Aço carbono: o que é e para que serve?

Quem compra tubo de aço carbono raramente compra "aço" de forma genérica. Compra um material que precisa suportar uma carga, aceitar uma solda, receber uma pintura e durar num ambiente específico. Tudo isso depende de uma variável central: quanto carbono existe naquela liga. Entender essa relação separa a especificação correta do retrabalho caro na obra.

Este guia trata do material aço carbono: do que ele é feito, como o teor de carbono muda suas propriedades, como o mercado classifica os graus, por que ele oxida e onde ele é aplicado. Quando o assunto for a forma do produto, o tubo quadrado e retangular que o mercado chama popularmente de metalon, o caminho é o artigo sobre a diferença entre aço e metalon.

A Tubonasa distribui tubos de aço carbono há mais de 45 anos. A leitura abaixo é a mesma que usamos ao conferir uma especificação com o cliente antes de fechar o pedido.

O que é aço carbono?

O aço carbono é o resultado da combinação de dois elementos, ferro e carbono, que juntos formam uma liga metálica amplamente empregada na indústria e na construção civil. Essa constituição de liga é o que confere ao aço o seu nível de resistência mecânica, com concentração de carbono que vai de 0,008% a 2,11% da composição.

A faixa parece estreita, e é exatamente aí que está o ponto. Décimos de porcento a mais ou a menos de carbono mudam o comportamento do material de forma perceptível: alteram dureza, resistência ao desgaste, capacidade de ser soldado e capacidade de ser dobrado sem trincar. Não é detalhe de laboratório.

A matéria-prima da cadeia é o ferro gusa, produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário em altas temperaturas. É a partir do gusa que se produzem os diversos tipos de aço, ajustando a composição química até chegar ao grau desejado.

O carbono, porém, não trabalha sozinho. Existem diversos elementos que garantem ao ferro a dureza necessária, e o carbono é apenas o principal elemento endurecedor. Manganês, silício e fósforo também regulam o nível de resistência do aço. Por isso duas ligas com o mesmo teor de carbono podem ter comportamentos diferentes: o restante da composição química importa.

Vale delimitar o escopo: aço carbono não é aço inoxidável nem ferro puro. Inox é outra família de liga, com cromo em teor suficiente para formar camada protetora, e não faz parte do catálogo da Tubonasa. A comparação com o ferro está no artigo sobre a diferença do metalon para o ferro, e o peso relativo dos dois no artigo sobre qual é mais pesado, ferro ou aço.

Como o teor de carbono define as classes do aço

A quantidade de carbono define a classificação do aço em baixo, médio e alto. Quem especifica material trabalha com essa divisão o tempo todo, mesmo sem nomeá-la, ao decidir se a peça vai ser soldada, dobrada, usinada ou temperada.

Baixo carbono (até 0,30% de carbono)

Este tipo de aço carbono possui baixa resistência quando comparado às demais classes, mas é usinável e soldável. Tem baixa dureza e, em contrapartida, alta tenacidade e ductilidade. De forma geral, não é tratado termicamente.

Na prática, é a classe que se comporta bem em processos de fabricação: aceita corte, dobra, conformação e solda sem grande complicação. O que ela entrega não é dureza extrema, é previsibilidade de trabalho.

Médio carbono (de 0,30% a 0,60%)

Os aços de médio carbono, dentro dessa faixa, apresentam maior resposta ao tratamento térmico, além de mais dureza e menor tenacidade e ductilidade em relação ao baixo carbono. O médio carbono tem boa temperabilidade em água e é um dos tipos mais comuns de aço.

É a classe de compromisso: entrega mais resistência que o baixo carbono sem chegar à fragilidade do alto carbono. Componentes que precisam suportar esforço e ainda assim manter alguma tenacidade costumam viver nessa faixa.

Alto carbono (acima de 0,60%)

Este tipo é o de maior resistência ao desgaste e maior dureza entre as três classes. Em compensação, o alto carbono possui menor ductilidade quando comparado aos demais. Geralmente é utilizado temperado ou revenido, e apresenta boa manutenção de fio de corte.

Daí sua aplicação típica em ferramentas e peças que precisam resistir à abrasão. Não é a classe que se escolhe para uma estrutura que vai ser soldada em campo: quanto mais carbono, mais atenção o processo de soldagem exige.

A lógica geral vale como orientação de leitura, não como regra de projeto: a resistência aumenta conforme o teor de carbono, e a ductilidade diminui conforme o teor de carbono. Onde parar nessa curva depende do esforço da peça, do processo de fabricação e da norma que rege a aplicação. Para dimensionar estrutura de verdade, o caminho é o artigo de cálculo de estrutura em metalon e a conferência com um responsável técnico.

