NM360 مقابل NM400 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يعد فولاذا NM360 و NM400 من الفولاذ المقاوم للتآكل (AR) المهمين تجارياً والمستخدمين في قطاعات التعدين، وتحريك الأرض، والآلات الثقيلة، ومناولة المواد. يواجه المهندسون ومحترفو الشراء غالبًا معضلة اختيار كلاسيكية: اختيار درجة بتكلفة أقل وقابلية تشكّل أعلى مقابل درجة ذات صلادة أعلى تمد من عمر التآكل، لكنها قد تعقد عمليات التصنيع واللحام. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة تكلفة دورة الحياة (عمر التآكل وفترات الاستبدال) مقابل تعقيد التصنيع (تسخين ما قبل اللحام، المعالجة بعد اللحام)، وكذلك مطابقة المتانة لظروف الصدمات.

الاختلاف الأساسي بين NM360 و NM400 هو المستوى المستهدف للصلادة والآثار المترتبة على ذلك في العمليات التالية. كلاهما من الفولاذ عالي القوة ومنخفض السبائكية المصمم لمقاومة التآكل، ولكن يتم تحديد NM400 بدرجة صلادة أعلى من NM360، مما يؤثر على التشكيلة الكيميائية، والقابلية للتصلب، والخواص الميكانيكية، وممارسات التصنيع. بما أن الصلادة تتوافق ارتباطًا وثيقًا مع مقاومة التآكل وتغير متطلبات اللحام والتشكيل والمتانة، فإن المهندسين غالبًا ما يقارنون بين هذين النوعين عند تحسين عمر المعدات وقابلية التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الوطنية والصناعية الشائعة حيث تظهر درجات أو مواصفات مكافئة:
• المعايير الصينية (سلسلة NM): المستخدمة في سلاسل التوريد المحلية وبعض السلاسل الدولية (NM360, NM400).
• EN / ISO: غالبًا ما يُحدد الفولاذ المقاوم للتآكل حسب الصلادة (مثل مكافئات HARDOX) بدلاً من التسميات المباشرة واحدة لواحدة.
• JIS والمعايير الوطنية الأخرى: نهج مشابه، وغالباً ما يُشار إليها حسب الصلادة الاسمية.

• ASTM/ASME: لا توجد تسمية ASTM معيارية مباشرة لـ NM360/NM400؛ تُورد الفولاذات المقاومة للتآكل غالبًا وفق معايير خاصة أو معايير البائع، أو يُشار إليها حسب الصلادة والمتطلبات الكيميائية.

• تصنيف المواد:

• كلا من NM360 و NM400 من الفولاذ منخفض السبائكية، عالي القوة المقاوم للتآكل (ليست فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات). ويُعتبران عادة من نوع HSLA (فولاذ منخفض السبائكية عالي القوة) مصممان لتوفير بنية دقيقة مقاومة للتآكل من خلال التحكم في الكيمياء والمعالجة.

ملاحظة: قد تختلف الحدود الكيميائية والميكانيكية الدقيقة لدرجات NM حسب المنتج والمعيار الوطني؛ تأكد دائمًا من شهادة المصنع (MTC).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائكية

ملاحظة توضيحية: يقوم الموردون بتغيير التراكيب الكيميائية الدقيقة للوصول إلى صلادة مستهدفة (برينل) وتحقيق المتانة المطلوبة. عادةً ما يحتوي NM400 على تعديلات (كربون أعلى قليلاً و/أو سبائك دقيقة وعناصر سبائكية مسيطرة) لإنتاج سطح أكثر صلادة ومتانة بين النوع المارتنسيتي أو البينيتيسي بعد الدرفلة / المعالجة الحرارية.

تأثير السبائكية على الأداء: - الكربون وعناصر السبائكية (Cr, Mo, Mn, B) تزيد من قابلية التصلب والصلادة المحتملة، مما يحسن مقاومة التآكل الاحتكاكي. - السبائك الدقيقة (V, Nb, Ti) تصقل الحبيبات وتدعم التوازن بين القوة والمتانة. - زيادة الكربون أو قابلية التصلب قد تعزز خطر السلوك الهش وتفرض قيودًا على اللحام (حاجة لتسخين مسبق، مراقبة درجات الحرارة بين اللحامات، والمعالجة الحرارية بعد اللحام في الأجزاء السميكة).

3. البنية الدقيقة واستجابة المعالجة الحرارية

• البنى الدقيقة النموذجية:
• NM360 المدرفل والمطبع حراريًا: مزيج من المارتنزيت المقسّى، البينيت، وبعض الفيريت — مصمم لتوفير مزيج بين الصلادة والمتانة.

