NM360 مقابل NM400HB – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

NM360 و NM400HB هما درجتان من الفولاذ المقاوم للاحتكاك (AR) تُستخدمان على نطاق واسع في التعدين، والمحاجر، ومعدات نقل التربة، ومعدات التعامل مع الكتل. غالبًا ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين مقاومة التآكل، والصلابة، وقابلية اللحام، والتكلفة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب أن تقاوم قطعة ما تآكلًا شديدًا على حساب بعض المرونة، أو ما إذا كانت الصدمات المتكررة والإجهاد تتطلب مادة أكثر صلابة وأقل هشاشة.

التمييز التشغيلي الأساسي بين الاثنين هو صلابة الهدف والتوازن الناتج بين القوة مقابل الصلابة: يتم اختيار درجة واحدة لصلابة أقل قليلاً مع أداء أفضل في المرونة والصدمات، بينما يتم تحديد الأخرى لصلابة برينيل أعلى ومقاومة أفضل للاحتكاك. نظرًا لأن كلاهما يُسوّق لتطبيقات التآكل وغالبًا ما يتم إنتاجه بواسطة عدة مصانع تحت أسماء تجارية مشابهة، تركز المقارنات على استراتيجية الكيمياء، والهيكل الدقيق الناتج عن المعالجات الحرارية، والخصائص الميكانيكية، وقابلية اللحام، واعتبارات التصنيع العملية.

1. المعايير والتسميات

• السياقات الوطنية والدولية الشائعة حيث تظهر درجات مماثلة:
• GB (الصين): سلسلة NM (NM360، NM400، إلخ) — تُستخدم غالبًا في المعايير الصينية ومواصفات الموردين.
• EN (أوروبا): تُستخدم تسميات EN 1.XXX بشكل أقل شيوعًا للفولاذ المقاوم للاحتكاك؛ قد يتم إدراج درجات AR في معايير الموردين بدلاً من رقم EN واحد.
• JIS (اليابان): غالبًا ما يتم تحديد الفولاذ المقاوم للاحتكاك بأسماء تجارية للموردين بدلاً من رقم JIS واحد.
• ASTM/ASME (الولايات المتحدة الأمريكية): يُشار إلى الفولاذ المقاوم للاحتكاك عادةً باسم تجاري (مثل AR400، AR360) وبمعايير المنتجات للاختبار الصفيحي والصلابة.
• التصنيف: كل من NM360 و NM400HB هما فولاذان غير مقاومين للصدأ، منخفضا إلى متوسطا من سبائك الفولاذ عالي الصلابة تم صياغتهما بشكل أساسي كفولاذ مقاوم للاحتكاك (AR)؛ ليسا فولاذ أدوات أو فولاذ مقاوم للصدأ ومن الأفضل اعتباره فولاذ كربوني مقاوم للاحتكاك أو فولاذ سبائكي (اتجاهات HSLA للتحكم في القوة).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يختلف التركيب الكيميائي الدقيق لـ NM360 و NM400HB حسب المورد والمعيار الوطني. بدلاً من اقتباس قيم ثابتة، تلخص الجدول التالي استراتيجية السبائك النموذجية والوجود النسبي للعناصر الشائعة المستخدمة في الفولاذ المقاوم للاحتكاك من هذه الفئات الصلابة المستهدفة.

