Benefícios do uso de aços microligados ao Nióbio em edifícios industriais. Roberval José Pimenta Leonardo Magalhães Silvestre

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1 Benefícios do uso de aços microligados ao Nióbio em edifícios industriais Roberval José Pimenta Leonardo Magalhães Silvestre

2 Aços estruturais são uma solução para os grandes desafios enfrentados na construção de prédios industriais. Para atingir maior eficiência econômica, existe uma forte demanda para se construir mais rápido baixando o consumo energético e de matérias primas simultaneamente. Outro fator que vem encorajando o uso intensivo de aço na construção é o ambiental, com o reconhecimento de que as emissões de dióxido de carbono precisam ser reduzidas continuamente. Aços Microligados mostram-se como uma ótima solução.

3 Uma visão sobre os aços modernos para aplicações estruturais. Aços microligados são aços cujas propriedades são modificadas através de pequenas adições de elementos ligantes (usualmente em teores menores que 0,15%). O desenvolvimento de aços microligados envolve tanto um trabalho apropriado de metalurgia, quanto uma tecnologia de processo adequada. Mesmo adicionado em baixos teores, o elemento Nióbio, possibilita aumento de resistência e de tenacidade simultaneamente, sendo o microligante mais usado para tal finalidade. Os benefícios econômicos da obtenção destas melhores propriedades, com adições tão pequenas de elemento ligante, são a razão para o contínuo aumento do uso dos aços microligados no mercado.

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5 Refino de grão pela adição de nióbio e precipitação Fonte: Progress in Thermomechanical Control Process Steel Plates, Dr. Kasutoshi Ichikawa, NSC 2011.

6 Ensaio de tração

7 Refino de grão pela adição de nióbio e precipitação

8 Uma visão sobre os aços modernos para aplicações estruturais. Como agente microligante o nióbio é uma excelente solução pelas seguintes razões:» Adições de nióbio são menores que 0,05% em massa.» Nióbio refina o tamanho de grão promovendo uma microestrutura mais fina e homogênea.» Refino de grão é um mecanismo único aumentando resistência e tenacidade do material simultaneamente.» A adição de nióbio permite reduzir o teor de carbono, aumentando a formabilidade plástica e a soldabilidade.» O uso de materiais de mais alta resistência permite reduzir o tamanho e o peso das estruturas.» Tamanhos e massas menores resultam em reduções de custo e menor emissão de CO 2.

9 Este trabalho apresenta um caso real de um edifício industrial onde se obteve redução de custo da obra, resultado de uma solução de engenharia otimizada realizada pela CODEME para a nova planta de sinterização da CBMM em Araxá, Minas Gerais, Brasil. A tecnologia de aços ao nióbio foi usada no projeto estrutural das vigas e perfis.

10 O conceito foi aplicado em um prédio industrial projetado para conter o novo equipamento de sinterização da planta da CBMM em Araxá. A nova instalação é um importante componente do projeto de expansão de produção para toneladas por ano. A estrutura foi produzida e construída em 10 meses, durante o ano de 2011, pela empresa CODEME Engenharia, empresa brasileira de construção especializada em estruturas em aço.

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15 O prédio de Sinterização II é de aço estrutural, composto de: Vigas e chapas laminadas a quente e perfis soldados de ASTM A572 Gr 50 microligado; Perfis laminados a quente de aço carbono ASTM A36.

16 Especificações dos aços: Designação Padrão ASTM A 572 Gr. 50 ASTM A 572 Gr. 50 ASTM A 36 Aplicação Limite de Escoamento (MPa) Limite de Ruptura (MPa) Deformação (%) Composição Química(%) C Mn Si P S Nb Perfis Soldados >345 >450 >21 <0,23 0,45-1,35 <0,40 <0,04 <0,05 0,005-0,05 Perfis Laminados a Quente Perfis Laminados a Quente >345 >450 >18 <0,23 0,45-1,35 <0,40 <0,04 <0,05 0,005-0,05 > >20 <0,26 - <0,4 <0,04 <0,05 -

17 Diferenças de dimensões entre as vigas de aço carbono e aços ao nióbio.

18 Redução de Massa Forma Projeto A Massa (Kg) ASTM A572 Gr. 50 Aço de alta resistência Projeto B Massa (Kg) ASTM A36 Aço carbono tradicional Diferença (Kg) B A Diferença (%) Redução de consumo adotando o projeto A Tipo H perfil soldado Tipo H laminada a quente Tipo L viga laminada a quente TOTAL:

19 Redução na Emissão de CO 2 Linha Produtiva Referência Projeto A (HSS) Emissão de CO2 (kg/t aço) Emissão de CO2 para 284 t de aço (kg) Projeto B (Aço Carbono) Emissão de CO2 para 363 t de aço (kg) Redução = B A Redução na Emissão de CO2 (kg) Coqueria Alto-forno Convertedor BOF Met. Panela e Vácuo Ling. Contínuo Lam. a Quente Decapagem TOTAL Referência: Niobium-Bearing Plate Steels for the 21st Century Um carro europeu médio roda km por ano, gerando kg de dióxido de carbono. A redução de 21,7 % ou kg de CO 2 atingida é o equivalente as emissões de 28 carros europeus por um ano.

20 Redução no Consumo de Energia Linha Produtiva Referência Projeto A (HSS) Consumo de Energia (GJ / t aço) Consumo de energia para 284 t de aço (GJ) Projeto B (Aço Carbono) Consumo de energia para 363t de aço (GJ) Redução = B A Redução no consumo de energia (GJ) Coqueria 3, Alto-forno 12, Convertedor BOF 1, Met. Panela e Vácuo 0, Ling. Contínuo 0, Lam. a Quente 2, Decapagem 1, TOTAL 22, Referência: Niobium-Bearing Plate Steels for the 21st Century A energia poupada usando aços de alta resistência, comparado a um aço carbono convencional, foi de GJ, representando um ganho de 21% na eficiência energética do projeto.

21 Redução de Custos na Estrutura Tipo de Aço ASTM A36 Aço carbono convencional ASTM A572 Gr. 50 Aço de alta resistência Redução de custo adotando aços microligados * Mercado brasileiro Massa Total (%) Preço unitário do aço (%) Custo total (%)

22 Conclusões Quando usados na construção de um prédio os aços ao nióbio apresentam os seguintes benefícios:» Redução de massa = 22%.» Redução na emissão de CO 2 = 21,7% ou kg de dióxido de carbono.» Redução do gasto energético= 21% ou GJ.» Redução de custo = 17% na estrutura.