Desembaraço. Informações da indústria como você nunca viu

Transcrição

1 Desembaraço Informações da indústria como você nunca viu

2 Introdução O caminho para uma boa gestão passa pela necessidade de se conhecer a área em que atua. Com o volume de informações no qual somos expostos diariamente, meios de comunicação devem se ater não só aos conteúdos, mas também na forma como são explorados, para que ideias e opiniões relevantes não se percam no meio de tanta informação. A Açofran acredita que atrelando conteúdo, abordagem e estética as chances de despertar o interesse por temas ligados à indústria serão maiores. É o que procuramos colocar em prática nas próximas páginas. Açofran.

3 O impacto dos Elementos químicos no preço do aço O papel dos vários elementos químicos no comportamento do aço é bastante bem conhecido, uma vez que a metalurgia tem se dedicado a estudar ligas de ferro e carbono de forma sistemática há séculos. Atribui-se o título de pai da metalurgia ao cientista alemão Georgius Agricola, que em 1556 publicou a obra De re metallica, um tratado sistemático sobre os processos de extração de diversos metais. O estudo do papel dos elementos químicos na oferta, procura e preço do aço é no entanto muito mais recente. O papel de pai da economia moderna cabe a Adam Smith, que publicou sua obra mais conhecida A riqueza das nações mais de dois séculos depois, em A distância que separa o início das duas ciências talvez explique por que ainda temos dificuldades de prever o comportamento econômico do aço com a mesma precisão que somos capazes de prever o comportamento físico-químico. Não conseguimos dizer com certeza qual será a demanda futura de determinada liga de aço, nem o seu preço futuro. De qualquer forma, vale a pena tentar desvendar um pouco esse mundo, e o melhor ponto de partida para isso é fazer uma ponte com a química. Rb H Li Cs Ba Fr Os elementos de acordo com a sua relativa abundância Na K Ra Ac Sr La Th Pa Mg Ca Sc Ce Pr U Y Nd Pm Sm Eu Np Pu Am He Be Gd Cm Tb Dy Ti Ho Er Bk Cf Es Tm Al V Cr Mn Yb Zr Lu Nb Hf Fm Md No Lw N F B C O Fe Mo Ta Tc W Co Ru Rh Re Os Ir Si Ni Pd Cu Pt Ag Au Cd P Hg S As Zn Se Ga Ge In Sn Tl Pb Sb Cl Br Te Bi I Po Ne Ar Kr At Xe Rn A composição química de um aço especial varia conforme a aplicação, por isso tomemos um aço em particular para ilustrar os conceitos. O aço D6, por exemplo, muito usado no Brasil. Esse aço é composto de aproximadamente 84% de ferro, 12% de cromo, 2% de carbono, 0.35% de Si, 0.75% de Mn e 0.7% de W. Para entendermos o custo de produção deste aço

4 precisamos entender o comportamento dos preços de cada um desses componentes. O ferro e o carbono são obtidos a partir da sucata selecionada comprada pelas siderúrgicas, já que os aços especiais são feitos tipicamente pelo processo de produção secundário em fornos EAF (Electric Arc Furnace). A sucata representa uma parte menor do custo total do D6, por isso nos concentraremos por hora nos demais elementos de liga, em especial o cromo, o manganês e o tungstênio, deixando a discussão sobre sucata para uma próxima edição. O cromo é o 22º elemento mais abundante na Terra, e as maiores jazidas de cromita (óxido do qual se extrai o cromo metálico) estão na África do Sul, Índia e Cazaquistão. Apesar de ter as maiores reservas de cromita, a África do Sul foi ultrapassada pela China no papel de maior produtor de ferrocromo, que é a liga de cromo utilizada na produção de aço. A China também é o maior consumidor mundial do metal, o que faz com que o balanço de oferta e demanda seja extremamente influenciado pelo desempenho da economia chinesa e o nível de utilização de aço inoxidável nela, principal uso do cromo. Novas capacidades de produção de ferrocromo são esperadas na China, o que deve ajudar pouco na recuperação dos preços do metal que fecharam 2013 no ponto mais baixo dos últimos quatro anos. O manganês tem uma situação distinta. Embora a África do Sul e a China também sejam os principais atores na cadeia de produção de manganês, e novas capacidades também sejam esperadas para os próximos anos, os preços do 12º elemento mais abundante na Terra devem se manter estáveis, com viés de alta nos próximos anos. Isso se deve a aumento no custo da energia elétrica, necessária para produção do ferromanganês, utilizado na produção de aço. Além disso, usos do manganês fora da indústria siderúrgica, como em baterias para dispositivos móveis e carros elétricos têm aumentado, colocando mais pressão ainda na demanda. Para finalizar, a demanda de tungstênio, como não podia deixar de ser, também é muito influenciada pela China. Similarmente ao cromo, a produção de tungstênio também é O uso de manganês fora da siderúrgia tem aumentado, colocando ainda mais pressão na demanda. concentrada por lá, com mais de 80% da capacidade mundial. A produção de tungstênio tem um triste detalhe adicional. O tungstênio é considerado um mineral de conflito, em função de sua extração no Congo, onde existem conflitos armados. A maior parte do tungstênio é utilizada na forma de carbeto de tungstênio, utilizado em ferramentas de corte e até mesmo jóias. Fica claro dos exemplos acima o nível de dificuldade de prevermos o comportamento econômico futuro dos aços especiais. Afinal, estamos falando em tentar prever a demanda futura por ferramentas que utilizam o aço D6, o comportamento da economia chinesa, o preço da energia elétrica, a demanda por aços inoxidáveis, por baterias de celular, ferramentas de corte, e até mesmo anéis de noivado. O sistema é muito complexo e difícil de ser modelado.