عنصر	الوجود النموذجي / الدور في NM360	الوجود النموذجي / الدور في NM400HB
C (الكربون)	منخفض إلى معتدل؛ يوفر القدرة على التصلب والقوة ولكن متوازن للصلابة	معتدل؛ أعلى قليلاً لتحقيق قدرة تصلب وصلابة أعلى
Mn (المنغنيز)	معتدل؛ إزالة الأكسدة، تقوية المحلول الصلب، يحسن القدرة على التصلب	معتدل إلى أعلى؛ يزيد من القدرة على التصلب وقوة الشد
Si (السيليكون)	قليل إلى معتدل؛ مزيل للأكسدة، يقوي الفريت	قليل؛ دور مشابه
P (الفوسفور)	محتفظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب) للصلابة	محتفظ به منخفضًا
S (الكبريت)	محتفظ به منخفضًا للصلابة؛ قد تساعد كبريتيدات المنغنيز في قابلية التشغيل	محتفظ به منخفضًا
Cr (الكروم)	غالبًا ما يكون موجودًا بكميات صغيرة أو يتم حذفه؛ يحسن القدرة على التصلب وخصائص التآكل	غالبًا ما يكون موجودًا كإضافات صغيرة لزيادة القدرة على التصلب ومقاومة التخمير
Ni (النيكل)	قليل أو لا يوجد؛ يُستخدم عندما تكون هناك حاجة لتحسين الصلابة عند درجات حرارة منخفضة	يستخدم أحيانًا بكميات صغيرة لتحسين الصلابة
Mo (الموليبدينوم)	أثر/منخفض؛ يزيد من القدرة على التصلب ومقاومة التخمير	أثر/منخفض؛ يُستخدم لزيادة القدرة على التصلب والقوة بعد التخمير
V (الفاناديوم)	أثر سبائك دقيقة؛ تحسين حجم الحبيبات عند وجوده	أثر سبائك دقيقة؛ تحسين حجم الحبيبات وتقوية الترسيب
Nb (النيوبيوم)	أثر سبائك دقيقة في بعض العمليات الحرارية الميكانيكية للتحكم في الحبيبات	أثر، عند تحديده
Ti (التيتانيوم)	أثر لإزالة الأكسدة والتحكم في الشوائب	أثر
B (البورون)	إضافات أثرية ممكنة لتعزيز القدرة على التصلب عند مستويات ppm	أثر ممكن في بعض المنتجات المعالجة حراريًا
N (النيتروجين)	منخفض؛ يتم التحكم فيه لحسابات الشوائب وCE/Pcm	منخفض

ملاحظات: توفر مواصفات الموردين أو المعايير الوطنية نطاقات دقيقة. تُستخدم إضافات صغيرة من Cr و Mo و V أو B عادةً لضبط القدرة على التصلب واستجابة التخمير؛ ومع ذلك، تكون هذه عادةً عند تركيزات منخفضة مطلقة. الاستراتيجية التركيبية الرئيسية هي موازنة الكربون والمنغنيز للقدرة على التصلب مع استخدام السبائك الدقيقة والإضافات الصغيرة للحفاظ على الصلابة وتحسين حجم الحبيبات.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يتحكم الكربون والمنغنيز بشكل أساسي في القدرة على التصلب والصلابة القابلة للتحقيق بعد التبريد/التخمير؛ إن زيادتهما ترفع الصلابة والقوة ولكن يمكن أن تقلل من المرونة وقابلية اللحام. - تعمل العناصر الدقيقة (V و Nb و Ti) على تحسين حجم حبيبات الأوستينيت السابقة وتساعد في القوة دون تضحيات كبيرة في الصلابة. - تزيد إضافات صغيرة من Cr و Mo من مقاومة التخمير، مما يحسن أداء التآكل عند درجات حرارة خدمة مرتفعة وتحت تأثير.

3. الهيكل الدقيق واستجابة المعالجة الحرارية

تعتمد الهياكل الدقيقة النموذجية للفولاذ المقاوم للاحتكاك المستهدف عند 360 HB و 400 HB بشكل كبير على المعالجة:

• NM360 (هدف صلابة أقل):
• الهيكل الدقيق النموذجي: مارتنسيت مقسى و/أو باينيت مع توزيع أكثر دقة من الكربيدات؛ قد تشمل الأوستينيت المحتفظ بها في بعض التركيبات.

• المعالجة: غالبًا ما يتم إنتاجه عن طريق الدرفلة الساخنة المنضبطة تليها التبريد والتخمير، أو عن طريق التبريد بالإضافة إلى التخمير مع تبريد أكثر اعتدالًا أو درجات حرارة تخمير أقل لتحقيق توازن بين الصلابة والصلابة. يمكن أن تنتج الدرفلة الحرارية الميكانيكية هياكل باينيتية دقيقة مع صلابة محسنة.