• NM400 المدرفل والمطبع حراريًا: نسبة أعلى من بنية مارتنسيتي/بينيتي وحبيبات أدق بسبب زيادة قابلية التصلب والسيطرة الحرارية الميكانيكية، مما ينتج صلادة أعلى.

• طرق المعالجة الحرارية والمعالجة:

• المطبع الحراري: يزيد من المتانة ويوحّد البنية الدقيقة؛ كلا الدرجتين تستجيب جيدًا للمطبع لتقليل الإجهادات المتبقية وتحسين المتانة.
• التبريد والتقسية: تستخدم بشكل انتقائي للأجزاء التي تتطلب صلادة سطحية أعلى؛ التقسية بالتبريد المباشر في الألواح السميكة محدودة بخطر التشققات — غالبًا ما تتم معايرة تركيبات NM400 للوصول إلى الصلادة المطلوبة بالدرفلة والتبريد المتحكم به بدلاً من المعالجات الحرارية بعد التبريد القاسية.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP): تستخدم شائعًا لتحقيق المزيج المطلوب من الصلادة والمتانة في إنتاج الألواح لكل من NM360 و NM400. تسمح TMCP بانخفاض محتوى الكربون لنفس الصلادة، مما يحسن قابلية اللحام والمتانة.

تأثيرات التصنيع: - قابلية التصلب الأعلى لـ NM400 تجعله أكثر حساسية لمعدلات التبريد؛ التبريد السريع يمكن أن يشكل مارتنزيت أكثر صلادة يتطلب تقسية لضبط المتانة. - NM360 الأقل كربونًا قد يكون أسهل في اللحام والتشكيل، لكنه قد يقدم عمر تآكل أقصر تحت نفس الظروف.

4. الخواص الميكانيكية

تفسير: - عادةً ما تكون NM400 ألواحًا أقوى وأكثر صلادة؛ وعادةً ما توفر مقاومة تآكل عالية بسبب الصلادة المتزايدة. - تميل NM360 إلى أن تكون أكثر ليونة وقد تظهر قابلية تشكّل ولحام أفضل مقارنة بـ NM400. - تعتمد القيم الفعلية لقوة الشد، وقوة الخضوع، والمتانة على سمك اللوح، والمعالجة الحرارية، والكيمياء المحددة للمورد؛ تحقق دائمًا من شهادات اختبار المصنع وشهادات المواد.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على التركيب الكيميائي (خاصة الكربون والمعادل الكيميائي) وسمك المكون والدورات الحرارية المتوقعة. يوجد مؤشرين تجريبيين شائعين:

• معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• معامل Pcm الدولي (أكثر تحفظًا لأخذ المعالجة الحرارية بعد اللحام في الاعتبار): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - قيم $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ الأعلى تشير إلى ميل أكبر لتكوين المارتينسيت الصلب في منطقة التأثير الحراري (HAZ)، وبالتالي زيادة خطر التشقق البارد—مما يتطلب تسخين مسبق، وضبط درجة حرارة التمرير بين اللحامات، وربما المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). - نظرًا لأن NM400 عادةً ما يستهدف صلادة أعلى وقابلية تقسية أعلى، فإن مكافئ الكربون فيه غالبًا ما يكون أعلى قليلاً من NM360؛ لذلك يمكن أن يكون NM400 أكثر تطلباً في اللحام، خاصة في الأجزاء السميكة. - الإرشادات العملية: - استخدم مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، وتسخين مسبق مناسب، وضبط درجات حرارة التمرير بين اللحامات لكلا الدرجتين عند السماكات الكبيرة. - في التركيبات الحرجة، أجرِ تأهيل إجراءات اللحام (WPQR) واختبارات ميكانيكية بعد اللحام (مثل صلابة HAZ). - حيثما أمكن، اختر درجات NM ذات تراكيب كيميائية منخفضة الكربون ومحسنة بالسبائك الدقيقة لتقليل تعقيدات اللحام.

6. المقاومة للتآكل وحماية السطح

• هذه الدرجات من NM ليست مقاومة للصدأ؛ مقاومة التآكل فيها تشبه الفولاذ منخفض السبائك أو الكربوني العادي. تشمل استراتيجيات حماية السطح:
• أنظمة الطلاء/التغليف (إيبوكسي، بوليوريثان) للحماية الجوية.
• التغليف بالغمس الساخن (التغليف بالزنك) يُستخدم أحيانًا للحماية من التآكل الجوي، لكن تغليف صفائح AR السميكة بالزنك ليس بالأمر السهل؛ لذا يُراعى حالة السطح والتفاوتات البُعدية.

• التقسية السطحية الميتالورجية أو اللحام التراكمي (مثل التكسية باللحام) للحماية من التآكل والتلف في بيئات خدمة محددة.