Assista: Aço carbono: o que é? O aço padrão do mundo em 3 respostas

Classificação dos aços carbono no sistema SAE-AISI

O sistema de classificação mais adotado na prática é o SAE-AISI, no qual o aço carbono ocupa o grupo 1xxx. A divisão é a seguinte:

Duas observações fecham a leitura da tabela. Aços carbono que contam com requisitos de temperabilidade adicionais recebem um "H" após a classificação. E os dois últimos dígitos, os "xx", representam a concentração de carbono no aço: o aço 1030, por exemplo, possui aproximadamente 0,30% de carbono em sua composição.

Uma ressalva honesta sobre essa tabela: ela serve para orientar a leitura de uma designação, não para especificar material. Os teores de elemento de liga por série variam conforme a revisão da norma consultada, e a designação de um lote real vem no certificado que acompanha o material. Se a sua especificação depende de um teor exato, confirme com a nossa equipe técnica antes de fechar o pedido, em vez de partir de uma tabela de referência genérica.

Quando a designação do projeto vem em outra norma, seja NBR/ABNT ou norma internacional, a equivalência não é automática e não deve ser presumida por semelhança de número. Nesse caso, consulte nossa equipe com a especificação em mãos antes de fechar o pedido.

O aço carbono enferruja?

Sim. O aço carbono enferruja, e essa é a resposta direta. Como acontece com a maioria dos compostos metálicos, ele sofre com a influência do tempo, e a manifestação mais conhecida disso é a oxidação.

O fenômeno acontece pela interação natural, e inevitável, entre os átomos da superfície do metal e o oxigênio do ambiente. O processo se origina de duas reações químicas fundamentais:

• Oxidação: a retirada dos elétrons livres de um átomo.
• Redução: quando um átomo adquire elétrons livres para sua composição.

Comparado ao aço inoxidável, o aço carbono tem menor resistência à corrosão. A diferença está na composição: o inox conta com cromo como agente de liga, e é esse elemento que retarda a oxidação superficial. O aço carbono não tem essa proteção intrínseca, por isso a proteção dele é aplicada por fora.

A alternativa mais comum é o aço galvanizado: a peça recebe um banho de zinco que atua como barreira física entre o metal e os fatores do ambiente. Enquanto o revestimento estiver íntegro, o zinco retarda de forma relevante o avanço da corrosão. Corte, furo e solda expõem o aço nu de novo, e é nesses pontos que a falha costuma começar.

A outra alternativa é a pintura, sempre com preparo de superfície adequado.

Um ponto de prudência: não existe prazo universal de durabilidade para aço carbono. A vida útil depende do acabamento aplicado, do preparo de superfície, da exposição do ambiente (interno, externo, litoral, industrial) e da manutenção. Número cravado sem considerar essas variáveis é chute, não especificação.

Para que serve o aço carbono: principais aplicações

Mesmo com a possibilidade de enferrujar, o aço carbono segue como um dos materiais mais utilizados em projetos de todo tipo, porque combina resistência mecânica, disponibilidade e custo. As aplicações mais recorrentes são:

• Hidrantes.
• Brinquedos.
• Construção civil.
• Corrimões de escadas.
• Uso industrial e comercial.
• Equipamentos hospitalares.
• Equipamentos de ginástica.
• Rodas e equipamentos ferroviários.
• Placas para produção de tubos de aço.
• Estruturas metálicas como estandes, usinagens e serralheria.
• Matéria-prima para obras arquitetônicas e de arte contemporânea.
• Engrenagens para peças de máquinas que exigem alta resistência mecânica.

Na forma de tubo, o aço carbono aparece com frequência em estruturas de portões e em superaquecedores, dois usos que mostram a amplitude do material: um estrutural e exposto ao tempo, outro sujeito a temperatura e pressão.

No caso da Tubonasa, o material chega ao cliente na forma de tubos de aço carbono, em seção quadrada, retangular e redonda, com e sem costura. A página de tubo de aço carbono traz a visão completa do produto, e a lista de medidas disponíveis está no artigo sobre bitolas de metalon.

Vantagens e limites do aço carbono

O aço carbono acumula um conjunto de vantagens que explica sua presença em praticamente todo segmento industrial:

• Versatilidade de forma e de aplicação.
• Alta resistência mecânica em relação ao custo.
• Boa soldabilidade, especialmente nas classes de baixo carbono.
• Custo-benefício favorável frente a outras ligas.
• Diferentes aplicabilidades, do estrutural ao decorativo.
• Reciclabilidade, com cadeia de reaproveitamento consolidada.
• Resposta a tratamento térmico, conforme a classe.
• Diferentes graus de resistência disponíveis para escolha.

Há ainda propriedades que se comportam como vantagem dependendo do uso: dureza relativa ajustável pela composição e capacidade de operar sob temperatura e pressão nas especificações adequadas.

Os limites são igualmente objetivos. O aço carbono oxida sem proteção. Quanto mais carbono, mais criteriosa precisa ser a soldagem. E a escolha do grau errado não se corrige com acabamento. Quando a decisão envolve comparar o material com uma alternativa mais leve, o artigo sobre metalon ou alumínio coloca os dois lado a lado em resistência, custo e corrosão.