• NM400HB (هدف صلابة أعلى):

• الهيكل الدقيق النموذجي: نسبة أعلى من المارتنسيت ومكونات باينيتية أكثر صلابة؛ يعتمد توزيع الكربيدات والأوستينيت المحتفظ بها على كيمياء الفولاذ ومعدل التبريد.
• المعالجة: تتطلب تبريدًا أقوى أو تخميرًا أقل للوصول إلى صلابة برينيل أعلى؛ يستخدم بعض المنتجين إضافات سبائكية (Cr و Mo و B) لزيادة القدرة على التصلب بحيث يمكن أن تحقق الأقسام الأكثر سمكًا صلابة أعلى موحدة. يتم ضبط دورات التبريد والتخمير للحد من الهشاشة.

أثر طرق المعالجة الحرارية: - التطبيع: يحسن حجم الحبيبات وغالبًا ما يُحدد كمعالجة مسبقة ولكنه لن يصل إلى أهداف الصلابة النهائية بمفرده. - التبريد والتخمير: الطريق الرئيسي لتحقيق مستويات الصلابة المحددة؛ تتحكم درجة حرارة التخمير في توازن الصلابة والصلابة. - الدرفلة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المنضبطة): يمكن أن تنتج هياكل دقيقة باينيتية/مخمرة مع صلابة ممتازة عند صلابة معينة، مما يحسن مقاومة الصدمات مقارنة بالفولاذ المخمر ذو الحبيبات الخشنة.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية الدقيقة على التركيب والمعالجة الحرارية وسمك اللوحة. الجدول أدناه يعطي سلوكًا مقارنًا بدلاً من أرقام مضمونة واحدة؛ تعكس قيم الصلابة هدف الدرجة.

الخاصية	NM360 (السلوك النموذجي)	NM400HB (السلوك النموذجي)
قوة الشد	معتدلة إلى عالية؛ كافية لأجزاء التآكل؛ أقل من NM400HB عند إنتاج كلاهما وفقًا لمواصفات الصلابة	قوة شد أعلى تتماشى مع صلابة أعلى
قوة الخضوع	معتدلة؛ تعتمد على المعالجة الحرارية	قوة خضوع أعلى
التمدد (المرونة)	مرونة/تمدد أعلى مقارنة بـ NM400HB	تمدد أقل بسبب الصلابة الأعلى
صلابة التأثير	صلابة تأثير وكسر أفضل عند سمك مماثل	صلابة تأثير أقل ما لم يتم تحسين الكيمياء والمعالجة الحرارية
الصلابة (برينيل)	تقريبًا في نطاق 350–370 HB (هدف اسم الدرجة)	تقريبًا 400 HB هدف (تشير التسمية إلى صلابة HB أعلى)

التفسير: - سيكون NM400HB عادةً أقوى ويقدم مقاومة أفضل للاحتكاك بسبب الصلابة الأعلى، ولكن هذا يأتي على حساب المرونة ومقاومة الصدمات ما لم يتم التخفيف من ذلك من خلال كيمياء دقيقة ومعالجة حرارية ميكانيكية. - يوفر NM360 توازنًا أكثر ملاءمة عندما تتعرض الأجزاء لتأثيرات مشتركة واحتكاك أو عندما تكون هناك حاجة للتشويه والتشكيل قبل الخدمة.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام للفولاذ المقاوم للاحتكاك على المعادل الكربوني (القدرة على التصلب) ومحتوى السبائك الدقيقة؛ تزيد الأقسام الأكثر سمكًا والقدرة على التصلب الأعلى من خطر تشقق منطقة اللحام والهشاشة. تعتبر الصيغ التنبؤية الشائعة مفيدة للتفسير النوعي:

