Na siderurgia, o fósforo (P) é um elemento importante que pode ter efeitos tanto nocivos quanto benéficos. Compreender seu papel no aço é crucial para a metalurgia e para garantir o desempenho de diferentes tipos de aço.
Efeitos nocivos do fósforo no aço
Para a maioria dos tipos de aço, o fósforo é considerado uma impureza indesejável, principalmente porque causa fragilidade a frio.
- Mecanismo de fragilidade a frio: O fósforo dissolve-se completamente na ferrita e tende a segregar-se ao longo dos contornos de grão durante a solidificação. Isso leva à formação de camadas frágeis de Fe₂P, que reduzem drasticamente a ductilidade e a tenacidade ao impacto do aço. O problema é especialmente grave em baixas temperaturas.
- Influência elementar: níveis mais altos de carbono, oxigênio e nitrogênio no aço podem intensificar o impacto nocivo do fósforo.
- Influência do Processo: O fósforo reduz a soldabilidade e o desempenho do aço na dobra a frio. Na moderna siderurgia em fornos elétricos a arco de ultra-alta potência, o teor de fósforo é geralmente controlado para abaixo de 0,020%.
Efeitos benéficos do fósforo no aço
Embora geralmente prejudicial, o fósforo pode melhorar certas propriedades do aço quando controlado e usado intencionalmente:
- Aumenta a resistência e a dureza
- O fósforo proporciona fortalecimento em soluções sólidas, ficando atrás apenas do carbono.
- Em aço de folha-de-flandres com baixo teor de carbono, o teor de fósforo às vezes é mantido em torno de 0,08%.
- Melhora a resistência à corrosão
- No aço intemperizado, o fósforo é controlado na faixa de 0,08% a 0,13%, melhorando a resistência à corrosão atmosférica.
- Elementos de terras raras (RE) são frequentemente adicionados para minimizar a fragilidade induzida pelo fósforo.
- Melhora a usinabilidade
- O fósforo melhora o desempenho de corte. Aços de corte livre geralmente contêm cerca de 0,09% de fósforo.
- Melhora a fluidez do aço fundido
- Em aços fundidos, um maior teor de fósforo pode aumentar a fluidez do aço fundido, resultando em melhor qualidade de fundição.
- Aplicações Especiais
- Em certas aplicações militares, como aço para projéteis, o fósforo é adicionado intencionalmente para aumentar a fragilidade ao frio, melhorando assim o poder destrutivo.
Formas de fósforo no aço
- Estudos termodinâmicos sugerem que o fósforo no aço existe principalmente na forma de Fe₂P.
- Entretanto, na maioria dos aços de liga onde o nível de fósforo é de cerca de 0,04%, ele geralmente permanece em um estado disperso em vez de formar uma fase significativa de Fe₂P.
- Como resultado, o fósforo é geralmente considerado um elemento prejudicial ao aço, com usos benéficos apenas em alguns tipos de aço especializados.