5 Podemos entretanto acompanhar o impacto desses fatores nos preços de aços especiais através do chamado adicional de liga. É prática comum no mercado europeu atrelar os preços das diferentes ligas de aço a um indicador chamado alloy surcharge. Esse indicador é publicado trimestralmente pelos produtores e indica qual o custo dos elementos de liga em um kg de aço. Adicional de liga - D6 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 EUR BRL jan-09 mai-09 set-09 jan-10 mai-10 set-10 jan-11 mai-11 set-11 jan-12 mai-12 set-12 jan-13 mai-13 set-13 jan-14 Tomando novamente como exemplo o aço D6, podemos ver que os adicionais de liga caíram abruptamente no segundo trimestre de 2009 e nunca mais voltaram ao mesmo patamar. Como conseqüência, os preços de D6 no mercado internacional têm permanecido abaixo do seu nível pré A dinâmica do mercado interno é ainda mais complexa, já que depende ainda da situação específica do Brasil e dos produtores brasileiros. De qualquer forma, o preço no mercado brasileiro também é inferior àquele registrado nos anos anteriores a 2009, mostrando que existe, senão no curto prazo, ao menos no médio prazo uma relação entre os preços internacionais e os preços brasileiros. A economia sempre carrega sobre seus ombros a dúvida de se pode ser considerada uma ciência, dadas as suas limitações em fazer previsões. Talvez nunca consigamos obter um domínio sobre o comportamento futuro de preços como temos hoje sobre o comportamento de um aço D6 durante a têmpera. Apesar disso, é importante que acompanhemos as dinâmicas e os fatores influenciadores da oferta, demanda e custos. Se não torna nossas decisões imunes ao erro, certamente ajuda a errar menos.

6 C6 Carbono 12,01 EFEITO DOS ELEMENTOS QUíMICOS EM ALGUNS AÇOS FERRAMENTA Etimologia dos elementos Carbono: Seu nome vem do latim carbõne que significa carvão. Silício: Outra palavra que vem do latim pedra dura. Manganês: Do francês manganèse nome dado devido semelhança com o magnésio. Cromo: Do grego chróma, cor. Molibdênio: Do grego molybdaina, chumbo. Até o séc. XVIII seus compostos foram confundidos com compostos de outros elementos, como o chumbo. Níquel: Palavra de origem alemã kupfernickel, demônio do cobre. a expressão surgiu quando os mineiros que escavavam atrás de veios de cobre, encontravam níquel no seu lugar, por isso diziam que este afugentavam o cobre como se fosse um demônio. Vanádio: Homenagem a deusa nórdica do amor Vanadis. Tungstênio: Tem origem nos termos nórdicos tung sten, pedra pesada. Como vimos anteriormente na Desembaraço, aço é uma liga ferro carbono, com adições de elementos químicos, chamados elementos de liga, que proporcionam características especificas aos aços. Ao passo que o carbono aumenta a dureza do aço ferramenta, melhorando a resistência ao corte e ao desgaste, outros elementos são adicionados para aumentar a tenacidade, resistência mecânica ou resistência à fadiga térmica, além de outras propriedades especificas para cada aplicação. Os aços ferramenta para trabalho a frio por exemplo, possuem cromo em sua composição, o qual forma carbonetos do tipo M23C6, ou seja Cr23C6 responsáveis pela boa resistência ao desgaste destas ligas, bem como o aumento da temperabilidade e aumento da dureza. Cuidado especial no tratamento térmico deve ser observado durante o resfriamento entre 550/450C, pois nesta faixa ocorre fragilização. Este problema é normalmente evitado com resfriamento rápido nesta faixa de temperatura. Aços com cromo são mais fáceis de usinar do que aços com níquel de resistência mecânica similar. Os aços com cromo são usados quando durezas elevadas são requeridas, como em matrizes, rolamentos e ferramentas para corte, estampo ou conformação a frio. O cromo está presente também, com teor da ordem de 5%, nas ligas para trabalho a quente, onde neste caso, além da resistência ao degaste, também contribui para aumento da temperabilidade.

