Escalonamento em Aço: Causas, Impacto e Medidas de Controle de Qualidade

Definição e Conceito Básico

Escamação na indústria do aço refere-se à formação de camadas de óxido ou outros compostos na superfície dos produtos de aço durante processos de alta temperatura, como laminação a quente, recozimento ou resfriamento. Manifesta-se como uma crosta quebradiça, escamosa ou aderente que pode ser identificada visualmente ou detectada por meio de vários métodos de teste.

Esse fenômeno é uma preocupação crítica de qualidade porque afeta a integridade da superfície, a resistência à corrosão e o desempenho mecânico geral dos produtos de aço. A escamação é considerada um defeito de superfície ou um fenômeno relacionado à superfície que pode comprometer as qualidades funcionais e estéticas dos componentes de aço.

Dentro do quadro mais amplo da garantia de qualidade do aço, a escamação é um indicador do comportamento de oxidação e da eficiência do controle de processos. Fornece insights sobre a condição da superfície do aço, tendências de oxidação e a eficácia de atmosferas ou revestimentos protetores durante o processamento. O gerenciamento adequado da escamação é essencial para garantir a durabilidade do produto, a qualidade do acabamento da superfície e a conformidade com os padrões da indústria.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, a escamação aparece como uma crosta de óxido áspera, muitas vezes esbranquiçada ou azulada, na superfície do aço, que pode ser facilmente observada a olho nu. A camada de escama pode ser escamosa ou aderente, dependendo das condições de formação, e pode ser removida mecanicamente ou quimicamente.

Microscopicamente, a escama consiste em camadas de óxido—principalmente óxidos de ferro, como magnetita (Fe₃O₄), hematita (Fe₂O₃) ou wüstite (FeO)—que se formam na superfície do aço. Essas camadas podem variar em espessura de alguns micrômetros a várias centenas de micrômetros. A microestrutura da escama revela uma estrutura em camadas com fases de óxido distintas, muitas vezes com porosidade ou microfissuras que influenciam a adesão e as propriedades protetoras.

Características típicas incluem uma crosta de óxido quebradiça, porosa ou aderente, muitas vezes com uma textura de superfície áspera. A presença de nódulos de óxido, zonas de descamação ou cobertura irregular pode caracterizar ainda mais o fenômeno da escamação.

Mecanismo Metalúrgico

A escamação resulta da oxidação das superfícies de aço em temperaturas elevadas, tipicamente acima de 600°C. Quando o aço é exposto a atmosferas ricas em oxigênio durante o processamento em alta temperatura, a oxidação ocorre rapidamente, levando à formação de camadas de óxido.

O mecanismo metalúrgico subjacente envolve a difusão de oxigênio na superfície do aço e a subsequente reação química com ferro e elementos de liga. O processo começa com a formação de um filme de óxido protetor fino em temperaturas mais baixas, que pode se tornar instável ou crescer excessivamente em temperaturas mais altas. À medida que a temperatura aumenta, as camadas de óxido engrossam, tornam-se porosas ou descamam, expondo a superfície de aço fresca à oxidação.

A composição do aço influencia o comportamento da escamação: um alto teor de carbono pode promover a descarbonização e a formação de óxido, enquanto elementos de liga como cromo, níquel ou silício podem formar camadas de óxido mais estáveis e aderentes que reduzem a gravidade da escamação. As condições de processamento, como temperatura, composição da atmosfera (oxidante vs. redutora) e taxa de resfriamento, impactam significativamente a extensão e a natureza da escamação.

Sistema de Classificação

A classificação padrão da gravidade da escamação geralmente segue um sistema de classificação baseado na aparência, espessura e adesão da camada de óxido:

• Classe 1 (Escamação Leve): Camada de óxido fina e aderente, facilmente removida por escovação leve ou limpeza química. Impacto mínimo na qualidade da superfície.
• Classe 2 (Escamação Moderada): Crosta de óxido visível que pode exigir remoção mecânica; alguma descamação ou irregularidade observada.
• Classe 3 (Escamação Pesada): Camadas de óxido grossas, escamosas ou descamadas, causando rugosidade na superfície e potenciais defeitos. Impacto significativo no acabamento da superfície.
• Classe 4 (Escamação Severas): Crosta de óxido extensa com descamação profunda, expondo o aço subjacente, frequentemente levando a defeitos de superfície e suscetibilidade à corrosão.

Essas classificações ajudam a avaliar a adequação do aço para aplicações específicas e orientam ajustes de processo para minimizar a escamação.

Métodos de Detecção e Medição

Técnicas de Detecção Primárias

A inspeção visual continua sendo o método primário para a avaliação inicial da gravidade da escamação, especialmente para a aparência e uniformidade da superfície. Ferramentas de ampliação, como lentes de mão ou microscópios, ajudam a identificar características de óxido em microescala.

Para medições mais precisas, as técnicas incluem:

• Microscopia Óptica: Fornece imagens detalhadas das camadas de óxido na superfície, revelando espessura, morfologia e adesão.
• Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM): Oferece imagens de alta resolução da microestrutura do óxido e características de interface.
• Difração de Raios X (XRD): Identifica as fases de óxido presentes na superfície, confirmando a composição química da escama.
• Perfilometria de Superfície: Mede a rugosidade da superfície e a espessura da escama de forma quantitativa.
• Análise Termogravimétrica (TGA): Quantifica o ganho de peso do óxido durante o aquecimento controlado, indicando indiretamente a espessura da escama.

Padrões e Procedimentos de Teste

Padrões internacionais como ASTM A262, ISO 10289 e EN 10204 especificam procedimentos para avaliar a formação e adesão da escama de óxido.

Um procedimento típico de teste envolve:

1. Preparação da Amostra: Corte de espécimes de produtos de aço, garantindo condições de superfície representativas.
2. Limpeza: Remoção de contaminantes soltos sem afetar a camada de óxido, muitas vezes por meio de escovação suave ou limpeza química.
3. Aquecimento: Submeter as amostras a exposição controlada a alta temperatura em um forno com condições atmosféricas especificadas.
4. Resfriamento: Resfriamento controlado até a temperatura ambiente para simular condições de processamento.
5. Inspeção: Exame visual e microscópico para avaliar a formação de escama, adesão e morfologia.

Os parâmetros críticos incluem temperatura (geralmente de 600°C a 1000°C), tempo de exposição, composição da atmosfera (ar, gases inertes ou redutores) e taxa de resfriamento, todos influenciando as características da escama.

Requisitos da Amostra

As amostras devem ser representativas do lote de produção, com condições de superfície semelhantes ao produto final. A preparação da superfície envolve limpeza para remover sujeira, óleo ou escama solta, mas deve-se ter cuidado para não alterar a camada de óxido.

O tamanho e a forma da amostra dependem do padrão de teste, mas geralmente incluem espécimes planos e lisos com acabamento de superfície uniforme. A preparação adequada da superfície garante resultados de teste consistentes e confiáveis.

Precisão da Medição

A precisão da medição depende da técnica utilizada. A microscopia óptica e a perfilometria oferecem alta repetibilidade quando calibradas corretamente. A SEM fornece dados microestruturais detalhados, mas requer operação qualificada.

Fontes de erro incluem contaminação da superfície, preparação inconsistente da amostra e problemas de calibração do equipamento. Para garantir a qualidade da medição, recomenda-se procedimentos padronizados, calibração com padrões certificados e múltiplas medições.

Quantificação e Análise de Dados

Unidades e Escalas de Medição

A espessura da escama