Materiais de chapas metálicas: Explicação dos tipos e classificações

I. Classificação por estrutura cristalina

Os sólidos formados por átomos ou grupos atômicos, íons ou moléculas dispostos periodicamente no espaço de acordo com determinadas regras são chamados de cristais. A disposição regular dos átomos (íons ou moléculas) que formam os cristais no espaço é chamada de estrutura cristalina.

Devido ao arranjo periódico regular dos átomos nos cristais, uma unidade geométrica mínima que possa refletir totalmente as características da rede cristalina pode ser selecionada a partir da rede para analisar o padrão de arranjo atômico no cristal. Essa menor unidade geométrica é chamada de célula unitária, conforme mostrado na Figura 1.

As características geométricas da rede cristalina, como tamanho e forma, são descritas por parâmetros como os comprimentos das bordas a, b, c da célula unitária e os ângulos α, β, γ entre as bordas. Os comprimentos de borda a, b, c da célula unitária são geralmente chamados de constantes de rede, e as constantes de rede de metais são, em sua maioria, de 0,1 a 0,7 nm.

De acordo com as possíveis combinações dos 6 parâmetros acima ou com base na simetria da própria célula unitária, as estruturas cristalinas podem ser divididas em 7 sistemas cristalinos, e cada sistema cristalino é ainda dividido em várias redes, totalizando 14 redes.

Os materiais de estampagem podem ser divididos em três tipos, de acordo com sua estrutura cristalina.

1. Cúbico centrado na face

Os átomos de metal estão distribuídos nos 8 cantos do cubo e nos centros das 6 faces. Os átomos no centro da face estão intimamente empacotados com os átomos nos 4 cantos dessa face, conforme mostrado na Figura 2a. As características da célula unitária cúbica centrada na face são as seguintes.

a) Estrutura cúbica centrada na face
b) Estrutura cúbica centrada no corpo
c) Estrutura hexagonal de empilhamento fechado

• Constantes de rede: a=b=c, α=β=γ=90°.
• Número de átomos por célula unitária: 1/8×8+1/2×6=4.
• Raio atômico: r_átomo =√2/4a.
• Densidade da embalagem: 0,74 (74%).
• Raio intersticial tetraédrico: r₄ =0.225r_átomo .
• Raio intersticial octaédrico: r₈ =0.414r_átomo .
• Número de coordenação: 12.
• Os materiais de estampagem com essa estrutura cristalina incluem γ-Fe, Al, Cu, β-Ti, Ag, Au.

2. Cúbico centrado no corpo

Na célula unitária da estrutura cúbica centrada no corpo, 8 átomos estão localizados nos cantos do cubo e um átomo está no centro do cubo. Os 8 átomos nos cantos estão intimamente empacotados com o átomo central, conforme mostrado na Figura 2b. As características da célula unitária cúbica centrada no corpo são as seguintes.

• Constantes de rede: a=b=c, α=β=γ=90°.
• Número de átomos por célula unitária: 1/8×8+1=2.
• Raio atômico: r_átomo =√3/4a
• Densidade da embalagem: 0,68 (68%).
• Raio intersticial tetraédrico: r₄ =0.29r_átomo .
• Raio intersticial octaédrico: r₈ =0.15r_átomo .
• Número de coordenação: 8.
• Os materiais de estampagem com estrutura cúbica centrada no corpo incluem Ti, α-Fe.

3. Hexagonal de empacotamento fechado

Na célula unitária de treliça hexagonal de empilhamento fechado, 12 átomos de metal são distribuídos nos 12 cantos do prisma hexagonal, um átomo é distribuído no centro de cada uma das faces superior e inferior e 3 átomos são distribuídos uniformemente entre as faces superior e inferior, conforme mostrado na Figura 2c. As características da célula unitária hexagonal de empacotamento fechado são as seguintes.

• Constantes de rede: expressas pelo comprimento da borda a do hexágono regular inferior e a distância c entre os dois planos de base. O ângulo entre duas faces laterais adjacentes é de 120°, e o ângulo entre a face lateral e o plano de base é de 90°.
• Número de átomos por célula unitária: 1/6×12+1/2×2+3=6.
• Raio atômico: r_átomo =1/2a.
• Densidade da embalagem: 0,74 (74%).
• Raio intersticial tetraédrico: r₄ =0.225r_átomo .
• Raio intersticial octaédrico: r₈ =0.414r_átomo .
• Número de coordenação: 12.
• Os materiais de estampagem com estrutura cristalina hexagonal de empilhamento fechado incluem Mg, α-Ti e Zn.

II. Classificação por tipo de metal base e composição química

Com base na cor e nas propriedades dos metais, eles são divididos em metais ferrosos e metais não ferrosos.

1. Metais ferrosos

Os metais ferrosos incluem ferro, cromo, manganês e suas ligas. Os principais material de estampagem Entre os metais ferrosos está o aço, que é classificado em aço de baixo carbono, aço de ultrabaixo carbono, aço IF, aço de baixa liga, aço de microliga, aço de liga média e aço de alta liga com base em seu teor de carbono e teor de liga.

(1) Aço com baixo teor de carbono

O aço carbono com uma fração de massa de carbono abaixo de 0,25% também é chamado de aço macio devido à sua baixa resistência e dureza. Ele inclui a maioria dos aços estruturais de carbono comuns e alguns aços estruturais de carbono de alta qualidade, que são usados principalmente para peças estruturais de engenharia sem tratamento térmico. A estrutura recozida do aço de baixo carbono consiste em ferrita e uma pequena quantidade de perlita, com baixa resistência e dureza, mas boa plasticidade e tenacidade.

(2) Aço micro-carbono

O aço com baixo teor de carbono e abatido com alumínio, com uma fração de massa de carbono abaixo de 0,04%, é chamado de aço com teor de carbono ultrabaixo. Ele foi desenvolvido a partir do aço tradicional com baixo teor de carbono e alumínio, reduzindo ainda mais o teor de carbono e purificando a qualidade do aço. Os principais tipos incluem SPCE(N), St15, 03Al, etc.

(3) Aço sem intersticiais

O aço IF refere-se ao aço livre de interstício, às vezes também chamado de aço de carbono ultrabaixo.

