Queima em Aço: Causas, Efeitos e Medidas de Controle de Qualidade

Definição e Conceito Básico

Queima no contexto da indústria do aço refere-se a um defeito de superfície caracterizado por oxidação localizada, descoloração ou deterioração da superfície que se manifesta durante o processamento, tratamento térmico ou serviço. Muitas vezes está associado à oxidação excessiva ou descarbonização, resultando em uma aparência de superfície visivelmente alterada que pode comprometer a qualidade e o desempenho do aço.

Fundamentalmente, a queima significa uma condição de superfície indesejável resultante da exposição a altas temperaturas, levando frequentemente à fragilização da superfície, perda de propriedades mecânicas ou defeitos estéticos. É uma preocupação crítica no controle de qualidade porque pode afetar negativamente a resistência à corrosão, soldabilidade e durabilidade geral dos produtos de aço.

Dentro da estrutura mais ampla da garantia de qualidade do aço, a queima é classificada como um defeito de superfície ou problema de qualidade da superfície. Sua detecção e controle são vitais para garantir que o aço atenda aos padrões especificados para integridade da superfície, especialmente em aplicações que exigem alta qualidade de superfície, como automotiva, aeroespacial e engenharia de precisão.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, a queima aparece como zonas de descoloração—variando de palha clara a marrom escuro ou preto—na superfície do aço. Essas mudanças de cor são frequentemente irregulares e localizadas, indicando áreas de oxidação excessiva ou descarbonização. As regiões afetadas podem apresentar uma aparência fosca ou opaca em comparação com a superfície circundante, com possível rugosidade ou picotamento da superfície.

Microscopicamente, a queima se manifesta como uma camada de superfície com microestrutura alterada, frequentemente mostrando filmes de óxido, zonas descarbonizadas ou escala de superfície. A camada de óxido pode ser densa ou escamosa, e as regiões descarbonizadas exibem um conteúdo de carbono reduzido, levando a camadas de superfície mais macias e menos resistentes.

Mecanismo Metalúrgico

A queima resulta principalmente de processos de oxidação a alta temperatura, onde o oxigênio reage com a superfície do aço, formando óxidos de ferro como FeO, Fe₂O₃ ou Fe₃O₄. Durante o tratamento térmico ou soldagem, se o aço for exposto a atmosferas oxidantes ou atmosferas de proteção insuficientes, a oxidação acelera, levando à queima.

A descarbonização é um fenômeno relacionado onde o carbono difunde-se para fora da superfície do aço para o ambiente circundante, especialmente sob condições de alta temperatura em atmosferas oxidantes. Esse processo reduz o conteúdo de carbono na camada de superfície, enfraquecendo a microestrutura e prejudicando as propriedades mecânicas.

As mudanças microestruturais envolvem a formação de escalas de óxido e a depleção de carbono na zona de superfície, resultando em uma camada mais macia e menos resistente. A gravidade da queima depende da composição do aço—particularmente carbono e elementos de liga—e parâmetros de processamento como temperatura, atmosfera e duração.

Sistema de Classificação

A queima é tipicamente classificada com base na gravidade e aparência:

• Queima Leve: Leve descoloração com formação mínima de óxido; a superfície mantém a maior parte de suas propriedades originais.
• Queima Moderada: Descoloração perceptível, alguma escala de óxido e leve descarbonização; a superfície pode exigir limpeza.
• Queima Severas: Oxidação extensa, camadas de óxido espessas, descarbonização significativa e deterioração da superfície; frequentemente necessitando de reprocessamento ou rejeição.

Padrões como ASTM A480 ou ISO 683-17 fornecem diretrizes para a qualidade da superfície, incluindo níveis permissíveis de queima. Na prática, a gravidade é avaliada visualmente e através da análise da superfície, com critérios de aceitação variando dependendo da aplicação e especificações do cliente.

