Ricardo Suplicy Goes
Gerente executivo do ICZ – Instituto de Metais não Ferrosos
Abstract
Most steels can be satisfactorily galvanized. However, reactive elements in steel can affect galvanization, in particular silicon (Si) and phosphorus(P). In this article we will show the influence of these elements, reacting with molten zinc in the process of hot dip galvanizing.
Resumo
A maioria dos aços podem ser satisfatoriamente galvanizados. Entretanto, elementos reativos no aço podem afetar a galvanização, em particular, o silício (Si) e o fósforo (P). Neste artigo vamos mostrar a influência desses elementos, reagindo com o zinco fundido no processo da galvanização por imersão a quente.
INTRODUÇÃO
Aços carbonos não ligados [por exemplo, EN 10025], aços de grãos finos [por exemplo, o EN 10113], aços temperados e revenidos [como o EN 10137-2], seções ocas – acabamento a quente [como o EN 10210-1], seções ocas – acabamento a frio [por exemplo, o EN 10219-1], ferro fundido cinzento [por exemplo, EN 1561] e ferro fundido maleável [por exemplo, EN 1562] são em geral apropriados para galvanização por imersão a quente. Quando outros metais ferrosos deverão ser galvanizados, informações adequadas ou amostras deverão ser fornecidas pelo comprador ao galvanizador para se decidir se esses aços podem ser satisfatoriamente galvanizados. Aços de corte rápido com teores de enxofre normalmente são inadequados, impróprios.
A maioria dos aços podem ser satisfatoriamente galvanizados. Entretanto, elementos reativos no aço podem afetar a galvanização, em particular, o silício (Si) e o fósforo (P). A composição química dos aços [Si e P somente] quanto mais comum que se encontra para produção, mais estável é a qualidade dos revestimentos galvanizados.
A composição química da superfície do aço tem efeito considerável sobre sua reatividade quando imerso no zinco fundido. Espessura do revestimento e aparência produzidos pela galvanização por imersão a quente a temperaturas normais, entre 445 a 455°C, são influenciados pelo silício e, em determinadas circunstâncias, mas menos frequentemente, pelo teor de fósforo do aço. É também possível que o silício e o fósforo ajam em combinação, podendo assim resultar num aço carbono muito reativo.
Consequentemente, determinadas composições da superfície do aço podem conseguir uma qualidade mais consistente de revestimento no que diz respeito a aparência, espessura e rugosidade.
No processo de fabricação do aço ao alumínio ou ao silício, esses elementos são usados para remover o oxigênio e os contaminantes do aço. Isso é definido como ‘aço acalmado ao alumínio’ ou ‘aço acalmado ao silício’. O efeito é que o aço acalmado ao alumínio terá baixo teor de silício e mais alumínio. Com aço acalmado ao silício o inverso se aplica.
O aço acalmado ao alumínio (Si entre 0,01% a 0,04%) tende a ser menos reativo quando imerso no zinco fundido. O aço acalmado ao silício, Si >0,05% é mais reativo e, portanto, deverá ser controlado pela forma de especificação do aço. O alumínio no aço tem pouco efeito na reatividade com zinco fundido.
Fósforo na composição química da superfície do aço também tem um efeito sobre sua reatividade com o zinco fundido. Em ordem, para controle desse aspecto e para limitar o efeito no revestimento, o fósforo deverá ser <0,02% e, se possível, <0,01%. Excesso de fósforo resulta num revestimento frágil/quebradiço (> 300µm) que estará sujeito a danos mecânicos.
Um certificado de análise química do aço deveria ser obtido do fornecedor, ou a composição química (silício e fósforo) do aço deveria ser especificada, principalmente quando grandes quantidades de material forem galvanizadas.
Efeito Sandelin
Fig. 1: Curva Sandelin - Efeitos da temperatura e teor de silício no aço sobre a espessura do revestimento.
Estrutura típica de revestimento galvanizado ‘aço acalmado ao alumínio’ (silício < 0,04% e temperatura de 450°C do zinco) ± 200x de ampliação
Espessuras do revestimento variando entre 60µm a 80µm.
