Quais gases são comumente encontrados no aço? Suas fontes e efeitos nocivos

Na siderurgia, os gases estão entre as impurezas não metálicas mais comuns. Embora suas quantidades sejam muito pequenas, seu impacto na estrutura e nas propriedades do aço pode ser significativo. Geralmente, os principais gases encontrados no aço são hidrogênio (H) e nitrogênio (N). Esses gases são introduzidos no aço fundido durante diferentes etapas de refino, tratamento secundário e fundição, e podem levar a defeitos internos durante a solidificação e o resfriamento.

1. Fontes e efeitos nocivos do hidrogênio no aço

O hidrogênio é uma das impurezas gasosas mais perigosas do aço. Ele se origina principalmente de gases de forno, matérias-primas, refratários e umidade presente nos sistemas de fusão e fundição. Durante todo o processo de fabricação do aço, o hidrogênio pode ser absorvido pelo aço fundido de diversas maneiras.

As principais fontes de hidrogênio incluem:

• Matérias-primas úmidas – sucata úmida, cal e carboneto de cálcio que podem absorver água.
• Sucata oleosa – a decomposição do óleo em altas temperaturas libera hidrogênio no fundido.
• Ligas absorvedoras de hidrogênio – como o ferro-níquel, que têm uma forte tendência a absorver hidrogênio.
• Vazamento de água – da água de resfriamento do eletrodo ou dos painéis do forno que vazam para o banho fundido.
• Sucata enferrujada – contendo hidróxido ferroso, que introduz hidrogênio quando derretido.

Efeitos nocivos do hidrogênio:

A solubilidade do hidrogênio no aço fundido é muito maior do que no aço sólido. Durante a solidificação, o hidrogênio precipita juntamente com CO e N, formando bolhas subsuperficiais, microporos ou cavidades de contração central. Isso leva a manchas brancas, atraso na formação de fissuras e redução da densidade, afetando severamente a tenacidade e a confiabilidade do aço.

2. Fontes e efeitos nocivos do nitrogênio no aço

O nitrogênio é outra impureza gasosa comum no processo de fabricação de aço. Ele se dissolve facilmente no aço fundido em altas temperaturas e pode entrar através de gases de forno, ar, carga metálica ou adições de liga.

As principais fontes de nitrogênio incluem:

• Metal quente e ferro-gusa – normalmente contendo 0,004%–0,01% de nitrogênio devido à alta pressão parcial de nitrogênio e ao baixo teor de oxigênio no topo do alto-forno.
• Sucata de aço – sucata suja tende a absorver nitrogênio da atmosfera.
• Formadores de escória e ligas – o ar preso em vazios e lacunas pode introduzir nitrogênio na massa fundida.
• Coque – especialmente em fornos elétricos onde o coque é usado como carburante.

Em comparação, o ferro reduzido diretamente e outras novas fontes de ferro contêm níveis mais baixos de nitrogênio, tornando-os excelentes materiais de diluição para o controle do nitrogênio. Além disso, o pré-aquecimento da sucata em fornos elétricos a arco ajuda a remover compostos de nitrogênio e matéria orgânica a 200–800 °C antes da fusão, reduzindo a absorção de nitrogênio.

Efeitos nocivos do nitrogênio:

A solubilidade do nitrogênio no aço fundido é muito maior do que à temperatura ambiente. Quando o aço esfria, o excesso de nitrogênio torna-se supersaturado, precipitando-se como nitretos dispersos. Estes causam distorção da estrutura e tensões internas, aumentando a dureza e a fragilidade, enquanto diminuem a ductilidade e a tenacidade. Portanto, para aços que exigem alta tenacidade e conformabilidade, o controle do teor de nitrogênio é essencial.