No aço IF, devido ao baixo teor de C e N, uma certa quantidade de Ti e Nb é adicionada para fixar os átomos de C e N no aço em carbonetos, nitretos ou carbonitretos, eliminando assim os átomos intersticiais no aço. A soma das frações de massa de carbono e nitrogênio deve ser inferior a 0,0005%, e os processos avançados de fabricação de aço já reduziram as frações de massa de carbono e nitrogênio no aço para menos de 0,0003%.

O aço IF tem excelentes propriedades de estampagem profunda, com alongamento e valor r atingindo 50% e 2,0 ou mais, respectivamente, e tem sido amplamente utilizado no setor de fabricação de automóveis.

(4) Aço de baixa liga

O aço de liga com uma fração de massa total de elementos de liga inferior a 3% é chamado de aço de baixa liga. O aço de baixa liga é relativo ao aço-carbono e baseia-se no aço-carbono com um ou vários elementos de liga adicionados intencionalmente para melhorar uma ou várias propriedades do aço.

Em comparação com o aço carbono, ele tem maior resistência, melhor tenacidade e plasticidade suficiente, boa conformabilidade e soldabilidade, além de resistência à corrosão.

(5) Aço microligado

Normalmente, refere-se à adição de quantidades residuais de elementos formadores de carboneto e nitreto, como Nb, V, Ti, à composição do aço de baixo carbono ou aço de baixa liga, com a quantidade de adição não excedendo 0,20% (fração de massa). Após a adição de traços de elementos de liga, uma ou várias propriedades do aço são significativamente aprimoradas.

(6) Aço de liga média

O aço de liga com uma fração de massa total de elementos de liga entre 3% e 10% é chamado de aço de liga média, como o aço silício.

(7) Aço de alta liga

A liga de aço com uma fração de massa total de elementos de liga acima de 10% é chamada de aço de alta liga, como aço inoxidável, aço TWIP etc.

2. Metais não ferrosos

Em um sentido restrito, os metais não ferrosos se referem a todos os metais, exceto ferro, manganês e cromo. Em um sentido amplo, os metais não ferrosos também incluem as ligas não ferrosas. As ligas não ferrosas são ligas compostas de um metal não ferroso como base (geralmente com uma fração de massa superior a 50%) e um ou vários outros elementos adicionados.

(1) Ligas de alumínio

O alumínio puro tem um brilho metálico branco prateado, é resistente à corrosão atmosférica, fácil de formar, tem uma estrutura cúbica de face centrada, nenhuma transformação alotrópica e não é magnético. As ligas com alumínio como base e outros elementos adicionados são chamadas de ligas de alumínio. Os principais elementos de liga são cobre, silício, magnésio, zinco e manganês, enquanto os elementos de liga secundários incluem níquel, ferro, titânio, cromo, lítio etc.

As ligas de alumínio têm baixa densidade, mas resistência relativamente alta, próxima ou superior à do aço de alta qualidade, e boa plasticidade, que pode ser processada em vários perfis. Elas têm excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência à corrosão e são amplamente utilizadas na indústria, perdendo apenas para o aço em termos de uso. As ligas de alumínio para estampagem mais comuns incluem:

A série 1000, que não contém outros elementos, também conhecida como chapa de alumínio puro, inclui os graus comuns 1050, 1060 e 1070.

Série 2000, uma liga de alumínio reforçada e tratável termicamente, com Cu e Mg como principais elementos adicionados, e sua fase de reforço é CuAl ₂ ou CuMgAl ₂ .

Essa série de ligas apresenta boa forjabilidade, alta resistência e alguma capacidade de endurecimento por cozimento de tinta, mas tem menor resistência à corrosão em comparação com outras séries de ligas de alumínio. Ela é usada principalmente no campo aeroespacial. As classes comuns incluem 2017, 2022, 2024 e 2036.

Série 3000: O Mn é seu principal elemento de liga, com uma fração de massa de Mn de 1% a 1,5%. Tem boa função de prevenção contra ferrugem e também é conhecida como chapa de alumínio antiferrugem. É usada principalmente em painéis de assoalho de automóveis e eletrodomésticos. Os tipos comuns incluem 3003, 3004, 3005 e 3105.

Série 4000: O Si é seu principal elemento de liga, com uma fração de massa de Si de 4,5% a 6%. Possui características de resistência ao calor e ao desgaste e é usado principalmente na construção e em peças mecânicas.

Na série 5000, o Mg é o principal elemento de liga, com uma fração de massa de 3% a 5%. Ele tem alta resistência à tração, alto alongamento, boa resistência à corrosão e soldabilidade. As classes comuns incluem 5005, 5052, 5083.

Série 6000, os principais elementos de liga são Mg e Si, pertencentes a ligas de alumínio reforçadas e tratáveis termicamente. Possui resistência relativamente alta, boa plasticidade e excelente resistência à corrosão. As classes comuns incluem 6009, 6010, 6016, 6061, 6063, 6082.

Série 7000, o principal elemento de liga é o Zn. Tem alta dureza e alta resistência, e é conhecido como alumínio superduro. As classes comuns incluem 7005, 7039, 7075.

(2) Ligas de magnésio

A liga de magnésio é uma liga composta de magnésio como base e outros elementos adicionados. Suas características são: baixa densidade (cerca de 1,8g/cm ³ ), alta resistência específica, grande módulo de elasticidade, bom amortecimento de vibrações, maior capacidade de suportar cargas de impacto do que as ligas de alumínio e boa resistência a substâncias orgânicas e à corrosão alcalina.

Os principais elementos de liga são alumínio, zinco, manganês, cério, tório e pequenas quantidades de zircônio ou cádmio. Atualmente, as mais usadas são as ligas de magnésio-alumínio, seguidas pelas ligas de magnésio-manganês e magnésio-zinco-zircônio. Os tipos comuns de ligas de magnésio incluem AZ31, AZ40, AM50, AM60, etc.

(3) Ligas de titânio

O titânio puro tem baixa densidade, alta resistência específica, boa plasticidade, tenacidade a baixas temperaturas e resistência à corrosão. Ele tem alótropos; abaixo de 882°C, tem uma estrutura cristalina hexagonal empacotada, chamada α-titânio; acima de 882°C, tem uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo, chamada β-titânio.