A estrutura preferida de revestimento do galvanizado de ‘aço acalmado ao silício’ em uma faixa de silício de 0,15% a 0,25% e a temperatura de 450°C de zinco fundido.
Espessuras de revestimento entre 120µm a 200µm
(Ampliação ± 200x)
Tubo de aço reativo soldado em tubo de aço não reativo
Especificação indicada
O zinco é ‘um material de sacrifício’ que retarda a taxa da corrosão. Consequentemente, quanto mais espessa a camada de zinco mais longa será a vida útil da estrutura. No caso do aço acalmado ao ‘alumínio’ a vida útil é menor do que aquele do aço acalmado ao ‘silicio’. De qualquer forma, para um revestimento demasiadamente espesso (>200µm), há um grande potencial para danos mecânicos. É aconselhável, particularmente em grandes contratos, especificar a análise química (silício e fósforo) do aço.
Uma especificação da análise química ideal de aço deve ser indicada como segue:
• Para aço acalmado ao alumínio: Si de 0,01% a 0,04%; P < 0,15%. (Espessura do zinco entre 60 a 80µm, acabamento brilhante passando para cinza fosco a curto prazo e mais flexível).
• Aço acalmado ao silício: Si de 0,15% a 0,25% ; P < 0,01% (preferível). P não exceder a 0,02%. (Espessura do zinco maior que 120µm, mas tende a ser frágil e um acabamento de superfície cinza fosco).
As taxas de corrosão e a máxima vida útil de estruturas de aço carbono galvanizadas não são somente dependentes da espessura do revestimento de zinco, mas também das circunstâncias ambientais em que a estrutura está localizada. A longevidade das estruturas não é um assunto coberto por esta folha de informação.
Em circunstâncias especiais, o especificador e o galvanizador podem concordar com os critérios de composição do aço que estejam fora das faixas de silício e de fósforo a fim de produzir revestimentos de aparências diferentes, ou de espessuras diferentes, para finalidades específicas.
É possível para um galvanizador reduzir o crescimento do revestimento quando galvanizar aços reativos por imersão a quente, quando:
- Galvanizar uma amostra do aço;
- Com tempo de imersão mais curto;
- Com temperatura do zinco mais baixa (440°C);
- Por adição de pequenas quantidades de Níquel no zinco fundido (0,04%).
Na prática, não é possível para um galvanizador monitorar a análise de aço do material fornecida – e, na maioria dos casos, essa informação não é fornecida. Quando a análise de aço não está definida e nem especificada no estágio de projeto, o galvanizador não pode ser responsabilizado por espessuras inconsistentes do revestimento acima do mínimo especificado, assim como um possível acabamento de superfície não uniforme.
Normas regulamentares
A norma ABNT NBR 6323:2016 – Galvanização por imersão a quente de produtos de aço e ferro fundido – Especificação ressalta, no item 6 – Critérios de Aceitação, subitem 6.1.2, os cuidados da composição química do aço:
“6.1.2 A composição química do aço carbono interfere nas características do revestimento de zinco, sobretudo no tocante ao brilho, à espessura e à rugosidade. Por exemplo, a presença de elementos como silício (Si) e fósforo (P) prolonga a reação entre o ferro e o zinco fundido, durante o processo de galvanização por imersão a quente. Isso, por sua vez, pode provocar desuniformidade no brilho e na rugosidade do revestimento, conforme Anexo B, que classifica o aço em 08 classes, conforme exemplo abaixo”.
É recomendado a aquisição da norma no site da ABNT pelo acesso: abntcatalogo.com.br
Tabela B.1 do Anexo B: Influência do silício e do fósforo para a galvanização de peças em aço carbono
Os aços altamente reativos tendem a adotar uma aparência cinza fosca
Para Saber Mais
O ICZ – Instituto de Metais Não Ferrosos se coloca à disposição para mais informações sobre o efeito Sandelin na Galvanização por Imersão a Quente pelo e-mail contato@icz.org.br e em seu site www.icz.org.br