Erros comuns ao especificar aço carbono

• Tratar "aço carbono" como uma especificação. É uma família de ligas. Sem o grau e a espessura, o pedido está incompleto.
• Escolher a classe pela dureza, ignorando a solda. Mais carbono significa mais cuidado no processo de soldagem, não apenas mais resistência.
• Presumir equivalência entre normas por semelhança de número. Designação parecida não significa mesma composição nem mesma propriedade mecânica.
• Confundir aço carbono com inox. São famílias diferentes. Inox não é produto da Tubonasa.
• Contar com galvanização como proteção eterna. Corte, furo e solda rompem a barreira de zinco e reabrem o ponto de corrosão.
• Cravar durabilidade em anos sem definir acabamento e ambiente. A variável decisiva é a exposição, não o material isolado.
• Achar que metalon é outro material. É nome popular do tubo de aço carbono quadrado ou retangular, e não uma liga distinta.

Onde comprar tubo de aço carbono

A Tubonasa é distribuidora de tubos de aço carbono com mais de 45 anos de mercado. No Brasil existem poucos fabricantes de aço, e eles não produzem para estoque: trabalham sob encomenda, com prazo longo e quantidade mínima alta, e cada um cobre apenas uma faixa de bitolas. O distribuidor existe para resolver essa lacuna.

Na prática, isso significa mais de 1.200 itens em estoque para embarque imediato, cerca de 800 deles em quadrados e retangulares, e pedido em qualquer quantidade, inclusive o pedido pequeno que a siderúrgica recusa. Nossa equipe confere bitola e espessura antes do fechamento.

Sobre entrega: frete grátis em qualquer quantidade dentro de um raio de 200 km de São Paulo, sem volume mínimo. Fora desse raio, atendemos todo o Brasil com frete pago.

Para cotação, fale com a nossa equipe pelo WhatsApp ou peça seu orçamento de tubos de aço carbono. Outros conteúdos técnicos sobre tubos de aço estão reunidos no blog da Tubonasa, e a cobertura de normas está no guia de normas nacionais e internacionais para tubos de aço carbono.

Conteúdo assinado por Walter Gongora Junior, CEO da Tubonasa.

Perguntas frequentes sobre aço carbono

O que é aço carbono?

É a liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com teor de carbono entre 0,008% e 2,11%. Esse teor é o que define o nível de resistência mecânica do material. Manganês, silício e fósforo também participam da composição e influenciam a resistência.

Para que serve o aço carbono?

Serve para construção civil, estruturas metálicas, serralheria, indústria em geral, equipamentos, engrenagens, corrimões, hidrantes e equipamentos ferroviários, entre outras aplicações. Na forma de tubo, é usado em estruturas de portões e em superaquecedores.

Quais são os tipos de aço carbono?

São três, definidos pelo teor de carbono: baixo carbono (até 0,30%), usinável e soldável, com alta tenacidade e ductilidade; médio carbono (de 0,30% a 0,60%), com maior dureza e boa resposta ao tratamento térmico; e alto carbono (acima de 0,60%), o mais duro e resistente ao desgaste, porém menos dúctil.

O aço carbono enferruja?

Sim. Ele não possui cromo em teor suficiente para formar camada protetora, então oxida em contato com o oxigênio do ambiente. A proteção vem de fora: galvanização (banho de zinco como barreira física) ou pintura com preparo de superfície adequado.

Qual a diferença entre aço carbono e aço inoxidável?

O inox conta com cromo como agente de liga, o que lhe dá resistência à corrosão bem maior. O aço carbono não tem essa proteção intrínseca e depende de acabamento. São famílias distintas de material, e a Tubonasa trabalha exclusivamente com aço carbono.

O que significa a classificação 1xxx do aço carbono?

É o grupo do aço carbono no sistema SAE-AISI. O 10xx é o aço carbono comum, o 11xx é ressulfurado, o 12xx é ressulfurado e refosforado, o 13xx contém cerca de 1,75% de manganês, o 14xx contém nióbio e o 15xx tem alto teor de manganês. Os dois últimos dígitos indicam a concentração de carbono: o 1030 tem cerca de 0,30%.

Metalon é um material diferente do aço carbono?

Não. Metalon é o nome popular do tubo de aço carbono de seção quadrada ou retangular. Não é um material diferente do aço: é o próprio aço carbono conformado em tubo. A resistência vem do grau do aço e da espessura da parede, não do nome. O tema está detalhado no artigo sobre a diferença entre aço e metalon.

Quanto tempo dura uma estrutura de aço carbono?

Não existe prazo universal. A vida útil depende do acabamento, do preparo de superfície, da exposição do ambiente e da manutenção. Uma estrutura interna pintada e uma estrutura externa em ambiente litorâneo têm comportamentos muito diferentes. Consulte nossa equipe sobre a sua aplicação.