Utilizando as diferentes características dessas duas estruturas de titânio e adicionando elementos de liga apropriados, a temperatura de transição de fase e o conteúdo de fase podem ser gradualmente alterados para obter ligas de titânio com diferentes estruturas. As ligas de titânio têm alta resistência e baixa densidade, boas propriedades mecânicas e excelente tenacidade e resistência à corrosão.

De acordo com a estrutura recozida, as ligas de titânio são divididas em três categorias: ligas α, ligas β e ligas α+β. Na China, elas são representadas como TA, TB e TC, respectivamente, sendo que TA0 a TA4 são titânio puro.

O principal elemento de liga para as ligas α é o Al, juntamente com Sn e B, representados pelos graus TA5 e TA7. Os principais elementos de liga para as ligas β são Mo, Cr, V, Al, representados pelos graus TB2, TB3 e TB4. Os principais elementos de liga para as ligas α+β são Al, V, Mo, Cr, representados pelo grau TC4.

(4) Ligas de cobre

O cobre puro tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada, sem transformação alotrópica, não é magnético, tem excelente condutividade elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e boa plasticidade. As ligas formadas pela adição de um ou vários outros elementos ao cobre puro como base são chamadas de ligas de cobre.

Os elementos de liga comuns são Zn, Sn, Al, Mn, Ni, Fe, Be, Ti, Zr, Cr, etc. As ligas de cobre aumentam a resistência e, ao mesmo tempo, mantêm as características do cobre puro. As ligas de cobre são divididas em três categorias principais: latão, bronze e prata-níquel.

O latão é uma liga de cobre com zinco como principal elemento de liga. Os latões especiais também contêm Sn, Al, Mn, Ni, Fe, Pb, etc. Os graus comuns incluem H59, H62, H68, H70, H80, HPb63-3, HSn62-1.

A prata de níquel é uma liga de cobre com níquel como o principal elemento de liga.

Originalmente, o bronze se referia a ligas de cobre-estanho, mas, posteriormente, todas as ligas de cobre, exceto latão e níquel-prata, passaram a ser chamadas de bronze, muitas vezes prefixadas com o nome do primeiro elemento de liga principal. Os bronzes comuns incluem bronze de estanho (QSn4-3, QSn6.5-0.4), bronze de alumínio (QA₁5, QAl7), bronze de berílio (QBe2, QBe1.7) etc.

III. Classificação por processo de produção

1. Placa laminada a quente

A chapa laminada a quente é um tipo de aço carbono de qualidade com uma fração de massa de carbono de 0,10% a 0,25%, pertencente ao aço de baixo carbono. De acordo com suas especificações de espessura, ela é dividida em chapas finas e chapas de espessura média. As placas com menos de 4 mm de espessura são chamadas de placas finas, as placas com 4 a 20 mm de espessura são chamadas de placas médias e as placas com 20 a 60 mm de espessura são chamadas de placas grossas.

As chapas laminadas a quente usadas na produção de estamparia geralmente têm espessura ≤16 mm e, para estampagem profunda, geralmente ≤8 mm. A qualidade da superfície das chapas laminadas a quente pode ser dividida em dois níveis: FA e FB. O tratamento de superfície das chapas laminadas a quente pode adotar métodos de superfície decapada ou não decapada.

As chapas de aço laminadas a quente não têm a microestrutura das chapas de aço laminadas a frio, portanto, sua conformabilidade de estampagem não é tão boa quanto a das chapas de aço laminadas a frio. Por outro lado, a espessura e a variação de desempenho das chapas de aço laminadas a quente são grandes, o que também é desfavorável para a processo de estampagem. Além da composição química do material, o tamanho e a disposição de seus grãos também afetam a resistência e o valor n.

As chapas laminadas a quente de superfície não espichada comuns usadas para estamparia são geralmente feitas de aço carbono estrutural de qualidade. O aço estrutural de carbono de qualidade é o aço carbono com uma fração de massa de carbono inferior a 0,8%, contendo menos enxofre, fósforo e inclusões não metálicas do que o aço estrutural de carbono, com propriedades mecânicas relativamente boas.

Com base em diferentes teores de carbono, ele pode ser dividido em três categorias: aço com baixo teor de carbono (w _c ≤0,25%), aço-carbono médio (w _c =0,25%～0,6%) e aço com alto teor de carbono (w _c >0,6%). Com base nos diferentes teores de manganês, ele é dividido em dois grupos: teor normal de manganês (w _mn 0,25%～0,8%) e maior teor de manganês (w _mn 0,70%～1,20%), sendo que o último apresenta melhores propriedades mecânicas e desempenho de processamento.

Esse tipo de chapa é amplamente utilizado nas indústrias automotiva, de aviação e em outros setores. As classes de aço incluem aços com borda 08F, 10F, 15F; aços abatidos 08, 08Al, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50.

A chapa decapada laminada a quente é um produto intermediário feito de chapas finas laminadas a quente de alta qualidade, processadas por meio de unidades de decapagem para remover camadas de óxido, corte de bordas e acabamento. A qualidade da superfície e os requisitos de uso (principalmente a conformabilidade de dobragem a frio ou o desempenho de estampagem) estão entre as chapas laminadas a quente e as chapas laminadas a frio, o que a torna um substituto ideal para algumas chapas laminadas a quente e a frio. Os tipos mais comuns são SPHC, SPHD e SPHE.

2. Placas tratadas termicamente

O tratamento térmico é aplicado a chapas laminadas a quente para obter a estrutura e as propriedades desejadas. Os processos comuns de tratamento térmico incluem normalização, têmpera e revenimento (têmpera + revenimento, normalização + revenimento), revenimento a alta temperatura, recozimento etc., sendo a normalização o tratamento mais comum.

3. Chapas laminadas a quente com tratamento termomecânico

O tratamento termomecânico é um processo que combina organicamente a deformação plástica com o tratamento térmico para obter um efeito abrangente de fortalecimento da deformação e fortalecimento da transformação de fase. As chapas laminadas a quente produzidas por meio de tratamento termomecânico são chamadas de chapas laminadas a quente com tratamento termomecânico.

4. Chapas laminadas a frio

As bobinas de chapa laminada a frio são produzidas pela laminação de bobinas laminadas a quente em temperatura ambiente abaixo da temperatura de recristalização, incluindo chapas e bobinas. Em comparação com as chapas laminadas a quente, as chapas laminadas a frio têm melhor qualidade de superfície, maior precisão dimensional e podem atender a requisitos estruturais e de desempenho especiais, como propriedades eletromagnéticas e propriedades de estampagem profunda.

