Aços de Aplicação Ferroviária

O Brasil é um país de proporções continentais, no qual as ferrovias exercem importante papel no translado de grandes volumes de cargas, por longas distâncias, como por exemplo, minerais e produtos agrícolas (GODEFROID et al., 2015).

Quando em serviço, os trilhos ferroviários são submetidos ao desgaste mecânico, as variações climáticas, aos danos resultantes do contato roda-trilho e até mesmo a corrosão. A associação desses fatores pode resultar em fraturas estruturais, tendo como consequência os descarrilamentos de veículos e gerando mortes, custos e perda de confiança do público (PORCARO et al., 2016).

A Figura 1 ilustra a estrutura de uma via permanente convencional, composta por trilhos, dormentes, lastro e elementos de fiação.

Figura 1: Elementos básicos da via permanente.

A montagem de uma via ferroviária é feita com segmentos de trilho de 8 a 25 metros que são soldados em estaleiro, via centelhamento elétrico, até constituírem barras com 180 a 300 metros de extensão (trilhos longos soldados). Essas barras são posicionadas na via e soldadas por aluminotermia.

De acordo com SILVA (1995), para que o aço apresente resultados positivos ao ser empregado nas ferrovias, espera-se que ele apresente as seguintes características:

Altos limites de escoamento e de resistência, conjugados com boa ductilidade;
Altas dureza e resistência ao desgaste;
Alta resistência à fadiga por contato e à fadiga mecânica;
Alta tenacidade à fratura;
Baixa susceptibilidade à fragilização por hidrogênio;
Boa soldabilidade.

Tais características se mostram, em muitos aspectos, antagônicas, tornando-se necessária uma adequação da escolha do processamento do material e da sua composição química, a fim de se encontrar o balanço ideal entre as propriedades exigidas pelos trilhos. O objetivo de se conhecer a variedade composicional é produzir aços que apresentem propriedades apropriadas para suportar cargas pesadas, com velocidade de transporte cada vez maior (SILVA, 1995).

O carbono, por exemplo, pode ter sua concentração facilmente alterada no processo de produção do aço. Sua porcentagem em trilhos ferroviários, com uma estrutura perlítica ou predominantemente perlítica, pode variar de 0,60 a 0,82%. O aumento na taxa de carbono, aumenta a fração de perlita, melhorando a resistência ao desgaste, porém, diminuindo a resistência a propagação de trincas (SILVA, 1995).

Além do carbono, elementos de liga como manganês e silício, atuam no decrescimento da composição eutetóide do carbono, mantendo uma estrutura predominantemente perlítica e com valores de resistência à propagação de trinca por fadiga e de tenacidade mais adequados. O manganês, semelhantemente à adição de níquel, melhora a redutibilidade e reduz a quantidade de óxidos. Silício e vanádio funcionam como agentes de endurecimento e tungstênio aumenta a resistência a corrosão e refina o tamanho do grão (AGLAN, 2011; SILVA, 1995).

Classificar os diferentes tipos de trilhos em decorrência de acordo com o modo como foram fabricados e suas respectivas composições químicas, faz-se necessário devido a alta variedade de aços utilizados.

Existem trilhos que são classificados como trilhos comuns, também chamados de standard e os trilhos denominados premium que podem ser trilhos fabricados com aço ligado e/ou trilhos tratados termicamente. Os trilhos tratados termicamente apresentam endurecimento superficial.

As ferrovias participantes da International Heavy Haul Association (IHHA) adotaram a seguinte classificação:

Trilhos Super premium: são tratados termicamente e fabricados com ligas especiais, com dureza Brinell superior a 388HB;
Trilhos premium: são tratados termicamente e/ou fabricados com ligas especiais, com dureza Brinell entre 341 e 388HB;
Trilhos standard: não apresentam tratamento térmico ou adição de ligas especiais, dureza Brinell entre 300 a 340HB (MARICH, 1994).

Referências

AGLAN, H.A. Fatigue Crack Growth and Fracture Behavior of Bainitic Rail Steels. U.S. Department of Transportation (FRA). 2011.

GODEFROID, L. B., FARIA, G. L., CÂNDIDO, L. C., VIANA, T. G. Failure analysis of recurrent cases of fatigue fracture in flash butt welded rails. Engineering Failure Analysis.55:10.1016, 2015.

MARICH S. Major Advances in Rail Technologies Achieved in the Past 10-20 Years. p.485-97, 1994.

PORCARO, R. R.; LIMA, D. A. P.; FARIA, G. L.; GODEFROID, L. B.; CÂNDIDO, L. C. Microestrutura e Propriedades Mecânicas de um Aço para Trilhos Ferroviários Soldado por Centelhamento. 2016. Artigo Acadêmico. Universidade Federal de Ouro Preto.

SILVA, P. R. T. Caracterização de trilhos ferroviários quanto a tenacidade à fratura e comportamento em fadiga, 93p. Dissertação, Mestrado – PPGEMM Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, 1995.