7 Os aços inoxidáveis também possuem cromo em sua composição, e neste caso, como o teor de carbono é normalmente baixo, há formação de um filme de cromo inerte na superfície, criando uma camada que gera resistência ao ataque por reagentes oxidantes, ou seja, o aço fica inoxidável, não enferruja. Os aços rápidos, como o próprio nome diz, possuem como característica principal a capacidade de cortar outros materiais de forma rápida, mantendo suas propriedades mesmo em temperaturas elevadas, que pode ser observada pela cor avermelhada da ferramenta. Por este fato estes aços são conhecidos por ter resistência ao rubro. Esta resistência a quente dos aços rápidos é obtida principalmente pela presença do elemento químico molibdênio, que forma carbonetos complexos no ferro alfa e no ferro gama como (FeMo)6C, Fe21Mo2C6, e Mo2C na presença de carbono. O molibdênio ainda aumenta a temperabilidade, reduz as temperaturas de têmpera e aumenta a resistência ao desgaste. O elemento também está presente com teores da ordem de 1.5% em ligas para trabalho a quente, por sua capacidade de manutenção de dureza em temperatura, bem como melhoria na fadiga térmica. Ainda falando em aço rápido, um outro elemento químico de extrema importância nestas ligas é o vanádio, que é forte formador de carbonetos do tipo MC, ou seja VC. Estes carbonetos são do tipo cúbicos facetados, muito pequenos, da ordem de 5 micra (0,005mm) e se distribuem na matriz ferritica e são responsáveis pela resistência ao desgaste, uma vez que os carbonetos de vanádio possuem alta dureza. Influência dos elementos de liga no aço Elementos de Liga Silício Manganês em aços perlíticos Manganês em aços austeníticos Cromo Níquel em aços perlíticos Níquel em aços austeníticos Alumínio Tungstênio Vanádio Cobalto Molibdênio Cobre Enxofre Fósforo Carbono Dureza Resistência Propriedades mecânicas Limite de escoamento Alongamento Redução de área Resistência ao choque Elasticidade Res. mec. a temp. elevadas O vanádio também está presente com teores de 0,35% nas ligas para trabalho a quente, e nestes casos, por se tratar de um elemento que ancora o crescimento de grão, contribui para o aumento da fadiga térmica destas ligas, em especial nas ligas da série H11 usadas para injeção de alumínio. Os aços rápidos possuem ainda em sua composição o elemento químico tungstênio, que devido ao seu alto ponto de fusão, gera resistência a quente ao aço rápido, permitindo que o mesmo trabalhe em altas temperaturas sem perda de dureza. Aumenta Diminui Constante Não característico Diversas flechas = Efeito mais pronunciado

8 O tungstênio forma carbonetos WC e W2C, mas na presença de ferro forma Fe3W3C ou Fe4W2C. Quando em solução o tungstênio retarda a transformação austenita / ferrita. Ele refina o tamanho de grão e produz menor tendência a descarbonetação em serviço. Algumas classes de aço rápido possuem também o elemento cobalto em sua composição, que não forma carbonetos, mas exerce uma função importante no aço rápido. O tungstênio endurece a matriz ferritica e ajuda no ancoramento dos carbonetos de vanádio, ou seja, os carbonetos de vanádio ficam "mais firmes" na matriz, sendo mais difícil arranca-los durante o processo de desgaste no corte por exemplo, o que em outras palavras aumenta a resistência ao degaste da ferramenta. Curiosidades E se os elementos químicos fossem times da copa? Eles seriam 6 C Carbono 14 Si Silício 23 V Vanádio 24 Cr Cromo O carbono pode tomar forma de diamante, uma das substâncias mais duras e caras do mundo, não diferente da nossa seleção que possui o maior valor de mercado entre as seleções. Um total de R$1,58 bi O silício é muito utilizado em microchips de computadores e outros eletrônicos, quesito que os japonêses têm propriedade. Elemento descoberto pelo mineralogista espanhol Andrés Manoel Del Rico. Porém, o elemento foi extraído numa jazida mexicana. Carros da década de 1950 e 60 foram muitas vezes equipados com cromo. Os EUA por sua vez, foi o país a receber a primeira fábrica de carros do mundo. A Dureya Motor Wagon Company, de Ilinois, é propriedade dos irmãos Dureya. 25 Mn Manganês 28 Ni Níquel 74 W Tungstênio O dióxido de manganês é o óxido mais importante do elemento e é usado como receptor de elétrons em baterias e alcalinas disponíveis no mercado. O fisico italiano Alessandro Volta foi o criador da pilha alcalina. Elemento resistente a corrosão e presente na composição química do petróleo, ninguém melhor para representá-lo senão o Irã, país que tem uma das 5 maiores reservas de petróleo do mundo. A dureza e elevada densidade do tungstênio os tornam útil em aplicações militares. Por sua vez, a Russia é o maior fornecedor mundial de armas, responsável por cerca de 30% do mercado bélico.