As chapas laminadas a frio têm propriedades mecânicas relativamente ruins e alta dureza, por isso precisam ser submetidas a processos de recozimento para eliminar o endurecimento por trabalho e os defeitos internos, além de conferir algumas características especiais de desempenho, como capacidade de repuxo profundo e condutividade magnética.

As classes comuns de chapas laminadas a frio para estampagem incluem: Q195, Q215, Q235, Q275, 08, 08F, 10, 10F, SPCC, St1208A1, SPCD, SPCE, St13, St14, St15.

5. Placas revestidas

Para evitar a corrosão dos produtos de chapa de aço durante o uso, as chapas de aço com tratamento de superfície são produzidas após a laminação a frio e a laminação a quente por galvanoplastia ou revestimento por imersão a quente em soluções metálicas resistentes à corrosão a 450-500°C. Como o revestimento da superfície é concluído em plantas metalúrgicas, essas bobinas podem ser processadas diretamente em produtos pelos usuários, por isso também são chamadas de bobinas pré-revestidas.

Com base em diferentes materiais de base e processos de revestimento, eles são classificados em chapas galvanizadas por imersão a quente, chapas galvanizadas por imersão a quente, chapas galvalume por imersão a quente, chapas eletrogalvanizadas, chapas de liga de níquel eletrogalvanizadas, chapas de estanho, chapas de aço revestidas com eletrocromo e chapas de aço com revestimento colorido.

(1) Placas galvanizadas por imersão a quente

As chapas galvanizadas por imersão a quente são chapas e tiras de aço finas contínuas galvanizadas por imersão a quente com espessura de 0,25 a 2,5 mm. A tira de aço passa primeiro por um forno de pré-aquecimento aquecido por chama para queimar os resíduos de óleo da superfície e formar uma película de óxido de ferro na superfície. Em seguida, ela entra em um forno de recozimento de redução contendo gases mistos de H₂ e N₂, aquecidos a 710-920°C, reduzindo a película de óxido de ferro a ferro esponjoso.

Em seguida, a tira purificada e ativada pela superfície é resfriada a uma temperatura ligeiramente superior à do zinco fundido e entra em uma panela de zinco a 450-460°C, usando facas de ar para controlar a espessura da camada de zinco. Por fim, ela passa por um tratamento de passivação com solução de cromato para melhorar a resistência à ferrugem branca.

Devido à camada de liga de zinco-ferro, ele tem resistência superior à corrosão e ao desgaste que o zinco eletrogalvanizado não consegue igualar. As classes comuns incluem Zn100-PT, Zn200-SC, Zn275-JY, SGCC, SGCD1, SGCD2, SGCD3, St01Z, St02Z, St03Z, St04Z, St05Z.

(2) Placas galvanizadas por imersão a quente

Depois de sair do forno de banho de zinco, a tira de aço entra em um forno de liga para tratamento, formando uma camada de revestimento de liga de zinco-ferro. A superfície da chapa de aço não apresenta manchas de zinco e é áspera, com boa aderência do revestimento e soldabilidade, adequada para a fabricação de automóveis, eletrodomésticos, etc.

(3) Placas de galvalume por imersão a quente

Um processo contínuo de revestimento fundido é usado para revestir a superfície da chapa de aço com líquido de liga de zinco-alumínio. Ele tem boa durabilidade e resistência ao calor; em comparação com as chapas de aço galvanizado, tem vida útil mais longa e melhor resistência ao calor; é menos provável que desbote em altas temperaturas, com desempenho semelhante de processamento e revestimento por spray.

Com base no conteúdo diferente de alumínio no revestimento, há dois tipos: Placa de alumínio-zinco 55% (contendo 55% Al, 43,4% Zn e 1,6% Si em massa) e placa de alumínio-zinco 5% (contendo 5% Al e uma pequena quantidade de elementos de terras raras, sendo o restante Zn).

(4) Placas eletrogalvanizadas

A eletrólise é usada para formar uma camada de deposição de zinco metálico uniforme, densa e bem ligada na superfície da chapa de aço. O revestimento de zinco das chapas eletrogalvanizadas é mais espesso, com cristalização fina, uniforme e sem poros, oferecendo boa resistência à corrosão.

Após a passivação com ácido crômico, o revestimento de zinco forma uma aparência branca, colorida ou verde militar, que é esteticamente agradável e tem certas propriedades decorativas. As classes comuns incluem SECC (placa original SPCC), SECD (placa original SPCD), SECE (placa original SPCE).

(5) Placas eletrogalvanizadas

Com base na fração de massa de ferro no revestimento, eles são divididos em tipos com alto e baixo teor de ferro. 0,4%-0,8% é considerado baixo teor de ferro, enquanto 3%-25% é alto teor de ferro, sendo que o primeiro é mais usado do que o segundo.

A resistência à corrosão da camada de liga de zinco-ferro é de 5 a 20 vezes maior que a da camada de zinco puro, com uma dureza de 110-130HV, amplamente utilizada nos setores automotivo e de fabricação de eletrodomésticos.

(6) Liga de níquel eletrogalvanizada

A fração de massa do zinco é 80%-90%, e a do níquel é 10%-20%. O efeito do teste de névoa salina pode chegar a mais de 2.000 horas, o que representa de 5 a 10 vezes mais do que o zinco eletrogalvanizado comum.

(7) Placas estanhadas

A abreviação em inglês é SPTE, que se refere a chapas ou tiras finas de aço de baixo carbono laminadas a frio revestidas com estanho comercialmente puro em ambos os lados, geralmente com espessura ≤0,6 mm. O estanho serve principalmente para evitar a corrosão e a ferrugem. Ele tem certa resistência e dureza, boa conformabilidade, fácil soldabilidade, superfície brilhante e pode ser impresso com imagens para embelezar os produtos.

É usado principalmente no setor de enlatamento de alimentos e, secundariamente, para materiais de embalagem em tintas químicas, óleos, produtos farmacêuticos etc. As placas estanhadas são divididas em placas de estanho por imersão a quente e placas de estanho eletrolítico com base nos processos de produção.