Detecção e Métodos de Medição

Técnicas de Detecção Primárias

A inspeção visual continua sendo o método inicial mais comum para detectar queima, focando na descoloração da superfície, escala de óxido e rugosidade da superfície. Microscópios ópticos de alta resolução podem ser empregados para exame microscópico da microestrutura da superfície, identificando camadas de óxido e zonas descarbonizadas.

A análise colorimétrica da superfície usando espectrofotômetros pode quantificar os níveis de descoloração de forma objetiva. Além disso, testadores de rugosidade da superfície detectam mudanças na textura da superfície associadas à queima.

Para uma análise mais detalhada, técnicas como microscopia eletrônica de varredura (SEM) acoplada com espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) são usadas para caracterizar a composição do óxido e as mudanças microestruturais. Esses métodos fornecem identificação precisa das camadas de óxido e zonas descarbonizadas.

Padrões e Procedimentos de Teste

Padrões relevantes incluem ASTM E286-17 (Prática Padrão para Inspeção Visual de Superfícies de Aço), ISO 10563 (Inspeção de Superfície de Aço) e EN 10204 para certificação de materiais. O procedimento típico envolve:

• Preparar a superfície da amostra através da limpeza para remover sujeira, graxa e escala solta.
• Realizar inspeção visual sob condições de iluminação padronizadas.
• Usar gráficos de cores ou espectrofotômetros para quantificar a descoloração.
• Executar análise microestrutural quando necessário para confirmar a descarbonização ou presença de óxido.

Parâmetros críticos incluem temperatura durante o tratamento térmico, composição da atmosfera e iluminação da inspeção. A consistência nesses parâmetros garante uma avaliação confiável.

Requisitos de Amostra

As amostras devem ser representativas de todo o lote, com superfícies preparadas uniformemente—limpas, polidas ou gravadas conforme necessário. O condicionamento da superfície, como moagem ou polimento, melhora a precisão das avaliações visuais e microscópicas.

As amostras devem estar livres de contaminação da superfície que possa obscurecer os efeitos da queima. Para amostras tratadas termicamente, a superfície deve ser resfriada sob condições controladas para evitar oxidação adicional.

Precisão da Medição

A inspeção visual é subjetiva, mas pode ser padronizada usando gráficos de cores e inspetores treinados para melhorar a repetibilidade. Medições microscópicas e espectrofotométricas fornecem dados quantitativos com alta precisão.

Fontes de erro incluem variabilidade na iluminação, contaminação da superfície e viés do operador. A calibração dos instrumentos de medição e a adesão a procedimentos padronizados são essenciais para garantir a confiabilidade da medição.

Quantificação e Análise de Dados

Unidades de Medida e Escalas

A gravidade da descoloração é frequentemente avaliada em uma escala qualitativa (por exemplo, de 0 a 3 ou de 1 a 5), com números mais altos indicando queima mais severa. Dados espectrofotométricos são expressos em termos de valores do espaço de cores Lab*, quantificando matiz e saturação.

A espessura da camada de óxido pode ser medida em micrômetros (μm) usando microscopia ou perfilometria. A profundidade da descarbonização também é expressa em micrômetros, determinada por meio de testes de microdureza ou análise microestrutural.

Fatores de conversão podem relacionar dados colorimétricos a classificações de severidade visual, auxiliando na padronização.

Interpretação de Dados

Os resultados são interpretados em relação aos critérios de aceitação estabelecidos. Por exemplo, uma classificação de descoloração da superfície de 2 pode ser aceitável para certas aplicações, enquanto uma classificação de 4 pode exigir reprocessamento.

A presença de camadas de óxido que excedem uma espessura especificada ou profundidade de descarbonização além de um limite indica integridade da superfície comprometida. Esses parâmetros correlacionam-se com redução de dureza, resistência à corrosão e soldabilidade.

Análise Estatística

Múltiplas medições em um lote permitem avaliação estatística, incluindo cálculo de média, desvio padrão e intervalos de confiança. Gráficos de controle podem monitorar a estabilidade do processo ao longo do tempo.

Planos de amostragem devem seguir padrões como ISO 2859-1, garantindo dados representativos para avaliação