• PREN (رقم مكافئ مقاومة التآكل النخري) خاص بالسبائك المقاومة للصدأ ولا ينطبق على NM360/NM400. للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ يُستخدم PREN فقط عند تقييم المواد المقاومة للصدأ؛ أما درجات NM فتُقيّم من ناحية التآكل والتلف بشكل منفصل.

7. التصنيع، سهولة التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع:
• يمكن قطعا كلا الدرجتين بواسطة البلازما، أوكسية-وقود، أو الليزر؛ حيث أن الصلادة الأعلى في NM400 قد تزيد من تآكل الأدوات وتتطلب معلمات قطع أبطأ.
• التشكيل والثني:
• يتمتع NM360 بقابلية تشكّل وثني بارد أفضل؛ بينما يتطلب NM400 أنصاف أقطار انحناء أكبر وقد يحتاج إلى أدوات خاصة أو تسخين للانحناءات الضيقة.
• سهولة التشغيل (الميكانيكية):
• تقل سهولة التشغيل في NM400 بسبب الصلادة الأعلى؛ توقع تآكلاً أسرع للأدوات وربما معدلات تغذية أقل أو الحاجة لاستخدام أدوات كربيد.
• تشطيب السطح:
• الطحن، النفخ بالرمل (shot-blasting)، وتنعيم الأسطح شائعة؛ NM400 عادة ما يتطلب وسائل كاشطة أكثر عدوانية أو متينة.

نصيحة عملية: عند التشكيل أو الثني، قم بتجارب ميدانية وراعِ تأثير الارتداد (springback) واحتمالية التشقق—خصوصًا مع NM400 حيث قد تبدأ الشقوق في مناطق تقسية موضعية.

8. التطبيقات النموذجية

منطق الاختيار: - اختر NM360 عندما تكون سهولة التشكيل، سهولة اللحام، أو ميزة التكلفة الهامشية مهمة وحيث يكون نمط التآكل أقل شدة أو تأثراً بالصدمات أكثر من الاحتكاك الانزلاقي. - اختر NM400 عندما يسود التآكل الكاشط، ويمثل زيادة الصلادة وزيادة عمر الخدمة مبرراً لتكاليف الشراء والتصنيع الأعلى.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما يكون NM400 أغلى لكل طن مقارنة بـ NM360 بسبب التحكم الأكثر دقة في التركيب الكيميائي، والمعالجة للحصول على صلادة أعلى، وربما علاوة على الأداء المثبت في التآكل.
• التوافر: كلا الدرجتين متوفران على نطاق واسع من مصانع الصفائح وموزعي المعادن المتخصصين. قد يختلف التوافر حسب السماكة، العرض، وتشطيب الصفيحة إقليمياً—حيث قد يكون NM360 أكثر توفرًا في أحجام أوسع لتطبيقات التشكيل، بينما NM400 يُخزن عادةً بأحجام سماكة وقياس قياسية لقطع التآكل الثقيلة.
• شكل المنتج: الصفائح، البطانات المصنعة، وقطع الاستبدال المصنّعة شائعة؛ تعتمد أوقات التسليم والحد الأدنى للطلبات على المُصنع والطلب السوقي.

10. الملخص والتوصية

اختر NM360 إذا: - يتطلب تطبيقك سهولة تشكّل أو لحام أبسط (تكلفة تصنيع أقل). - تكون ظروف التآكل معتدلة أو سائدة بالصدمات حيث تلعب الدّوْنية والمتانة دورًا في تقليل الضرر. - يظهر نموذج التكلفة طوال العمر أن فترات الاستبدال تحت NM360 مقبولة.

اختر NM400 إذا: - التآكل الكاشط هو نمط الفشل الأساسي ومدة الخدمة الأطول حرجة. - يمكنك استيعاب ضوابط لحام وتشكيل أكثر صرامة وقبول تكلفة مبدئية أعلى مقابل تقليل فترات التوقف واستبدال الأجزاء. - تسمح قيود التصميم بأنصاف أقطار انحناء أكبر أو استراتيجيات تصنيع بديلة (مثل استخدام البطانات المثبتة بدلاً من التشكيل).

ملاحظة نهائية: يُفضل اختيار NM360 وNM400 بعد تقييم موقع الخدمة لتآكل الأسطح (احتكاك انزلاقي، خدوش، صدمات)، شكل القطع، وقدرات التصنيع. دائمًا اطلب شهادة اختبار المصنع (قيم كيميائية وميكانيكية) وعند لحام مكونات حرجة، قم بتأهيل إجراءات اللحام وتحقق من صلابة HAZ للدُفعة المحددة من الألواح.