(8) Aço revestido com cromo eletrolítico (ECCS)

Um produto formado pela redução catódica de chapas finas de aço laminadas a frio em uma solução de ácido crômico, criando uma camada extremamente fina de cromo metálico e um filme de óxido de cromo hidratado na superfície da chapa de aço. Devido à forte capacidade de passivação da camada de cromo metálico, as chapas cromadas têm alta estabilidade química e resistência à corrosão.

Tem preço baixo, forte adesão à tinta (3 a 4 vezes maior do que as chapas estanhadas), boa resistência ao calor, permitindo o cozimento em alta temperatura para melhorar a eficiência da produção de impressão, e boa resistência ao enxofre para evitar manchas de sulfeto. Pode ser usado para peixes, carnes e alguns alimentos enlatados que contêm enxofre sem escurecer facilmente. Entretanto, é inferior às chapas estanhadas em termos de resistência à corrosão e aparência.

(9) Placas de aço com revestimento colorido

As placas de aço com revestimento colorido são produzidas em linhas de produção contínuas usando tiras de aço laminadas a frio ou tiras de aço galvanizado (eletrogalvanizado e galvanizado por imersão a quente) como placas de base. Após o pré-tratamento da superfície (desengorduramento e tratamento químico), uma ou mais camadas de revestimento líquido são aplicadas usando métodos de revestimento com rolo, seguido de cozimento e resfriamento.

Como o revestimento pode ter várias cores, as placas de aço revestidas são comumente chamadas de placas de aço com revestimento colorido. Dependendo da placa de base e do revestimento, há vários tipos principais.

1) Chapas de aço com revestimento colorido de base laminada a frio.

As chapas com revestimento colorido produzidas a partir de chapas de base laminadas a frio têm uma aparência suave e bonita e mantêm as propriedades de processamento das chapas laminadas a frio. Entretanto, qualquer pequeno arranhão no revestimento da superfície expõe a placa de base laminada a frio ao ar, causando a formação rápida de ferrugem vermelha no arranhão. Portanto, esses produtos só podem ser usados para medidas de isolamento temporário de baixa exigência e aplicações internas.

2) Chapas de aço com revestimento colorido galvanizado por imersão a quente.

As chapas de aço com revestimento colorido galvanizado por imersão a quente são produtos obtidos pelo revestimento de tintas orgânicas em chapas de aço galvanizado por imersão a quente. Além do efeito protetor do zinco, o revestimento orgânico na superfície também oferece proteção de isolamento e evita a oxidação, resultando em uma vida útil mais longa em comparação com as chapas galvanizadas por imersão a quente.

3) Chapas de aço com revestimento colorido galvalume por imersão a quente.

Eles usam chapas de aço galvalume por imersão a quente como base para o revestimento colorido (chapas de alumínio-zinco 55% e chapas de alumínio-zinco 5%).

4) Chapas de aço com revestimento colorido eletrogalvanizado.

As chapas de aço com revestimento colorido eletrogalvanizado são produtos obtidos pelo revestimento de tintas orgânicas em chapas eletrogalvanizadas e cozimento. Devido à fina camada de zinco das chapas eletrogalvanizadas, esses produtos não são adequados para uso externo em paredes, telhados etc.

No entanto, devido à sua bela aparência e excelentes propriedades de processamento, eles são usados principalmente em eletrodomésticos, equipamentos de áudio, móveis e decoração de interiores.

5) Chapas de aço impressas.

As chapas de aço impressas, também conhecidas como chapas de aço impressas, são produzidas aplicando-se primeiro uma camada de óleo em chapas de aço galvanizadas por imersão a quente ou eletrogalvanizadas, assando-as, depois imprimindo padrões de tinta usando métodos de impressão por fotogravura ou litografia e, por fim, aplicando uma camada transparente e assando-as. Eles são usados principalmente para itens decorativos.

6) Chapas de aço laminado.

Primeiro, uma camada de adesivo é aplicada e cozida no material de base e, em seguida, o filme de PVC ou PVF é laminado com o material de base. Esse é considerado o grau mais alto de produtos com revestimento colorido, oferecendo estética e durabilidade.

7) Folhas com gravação em filme.

O sol de PVC é aplicado a placas galvanizadas, cozido e, em seguida, os padrões são gravados no filme usando rolos de gravação. Eles são usados em edifícios, decoração de interiores e móveis.

8) Chapas com relevo metálico.

A placa de base de metal é gravada em relevo com padrões côncavos e convexos, proporcionando um excelente efeito tridimensional. São usados para decoração de interiores.

IV. Classificação por aplicativo

1. Placas automotivas

Os componentes que compõem a carroceria de um veículo são geralmente divididos em componentes de painel, componentes estruturais, componentes de marcha e componentes de reforço. As placas automotivas incluem placas estruturais da carroceria, placas de cobertura da carroceria (painéis internos da carroceria, painéis externos da carroceria), placas do chassi automotivo e placas do aro da roda. Esses componentes correspondem a diferentes requisitos de aplicação e têm propriedades diferentes.

Do ponto de vista das características do processo de produção, as chapas de aço podem ser divididas em chapas de aço laminadas a quente, chapas de aço laminadas a frio e chapas de aço revestidas; do ponto de vista da resistência, elas podem ser classificadas em chapas de aço comuns (chapas de aço macio), chapas de aço de baixa liga de alta resistência (HSLA), chapas de aço comuns de alta resistência (aço IF de alta resistência, aço BH, aço RP e aço IS, etc.) e chapas de aço avançadas de alta resistência (AHSS), etc.

2. Placas de eletrodomésticos

Usado principalmente para os painéis externos de eletrodomésticos (como geladeiras, máquinas de lavar, condicionadores de ar, computadores etc.), usando principalmente PCM, chapas laminadas a frio comuns, chapas galvanizadas e chapas padronizadas.

3. Placas de aviação

Refere-se principalmente aos materiais usados em aeronaves, sendo os mais importantes os materiais estruturais da fuselagem. Devido às diferentes condições de estresse nas superfícies superior e inferior da asa, o revestimento da asa usa alumínio ultra-duro com boas propriedades de compressão e alumínio duro com boas propriedades de tração e fadiga, respectivamente; a fuselagem usa alumínio duro com alta resistência à tração e resistência à fadiga como material do revestimento.

As estruturas da fuselagem geralmente usam alumínio ultra-resistente, enquanto as estruturas reforçadas que suportam cargas maiores usam aço estrutural de alta resistência ou ligas de titânio.

