ou laminação). Portanto, em ocorrendo este problema, a quantidade de cobre nos aços deve ser rigorosamente controlada ou seus efeitos devem ser compensados pela adição de níquel, o que pode encarecer muito o produto final. Em consequência, a sucata contaminada com cobre pode ter seu uso muito limitado e ter que ser descartada na natureza. Por outro lado, o cobre também confere propriedades interessantes nos aços, aumentando sua resistência mecânica, resistência à corrosão e resistência ao impacto, o que o torna um elemento importante na liga. O pedido de patente Francês n° 02/00387 de 14/01/2002 trata da fabricação de um produto de aço contendo cobre, cujo objetivo é tão somente o aumento das propriedades mecânicas, via envelhecimento por precipitação do cobre que se apresenta supersaturado na ferrita. Realmente este fenómeno de envelhecimento é possível e bastante conhecido da ciência. Contudo, o processo proposto de produção do produto (solidificação direta - ou lingotamento contínuo - de uma chapa de até 10mm de espessura e demais procedimeníos) está fora da atual realidade industrial. De qualquer forma, o que o inventor pretende, absolutamente não conflita com a presente solicitação, visto que são enfoques totalmente diferentes. O que o pretendente propõe é uma forma de se produzir o envelhecimento, baseada no processamento termomecânico, sem preocupar com os problemas de fabricação. Já a presente invenção é focada em alteração da composição química, de forma a produzir os mesmos resultados finais de propriedades mecânicas, porém com nítidas vantagens económicas, tecnologias e ambientais, tudo dentro de uma realidade de fabricação totalmente possível. Apresentação das soluções

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

O fato de se produzir aços com maior teor de cobre e menor adição de elementos de liga irá reduzir custos e conferir melhores propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Possibilita ainda a redução do peso das estruturas, pelo aumento 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 expostas ao tempo.

Fundamentação científica

A fundamentação científica do pedido baseia em resultados de trabalhos científicos realizados pelo solicitante no Brasil e exterior. Consiste no fato da necessidade de se controlar a quantidade de enxofre, que é um elemento nocivo por causar fragilidade a quente nestes aços. Portanto para se controlar o enxofre residual, adiciona-se manganês que irá estabilizar o enxofre na forma inclusões de sulfeto de enxofre ( ns) no interior do aço e impedir seus efeitos nocivos. Acontece que o cobre também é um formador de sulfeto de cobre e, portanto pode também estabilizar o enxofre. Contudo, em presença de MnS, o cobre presente no aço irá competir pelo enxofre, concentrar-se no entorno das inclusões e formar uma região rica em cobre segregado. Este fenómeno é de importância fatal na causa da fragilidade a quente, pois o cobre estará líquido na temperatura de processo. Para se compensar o problema é adicionado níquel, de forma a reduzir a fragilidade à quente. Reduzindo-se, ou mesmo eliminando, a adição de manganês e aumentando-se a adição de cobre, dar-se-á a formação do sulfeto de cobre, com menor possibilidade, ou mesmo ausência da formação de MnS. O sulfeto de cobre tem propriedades de aumento de resistência mecânica por ser de tamanho muito pequeno. Desta forma o enxofre fica estabilizado e o cobre ficará em solução e não segregado. Assim o problema de fragilidade a quente pode ser reduzido ou eliminado e, portanto não será necessária adição de níquel. Fica, portanto controlado o efeito maléfico da segregação do cobre e pode-se tirar proveito dos benefícios da sua adição quer seja nas propriedades tecnológicas, quer no fato de permitir melhor reciclagem de sucata.

Claims

Reivindicações

1 - Ligas de ferro (aço) patinável contendo cobre (Cu) e demais elementos em qualquer composição, de forma a permitir a estabilização dos sulfetos total ou parcialmente pela formação de sulfeto de cobre e reduzir ou eliminar a precipitação de MnS. Nesta nova tecnologia, o aço além de apresentar melhoria das propriedades mecânicas e aumento da resistência à corrosão, ambos pela presença do cobre, será de fabricação mais fácil e barata, tendo em vista que não há adição de manganês e que o cobre adicionado será proveniente da contaminação da sucata. Ainda, sabendo-se que o cobre segrega no entorno das inclusões de MnS, a redução da quantidade de MnS irá reduzir a segregação de cobre. Portanto, em não havendo a segregação de cobre, 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 em quantidade maior que manganês (relação %Mn:%Cu<1) e demais elementos em qualquer outra composição. A redução do manganês destina-se a facilitar a estabilização do enxofre pelo cobre, levando a cabo as vantagens citadas na reivindicação 1 ; 3 - "AÇO ECOLÓGOCO" ou "AÇO VERDE" (Ligas de ferro - aço patinável) produzido totalmente ou parcialmente de sucata de aço contaminada com cobre. Este aço terá o teor de manganês somente originário da sucata e níquel abaixo de 1% e demais elementos em qualquer outra composição. O níquel é adicionado apenas por causa dos efeitos negativos causados pela segregação do cobre no entorno das inclusões de MnS, já que é improvável que se tenha sucata de aço livre de manganês. Reduzindo-se a quantidade de manganês o níquel também pode ser reduzido, permitindo o descrito na reivindicação 1.

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

5 - Ligas de ferro (aço) onde a quantidade de níquel é menpr que a de cobre e demais elementos em qualquer outra composição. Estes aços certamente terão que estar fundamentados nos princípios da invenção, pois a pouca adição de níquel em quantidade menor ou igual que a de cobre só será possível se ocorrer o descrito na reivindicação 1. Caso contrário ocorrerá o problema de fragilidade a quente.

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