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

و

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• التفسير: تشير القيم الأعلى من $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى خطر أكبر لمناطق التأثير الصلبة والهشة (HAZ) والحاجة إلى التسخين المسبق، والتحكم في درجة حرارة التداخل، أو المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT).
• قابلية اللحام النسبية: عادةً ما يكون NM360 أسهل في اللحام من NM400HB بسبب هدفه المنخفض من الكربون/القدرة على التصلب؛ قد يتطلب NM400HB ممارسات لحام أكثر صرامة، ومدخل حرارة أقل، وتسخين مسبق، أو علاجات تليين في HAZ للأقسام الأكثر سمكًا.
• إرشادات عملية: استخدم مواد لحام منخفضة الهيدروجين، تحكم في درجة حرارة التداخل، واعتبر PWHT أو تخمير ما بعد اللحام للألواح الأكثر سمكًا أو في الخدمة الشاقة. يُوصى بإجراءات لحام مسبقة التأهيل للمكونات الحرجة.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من NM360 و NM400HB هما فولاذان كربونيان/سبائكيان غير مقاومين للصدأ ولديهما مقاومة تآكل أساسية قابلة للمقارنة؛ لا تناسب البيئات التآكلية بدون حماية.
• استراتيجيات الحماية الشائعة: الطلاء، أنظمة الطلاء الأولية، التغطية المعدنية، أو الغلفنة بالغمر الساخن حيثما كان ذلك مناسبًا. بالنسبة للأجزاء المعرضة للتآكل، يجب أن تكون الطلاءات الواقية متوافقة مع الاحتكاك؛ نادرًا ما تبقى الطلاءات التضحية على قيد الحياة في الخدمة الشاقة لفترة طويلة.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للإشارة عند النظر في السبائك المقاومة للصدأ، يستخدم المرء: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• توضيح: يتم تحديد اختيار حماية التآكل من خلال التعرض البيئي وتوقعات عمر الخدمة؛ غالبًا ما يتم اختيار مواد أكثر سمكًا ودورات استبدال مخطط لها للخدمات الشديدة التآكل والتآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: تزيد صلابة NM400HB من تآكل الأدوات؛ غالبًا ما تتطلب الألواح المقاومة للاحتكاك أدوات كربيد أو سيراميك وسرعات قطع أبطأ مقارنة بالفولاذ الهيكلي الأكثر ليونة.
• الانحناء/التشكيل: NM360، بصلابته الأقل ومرونته الأعلى، أسهل في الانحناء أو التشكيل البارد. NM400HB لديه قابلية تشكيل أقل؛ قد يؤدي الانحناء إلى تشقق ما لم يتم استخدام أنصاف أقطار انحناء أكبر أو تقنيات تشكيل دافئة.
• قابلية التشغيل: كلاهما أصعب في التشغيل من الفولاذ العادي؛ NM400HB عمومًا أكثر تحديًا. يجب أن تأخذ اختيار المواد الاستهلاكية والأدوات في الاعتبار تآكل الاحتكاك والهيكل الدقيق الأكثر صلابة.
• التشطيب: الطحن والتشطيب السطحي أكثر كثافة على NM400HB؛ يجب أن يتوقع اختيار المواد الكاشطة وتكرار التشكيل تآكل أسرع لوسائط الطحن.

8. التطبيقات النموذجية

NM360 (الاستخدامات النموذجية)	NM400HB (الاستخدامات النموذجية)
بطانات دلو لللودرات حيث يتواجد التأثير والاحتكاك معًا	بطانات الكسارات وشرائط الغربلة حيث يهيمن الاحتكاك الشديد
بطانات القنوات والصناديق حيث يحدث تآكل احتكاكي معتدل وتأثير عرضي	ألواح تآكل في الناقلات والمطاحن عالية الاحتكاك حيث تزيد الصلابة من العمر الافتراضي
مكونات معدات نقل التربة التي تتطلب بعض القابلية للتشكيل في التصنيع	أسطح عالية التآكل يتم تشكيلها مسبقًا ولحامها في التجميعات
ألواح الفرز وبطانات خفيفة إلى متوسطة	تطبيقات حيث يتطلب الحد الأقصى من عمر الخدمة ضد الاحتكاك وتكون تكلفة الاستبدال مرتفعة