4. Aço estrutural do casco do navio

O aço estrutural para casco de navio, também conhecido como chapa de aço para navio, refere-se principalmente a materiais em chapa usados na fabricação de cascos, conveses etc. de embarcações oceânicas, costeiras e de navegação interior. As classes de aço incluem chapas para navios de resistência geral (classes A a E4), chapas para navios de alta resistência (12 classes de AH32 a EH40) e aço para cascos de navios de ultra-alta resistência (AH42 a FH69).

5. Placas de aço para caldeiras

As chapas de aço para caldeiras são principalmente materiais de chapa média e grossa laminados a quente usados para fabricar superaquecedores, tubos de vapor principais e superfícies de aquecimento de fornos de caldeiras. Os principais materiais são aço estrutural de alta qualidade e aço de baixa liga resistente ao calor.

Como as chapas de aço para caldeiras trabalham em condições de temperatura média (cerca de 350°C) e alta pressão, além de suportar alta pressão, elas também estão sujeitas a impacto, cargas de fadiga e corrosão por água e gás. Os principais requisitos de desempenho das chapas de aço para caldeiras incluem boas propriedades de soldagem e dobramento a frio, certa resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão alcalina e à oxidação. As classes comuns incluem Q245R, Q345R e 15CrMoR.

6. Aço para vasos de pressão

O aço para vasos de pressão é usado para fabricar vasos de pressão ou outros equipamentos semelhantes para os setores de petróleo, químico, separação de gás e armazenamento e transporte de gás. Ele inclui aço-carbono, aço-carbono manganês, aço microligado, aço de alta resistência de baixa liga e aço de baixa temperatura. Os principais tipos de aço são Q245R, Q345R e Q370R.

V. Classificação por características de desempenho

1. Aço para trefilação

Aço carbono com teor de carbono ≤0,20% e resistência ao escoamento abaixo de 275MPa. Possui excelente plasticidade e características superiores de estampagem profunda, por isso é amplamente utilizado em produtos com estruturas complexas que exigem estampagem profunda.

Ele é dividido em uso comercial geral (grau CQ, como 08Al, St12, SPCC, etc.), uso em desenho (grau DQ, como 08Al, St13, SPCD, etc.), uso em desenho profundo (grau DDQ, como 08Al, St14, SPCE, etc.), uso em desenho extra profundo (grau SDDQ, como St15) e uso em desenho ultra profundo (EDDQ, como St16).

2. Aço convencional de alta resistência (CHSS)

Aço com resistência à tração de 300 a 600 MPa, incluindo principalmente aço carbono manganês (C-Mn), aço para endurecimento por cozimento (BH), aço isotrópico (IS), aço sem intersticiais de alta resistência (HSS-IF) e aço de baixa liga de alta resistência (HSLA).

(1) Aço livre de interstício de alta resistência (HSS-IF)

O aço sem intersticiais de alta resistência pertence ao aço reforçado por solução sólida, principalmente pela adição de elementos de reforço de solução sólida, como P, Mn e Si, ao aço sem intersticiais para aumentar a resistência. Seu valor de r pode aumentar para 2,0 e a resistência à tração pode chegar a 400 MPa. O aço livre de intersticiais de alta resistência com adição de Ti, Nb e B pode atingir resistências à tração de 400 a 450 MPa.

Devido à sua combinação de alta resistência e desempenho de repuxo profundo, o aço livre de interstício de alta resistência pode ser processado em peças de formato complexo e melhorar a resistência a amassados dos automóveis e, ao mesmo tempo, reduzir o peso do veículo, atendendo aos requisitos de segurança automotiva, redução de peso, conservação de energia e proteção ambiental.

(2) Aço isotrópico (IS)

O aço isotrópico é um tipo de aço com uma taxa de deformação plástica especificada (valor r). Devido às suas propriedades isotrópicas, esse aço tem boa conformabilidade de estampagem profunda e é adequado para a fabricação de painéis externos automotivos.

(3) Aço para endurecimento por cozimento (BH)

O aço para endurecimento por cozimento é um tipo de chapa de aço laminada a frio que combina as propriedades de trefilação profunda do aço para trefilação com o mecanismo de fortalecimento de solução sólida dos elementos de liga P (ou Mn) e obtém excelentes propriedades abrangentes, como alta resistência, capacidade de trefilação profunda e boa resistência a amassados por meio do mecanismo de endurecimento por deformação do endurecimento por cozimento.

Atualmente, foram desenvolvidos quatro tipos principais de chapas de aço BH: chapas de aço nitretadas, chapas de aço de fase dupla, chapas de aço de endurecimento por cozimento com fósforo e alumínio e chapas de aço de endurecimento por cozimento com carbono extrabaixo (chapas de aço ELC-BH).

As chapas de aço BH têm bom desempenho de prensagem e plasticidade, alta resistência a amassados e força, adequadas para peças automotivas, especialmente para prensagem de painéis externos de carrocerias automotivas, e têm sido amplamente utilizadas no setor de fabricação de automóveis.

(4) Aço de baixa liga de alta resistência (HSLA)

O aço de baixa liga de alta resistência é desenvolvido com base no aço estrutural de carbono com teor de carbono ≤0,20%, com a adição de pequenas quantidades de elementos de liga, e tem um limite de escoamento superior a 275 MPa.

Além de conter certas quantidades de elementos básicos, como silício (Si) ou manganês (Mn), esse tipo de aço também contém traços de outros elementos, como vanádio (V), nióbio (Nb), titânio (Ti), alumínio (Al), molibdênio (Mo), nitrogênio (N) e elementos de terras raras (RE).

Em comparação com o aço estrutural de carbono, ele tem vantagens como alta resistência, bom desempenho abrangente, longa vida útil, ampla gama de aplicações e eficiência econômica. É amplamente utilizado em pontes, navios, caldeiras, veículos e importantes estruturas de construção. As classes incluem Q345 (A, B, C, D, E), Q390 (A, B, C, D, E), Q420 (A, B, C, D, E), Q460 (C, D, E) etc.

