Classificação de Elementos Residuais
Os elementos residuais no aço são categorizados em três grupos com base em seu potencial de oxidação: elementos totalmente retidos, elementos parcialmente retidos e elementos minimamente retidos.
Elementos totalmente retidos — Cu, Ni, Co, As, W, Mo, Sn, Sb — têm um potencial de oxidação menor que o do ferro. Esses elementos não participam das reações de oxidação durante a fabricação do aço e são quase totalmente retidos no produto final.
Elementos parcialmente retidos — S, P, Mn, Cr, C, H, N — têm potenciais de oxidação semelhantes aos do ferro. Durante a fusão, apenas uma parte desses elementos é oxidada e removida. O grau de remoção depende das características específicas de cada elemento.
Elementos minimamente retidos — Pb, Zn, V, Ti, Si, Al, Zr, Mg, Ca, Nb — apresentam potenciais de oxidação mais elevados do que o ferro. Esses elementos são preferencialmente oxidados durante a fusão e, em sua maioria, entram na fase de escória, permanecendo apenas pequenas quantidades no aço.
Fontes de Elementos Residuais
Os elementos residuais no aço originam-se principalmente de minério de ferro e sucata. Os minérios de ferro frequentemente contêm elementos coexistentes, como V, Ti, P, As, Sn, Sb e elementos de terras raras (Re), que são introduzidos no aço durante a fundição. Na siderurgia de processo curto, as principais fontes de elementos residuais são sucata de aço ligado, aço revestido ou chapeado (por exemplo, com estanho, níquel, cobre, cromo ou zinco) e diversos metais não ferrosos.
Dentre todos os elementos residuais, o cobre está presente em maior quantidade, entrando principalmente no forno siderúrgico por meio de sucata automotiva. Antimônio (Sb) e arsênio (As) provêm principalmente do minério de ferro primário. Embora possam ser diluídos pela adição de sucata limpa, tendem a se acumular gradualmente no aço reciclado. Hidrogênio (H) e nitrogênio (N) são absorvidos principalmente da atmosfera do forno durante a siderurgia. Seu teor é influenciado tanto pela composição do aço quanto pelo processo específico de siderurgia utilizado.
Segregação de Elementos Residuais em Aço
A maioria dos elementos residuais apresenta fortes tendências de segregação. A segregação elementar pode ocorrer tanto durante a solidificação quanto por meio de transformações de fase subsequentes no estado sólido. Essas transformações exigem um tempo de difusão prolongado. Elementos segregados podem levar à formação de inclusões, resultando em regiões localizadas com maior dureza em comparação com o restante do lingote. No estado sólido ou durante o processamento térmico, os elementos residuais podem segregar nos contornos de grão. Esse fenômeno contribui para a fragilização dos contornos de grão, como a fragilização por revenimento Tipo II em aços ligados, comumente causada pela segregação de P, Sn, As e Sb.
Efeitos de Elementos Residuais
Elementos benéficos totalmente retidos, como Ni, Co, W e Mo, aumentam a temperabilidade do aço. O cobre (Cu) desempenha um papel duplo: pode causar fragilização a quente (fragilização durante o processamento em alta temperatura), mas também melhora a resistência à corrosão atmosférica. Elementos residuais nocivos, como Sn, As e Sb, não apenas agravam a fragilização induzida pelo cobre, como também contribuem para a fragilização por revenimento Tipo II. Entre eles, o estanho (Sn) é particularmente prejudicial, pois reduz significativamente as propriedades mecânicas em alta temperatura de aços e ligas.
Entre os elementos parcialmente retidos, o cromo (Cr) melhora a resistência à oxidação, a resistência à corrosão e a temperabilidade, mas também aumenta a tendência à fragilização por revenimento; o nitrogênio (N) ajuda a refinar o tamanho do grão de austenita, mas pode levar ao envelhecimento por deformação no aço; o hidrogênio (H) é um elemento prejudicial que causa defeitos internos, como manchas brancas e rachaduras, especialmente em aços de baixa liga e alta resistência.