مبررات الاختيار: - اختر NM360 حيث تتطلب الأجزاء توازنًا بين مقاومة الاحتكاك والصلابة، أو حيث تحدث عمليات التصنيع (الانحناء، التشكيل) قبل التركيب. - اختر NM400HB حيث تكون مقاومة الاحتكاك القصوى هي الأولوية ويتم تصميم الأجزاء وتصنيعها لتجنب التأثير أو الحمل الكارثي.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون NM400HB أغلى مقارنة بـ NM360 لأن تحقيق صلابة أعلى يتطلب عادةً تحكمًا أكثر دقة في الكيمياء، ومعالجة أكثر (تبريد/تخمير منضبط)، ومحتوى سبائكي أعلى أو معالجة حرارية ميكانيكية. ومع ذلك، تختلف الفروقات في التكلفة حسب المصنع والمنطقة وحجم اللوحة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في شكل ألواح من الموردين الرئيسيين، مع أحجام المخزون وأوقات التسليم تعتمد على الطلب في السوق وقدرة المصنع. غالبًا ما تكون متغيرات NM360 أكثر شيوعًا في التطبيقات المختلطة؛ يتم إنتاج NM400 (HB) حيث تطلب الأسواق ألواح AR ذات صلابة أعلى.
• أشكال المنتجات: متاحة كألواح، بطانات مصنعة، وأحيانًا كتركيبات ملحومة أو أجزاء مغطاة؛ قد تزيد الأحجام المتخصصة أو التسامحات الصلابة الضيقة من وقت التسليم والتكلفة.

10. الملخص والتوصية

المعيار	NM360	NM400HB
قابلية اللحام	أفضل (خطر أقل من القدرة على التصلب)	أكثر تطلبًا (خطر أعلى من تشقق HAZ)
توازن القوة والصلابة	صلابة ومرونة أفضل عند صلابة العمل	صلابة/قوة أعلى؛ مرونة أقل ما لم يتم تحسينها
التكلفة (نسبية)	عادةً أقل	عادةً أعلى بسبب معالجة الصلابة الأعلى

اختر NM360 إذا: - كانت المكونة ستتعرض لتأثيرات مشتركة واحتكاك، حيث تكون الصلابة والمرونة حاسمة. - كانت الأجزاء تتطلب الانحناء، أو التشكيل البارد، أو تصنيعًا أكثر بساطة. - كانت قابلية اللحام ومتطلبات التسخين المسبق/PWHT الأقل مفضلة. - كانت تكلفة المواد المنخفضة قليلاً وسهولة التشغيل من الأولويات.

اختر NM400HB إذا: - كانت مقاومة الاحتكاك هي المتطلب الأساسي وستزيد صلابة برينيل الأعلى بشكل ملحوظ من عمر الخدمة. - تم تصميم الجزء وتصنيعه لتجنب التأثير الشديد أو الكسر الهش (مثل بطانات التآكل القابلة للاستبدال، التجميعات الملحومة أو المثبتة بالبراغي المخطط لها للخدمة الشاقة). - يمكن أن يستوعب المشروع ضوابط لحام أكثر صرامة، ومعالجة/تشطيب أكثر كثافة، وتكاليف مواد أعلى محتملة مقابل عمر تآكل أطول.

ملاحظة نهائية: نظرًا لأن النطاقات الكيميائية الفعلية، وجداول المعالجة الحرارية، والضمانات الميكانيكية تختلف بين الموردين، يجب على المهندسين طلب شهادات المصنع وتحديد إجراءات اللحام والاختبارات الميكانيكية للدفعة المحددة من الألواح والسماكة المقترحة للتطبيقات الحرجة. يجب أن يوازن اختيار المواد بين تكلفة دورة الحياة، وملاءمة التصنيع، وبيئة الخدمة بدلاً من الاعتماد على اسم الدرجة فقط.