3. Aço avançado de alta resistência (AHSS)

Aço avançado de alta resistência, também conhecido como aço de alta resistência de alto grau. Ele inclui principalmente aço de fase dupla (DP), aço de plasticidade induzida por transformação (TRIP), aço de fase complexa (CP), aço martensítico (M), aço formado a quente (HF) e aço de plasticidade induzida por geminação (TWIP).

O AHSS tem uma resistência à tração de 500-1500 MPa e excelentes propriedades de absorção de energia. Ele desempenha um papel muito importante na redução do peso automotivo e na melhoria da segurança, e tem sido amplamente utilizado no setor automotivo, principalmente para a fabricação de peças estruturais automotivas, componentes de segurança e peças de reforço.

(1) Aço de fase dupla (DP)

Obtida a partir de aço de baixo carbono ou aço microligado de baixo carbono por meio de tratamento térmico em região de duas fases ou laminação e resfriamento controlados, sua microestrutura consiste principalmente de ferrita + martensita ou ferrita + bainita. A fase de reforço confere ao material alta resistência à tração, enquanto a matriz de ferrita proporciona boa plasticidade e tenacidade. A principal característica do aço de fase dupla em termos de composição química é o baixo teor de carbono e de liga.

Os principais elementos de liga são Si e Mn. Além disso, dependendo do processo de produção e dos requisitos de uso, podem ser adicionadas quantidades adequadas de elementos Cr, Mo, V e Nb, formando séries de composição de aço de fase dupla baseadas principalmente nos sistemas C-Si-Mn, C-Mn-Mo, C-Si-Mn-Cr-V e C-Si-Mn-Cr-Mo.

(2) Aço de plasticidade induzida por transformação (TRIP)

O aço de plasticidade induzida por transformação é um aço com estruturas de múltiplas fases. Essas fases geralmente são ferrita, bainita, austenita retida e martensita.

Durante a deformação, a transformação da austenita retida estável em martensita induz o fortalecimento da transformação e o aumento da plasticidade. Por esse motivo, a austenita retida deve ter estabilidade suficiente para alcançar a transformação progressiva, fortalecendo a matriz, por um lado, e melhorando o alongamento uniforme, por outro, para atingir a meta de melhoria simultânea da resistência e da plasticidade.

As propriedades do aço TRIP são: resistência ao escoamento de 340-860MPa, resistência à tração de 610-1080MPa, alongamento de 22%-37%. O aço TRIP é usado principalmente na fabricação de para-lamas automotivos, componentes de chassi, aros de rodas e vigas de impacto de portas.

(3) Aço de fases complexas (CP)

A estrutura é semelhante à do aço TRIP, com a estrutura principal sendo ferrita fina e uma alta proporção de fases de endurecimento (martensita, bainita), contendo elementos como Nb e Ti. Por meio do efeito combinado de martensita, bainita e fortalecimento por precipitação, o aço CP pode atingir resistências de 800-1000 MPa, com absorção de energia de impacto relativamente alta e desempenho de expansão de furos, o que o torna particularmente adequado para a fabricação de peças de segurança automotiva, como barras anticolisão de portas, para-choques e pilares B.

(4) Aço martensítico (MART)

O aço martensítico é produzido por meio do resfriamento rápido da estrutura de austenita de alta temperatura para formar uma estrutura de martensita em ripas, que pode ser obtida por meio de laminação a quente, laminação a frio, recozimento contínuo ou recozimento pós-formação. Sua resistência máxima pode chegar a 1600 MPa, o que o torna o grau de resistência mais alto entre as chapas de aço de alta resistência disponíveis no mercado. Devido às limitações de conformabilidade, ele só pode ser usado para prensar peças de formato simples e é usado principalmente na fabricação de peças com baixos requisitos de conformação, como barras anticolisão de portas.

(5) Aço de plasticidade induzida por torção (TWIP)

O aço de plasticidade induzida por torção é um aço austenítico de baixa energia de falha de empilhamento. Quando usado sem carga externa, sua estrutura resfriada à temperatura ambiente é austenita retida estável. No entanto, sob carga externa, a geminação mecânica é produzida devido à indução de deformação, resultando em um grande alongamento uniforme sem estrangulamento, apresentando excelentes propriedades mecânicas, alta taxa de endurecimento por deformação, alta plasticidade e resistência.

A geminação é o principal mecanismo que afeta sua deformação plástica, e suas propriedades mecânicas dependem principalmente da energia da falha de empilhamento. O aço TWIP tem índices de plasticidade extremamente altos (alongamento após a fratura de 60%-80%), alta resistência (resistência à tração de 600-800MPa) e uma alta taxa de endurecimento por deformação. Sua absorção de energia de impacto é duas vezes maior do que a dos aços de alta resistência existentes.

Além disso, o aço TWIP também tem alta capacidade de absorção de energia e nenhuma temperatura de transição dúctil para frágil em baixa temperatura. A composição do aço TWIP normalmente consiste principalmente de Fe, com 15%-30% Mn em massa, 2%-4% Al e Si em massa, e também pode incluir pequenas quantidades de Ni, V, Mo, Cu, Ti, Nb, etc.

4. Aço para intempéries

O aço para intemperismo é um tipo de aço de baixa liga e alta resistência. Ao adicionar pequenas quantidades de elementos de liga, como Cu, P, Cr e Ni, ao aço, forma-se uma camada de óxido amorfo do tipo espinélio com 50-100μm de espessura e boa adesão ao metal de base entre a camada de ferrugem e o substrato. Essa camada impede que o oxigênio e a água da atmosfera penetrem no substrato de aço, protegendo o metal de base sob a camada de ferrugem e retardando a progressão da corrosão no material de aço, melhorando consideravelmente a resistência à corrosão atmosférica do material de aço.

O aço para intemperismo é amplamente utilizado na fabricação de vários componentes estruturais de metal para locomotivas, veículos, edifícios, etc. Os tipos comuns incluem Corten A, Corten B, 10CrNiCuP, 09CuPTiRE, SPA-H, etc.

5. Aço inoxidável

O aço inoxidável refere-se ao aço que é resistente à corrosão de meios corrosivos fracos, como ar, vapor, água e meios corrosivos químicos, como ácidos, álcalis e sais. Também é conhecido como aço inoxidável resistente a ácidos. O aço inoxidável é normalmente classificado por sua estrutura básica em: aço inoxidável austenítico, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico e aço inoxidável martensítico. Os três primeiros tipos são usados principalmente como materiais de estampagem.

(1) Aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável austenítico refere-se ao aço inoxidável com uma estrutura austenítica à temperatura ambiente. Quando as frações de massa dos elementos no aço são aproximadamente 18% Cr, 8%-10% Ni e cerca de 0,1% C, ele tem uma estrutura austenítica estável.

O aço inoxidável austenítico não é magnético e tem alta tenacidade e plasticidade, mas sua resistência é relativamente baixa. Ele não pode ser reforçado por meio de transformação de fase e só pode ser reforçado por meio de trabalho a frio.

(2) Aço inoxidável ferrítico

O aço inoxidável ferrítico refere-se ao aço inoxidável cuja estrutura é principalmente ferrítica durante o uso. A fração de massa do Cr é 11%-30%, e ele tem uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo.

Esse tipo de aço geralmente não contém Ni e, às vezes, contém pequenas quantidades de Mo, Ti, Nb e outros elementos. Esse tipo de aço tem características como alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão, boa resistência à oxidação e excelente resistência à corrosão sob tensão. É frequentemente usado para fabricar peças resistentes à corrosão atmosférica, por vapor, água e ácidos oxidantes.

As variedades típicas incluem AISI409(L), 06Cr13Al, 00Cr12Ni, 430 (10Cr17), 444 (019Cr19Mo2NbTi), 44629 (000Cr26Mol), 447J1 (000Cr30Mo2), etc.

(3) Aço inoxidável duplex

Em sua estrutura de solução sólida, as fases ferrítica e austenítica representam, cada uma, cerca de metade, e até mesmo a fase menor deve atingir uma fração de volume de 30%. Com baixo teor de C, a fração de massa de Cr é 18%-28%, e a fração de massa de Ni é 3%-10%. Alguns aços também contêm elementos de liga, como Mo, Cu, Nb, Ti e N.

Esse tipo de aço combina as características dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Em comparação com o aço inoxidável ferrítico, ele tem maior plasticidade e tenacidade, não apresenta fragilidade à temperatura ambiente e melhorou significativamente a resistência à corrosão intergranular e a soldabilidade, mantendo a fragilização a 475°C, a alta condutividade térmica e a superplasticidade do aço inoxidável ferrítico.

Em comparação com o aço inoxidável austenítico, ele tem maior resistência e melhora significativamente a resistência à corrosão intergranular e à corrosão sob tensão por cloreto. O aço inoxidável duplex tem excelente resistência a pites e também é um tipo de aço inoxidável que economiza níquel.

6. Aço silício

O aço silício é uma liga de silício-ferro com uma fração de massa de silício de cerca de 3%. É uma importante liga magnética macia indispensável nos setores de energia elétrica, eletrônica e militar, usada principalmente como material de núcleo para vários motores, geradores e transformadores.

Ele é dividido em chapas de aço silício laminadas a quente (usadas na fabricação de geradores), chapas de aço silício não orientado laminadas a frio (usadas na fabricação de geradores), chapas de aço silício orientado laminadas a frio (usadas na fabricação de transformadores) e chapas de aço silício orientado de alta indução magnética laminadas a frio (usadas na fabricação de vários transformadores, bobinas e outros componentes eletromagnéticos nos setores de telecomunicações e instrumentos).

VI. Classificação por características da tecnologia de processamento e formação

1. Blanks personalizados a laser

Os blanks sob medida são feitos por meio da soldagem a laser das bordas de várias chapas de aço com diferentes materiais, espessuras e revestimentos em uma única chapa integral para atender a diferentes requisitos de desempenho de material para peças. Após processos como a estampagem, eles se tornam componentes automotivos.

Ele resolve principalmente o problema de que a laminação a frio não pode produzir chapas muito largas e chapas de espessura desigual. Atualmente, os materiais usados para a soldagem sob medida a laser incluem aço de baixo carbono, aço de baixa liga, aço de alta resistência, liga de alumínio e liga de magnésio. As peças estampadas são usadas principalmente para fabricar componentes automotivos, como painéis internos de portas, painéis de assoalho e pilares.

2. Placas (tubos) hidroformadas

A tecnologia de hidroformação de chapas metálicas refere-se a um processo que utiliza meio líquido em vez de moldes côncavos ou convexos, contando com a pressão do meio líquido para formar a chapa. Esse processo pode não apenas formar peças com formatos complexos, mas também produzir peças com alta precisão, boa qualidade de superfície e custos de processamento mais baixos em comparação com os processos convencionais.

3. Painéis sanduíche compostos

Um novo tipo de material composto com chapas de aço com revestimento colorido, chapas de aço inoxidável, etc., como camadas de revestimento, e materiais leves, resistentes ao fogo e retardantes de chamas, como lã de fibra de vidro, lã de rocha e poliestireno, como camada central. Ele tem vantagens como resistência ao fogo, isolamento térmico, isolamento térmico, isolamento acústico, isolamento de vibração e peso leve, e é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, na construção naval, em veículos e na construção civil e industrial.

4. Placa de aço conformada a quente

O aço especial de liga de boro de alta resistência é aquecido para austenitização e, em seguida, a chapa em brasa é enviada para um molde com um sistema de resfriamento para formação de prensa, ao mesmo tempo em que passa por um resfriamento rápido e uniforme. A estrutura da chapa de aço muda de austenita para martensita, resultando em uma chapa de aço de resistência ultra-alta. Ela pode ser amplamente utilizada na fabricação de componentes automotivos, como para-choques dianteiro e traseiro, pilares A, pilares B, pilares C, painéis internos de portas e vigas de impacto de portas.

5. Materiais superplásticos

A superplasticidade refere-se à capacidade de determinados metais ou ligas de se alongarem mais de 100% em condições específicas, ou seja, em baixas taxas de deformação (ε=10-⁴～10-² s-¹), em uma determinada temperatura de deformação (cerca de metade da temperatura termodinâmica de fusão) e com tamanhos de grão estáveis e finos (0,5～5μm).

Por exemplo, aço com alongamento superior a 500%, titânio puro superior a 300%, liga de alumínio-zinco superior a 1000%, materiais com essas propriedades são chamados de materiais superplásticos. Atualmente, os materiais superplásticos comumente usados incluem principalmente ligas de alumínio, ligas de magnésio, ligas de titânio, aço de baixo carbono, aço inoxidável etc.