NM400 مقابل NM360 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
NM360 و NM400 هما نوعان من الفولاذ المقاوم للاهتراء المعالج بالحرارة والمستخدم على نطاق واسع، تم إنتاجهما لتطبيقات حيث تعتبر مقاومة التآكل متطلبًا أساسيًا. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار بين هذين النوعين: الموازنة بين زيادة الصلابة وعمر الاستخدام مقابل قابلية اللحام، وقابلية التشكيل، والتكلفة. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة لفحص أجزاء الاهتراء في التعدين والمحاجر (حيث تكون مقاومة التآكل القصوى مطلوبة) مقابل اختيار مادة لتطبيقات حيث تكون القدرة على التصنيع والصلابة عند الصدمات أكثر أهمية من الصلابة المطلقة.
التمييز العملي الرئيسي بين الدرجتين هو أن NM400 مصمم لتقديم صلابة ومقاومة للاهتراء أعلى من NM360. يتم تحقيق هذا الاختلاف بشكل أساسي من خلال زيادة معتدلة في الكربون و/أو السبائك ومن خلال التحكم الأكثر دقة في المعالجة الحرارية والمعالجة الميكانيكية. تؤدي المقايضات الناتجة إلى المقارنات الشائعة التي تتم أثناء التصميم والمشتريات.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الوطنية والدولية الشائعة حيث يمكنك العثور على الفولاذ المقاوم للاهتراء وما يعادله:
- GB (الصين): NM360 و NM400 هما تسميات صينية تستخدم عادة في معايير GB/T للفولاذ المقاوم للاهتراء.
- EN (أوروبا): غالبًا ما يقارن بالفولاذ المقاوم للاهتراء المعين بـ EN (مثل AR/Hardox)، على الرغم من أن المطابقة المباشرة تتطلب التحقق من الكيمياء والصلابة.
- JIS (اليابان): لديه تسميات خاصة به للفولاذ المقاوم للاهتراء.
- ASTM/ASME (الولايات المتحدة الأمريكية): لا توجد أسماء مباشرة لسلسلة NM؛ يتم تعيين المعادلات النموذجية حسب الصلابة أو الدرجة الوظيفية (مثل AR400).
- التصنيف: كل من NM360 و NM400 هما فولاذان كربونيان مقاومان للاهتراء عاليي القوة ومنخفضي السبيكة (HSLA) يتم إنتاجهما عن طريق التبريد والمعالجة الحرارية (فولاذ كربوني/منخفض السبيكة المعالج بالحرارة)، وليس فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تلخص الجدول التالي العناصر التركيبية المعتادة لفولاذ NM المقاوم للاهتراء. بدلاً من القيم الرقمية من مصدر واحد (التي تختلف حسب المنتج والمعيار)، يستخدم الجدول وجود أو مستوى نسبي نوعي يعكس الممارسات النموذجية للموردين.
| عنصر | NM360 (نموذجي) | NM400 (نموذجي) | الدور / الملاحظات |
|---|---|---|---|
| C (الكربون) | متوسط (أقل من NM400) | متوسط–عالي (أعلى من NM360) | المساهم الرئيسي في الصلابة والصلابة؛ زيادة C تعزز القوة/الصلابة ولكن تقلل من قابلية اللحام والليونة. |
| Mn (المنغنيز) | متوسط | متوسط–عالي | تعزيز، صلابة، وإزالة الأكسدة؛ الكثير منها يزيد من CE. |
| Si (السيليكون) | منخفض–أثر | منخفض–أثر | مزيل للأكسدة؛ تصلب حل صلب طفيف. |
| P (الفوسفور) | أثر / منخفض تحت السيطرة | أثر / منخفض تحت السيطرة | شوائب؛ تبقى منخفضة من أجل المتانة. |
| S (الكبريت) | أثر / منخفض تحت السيطرة | أثر / منخفض تحت السيطرة | شوائب؛ يتم التحكم بها لتجنب الهشاشة ومشاكل التشغيل. |
| Cr (الكروم) | أثر–منخفض | أثر–منخفض إلى منخفض | يحسن من الصلابة ومقاومة المعالجة الحرارية. |
| Ni (النيكل) | أثر | أثر | تعزيز عند درجات حرارة منخفضة عند وجوده. |
| Mo (الموليبدينوم) | أثر–منخفض | أثر–منخفض | يزيد من الصلابة واستقرار المعالجة الحرارية. |
| V (الفاناديوم) | أثر | أثر | سبائك دقيقة لتحسين الحبيبات، وزيادة القوة. |
| Nb (النيوبيوم) | أثر | أثر | تحسين الحبيبات، وتحسين المتانة إذا كان موجودًا. |
| Ti (التيتانيوم) | أثر | أثر | إزالة الأكسدة وتحسين الحبيبات. |
| B (البورون) | أثر (أحيانًا) | أثر (أحيانًا) | كميات صغيرة جدًا تزيد بشكل كبير من الصلابة إذا كانت موجودة. |
| N (النيتروجين) | أثر | أثر | تحت السيطرة؛ يتفاعل مع عناصر السبائك الدقيقة. |
كيف تؤثر السبائك على الأداء - الصلابة والقوة: عناصر مثل C و Mn و Cr و Mo وإضافات صغيرة من B/Nb/V تزيد من قدرة الفولاذ على تشكيل المارتنسيت/الباينيت عند التبريد، مما يزيد من الصلابة وقوة الشد. - المتانة: مستويات الشوائب المنخفضة (P و S) وإضافات السبائك الدقيقة بعناية (Nb و V و Ti) بالإضافة إلى المعالجة الحرارية المحسنة تحافظ على المتانة عند الصدمات. - التآكل: هذه ليست فولاذات مقاومة للصدأ؛ التركيز على السبائك هنا ليس على مقاومة التآكل.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية لفولاذ NM بعد الدرفلة الساخنة هي الفريت–البرليت أو الباينيت-الفريت حسب التركيب ومعدل التبريد. يتم إنتاج الخصائص النهائية من خلال التبريد والمعالجة الحرارية تحت السيطرة أو المعالجة الحرارية الميكانيكية تحت السيطرة (TMCP).
- NM360: مصمم لتحقيق توازن بين الصلابة والمتانة. بعد التبريد والمعالجة الحرارية، تحتوي البنية المجهرية عادةً على مارتنسيت معالج و/أو باينيت أقل مع تشتت كربيد ناعم. ينتج عن انخفاض محتوى الكربون والسبائك مقارنة بـ NM400 ليونة محتفظ بها أعلى قليلاً واستجابة معالجة حرارية أسهل بشكل عام.
- NM400: يستهدف بنية مجهرية أكثر صلابة ومقاومة للاهتراء—عادةً مارتنسيت معالج بكثافة تشوه أعلى وترسيب كربيد أدق. يزيد محتوى الكربون الأعلى والسبائك أو السبائك الدقيقة تحت السيطرة من الصلابة، مما يمكّن من تحقيق صلابة أعلى لسمك معين بعد التبريد والمعالجة الحرارية أو TMCP.
آثار المعالجة الحرارية - التطبيع: ينقي الحبيبات ويزيد قليلاً من القوة والصلابة ولكنه غير كافٍ بمفرده للوصول إلى صلابة الاهتراء المستهدفة—عادةً ما يتبعه التبريد والمعالجة الحرارية لكلتا الدرجتين. - التبريد والمعالجة الحرارية: ينتج التركيبة المرغوبة من الصلابة والمتانة. زيادة درجة حرارة المعالجة الحرارية تقلل من الصلابة ولكن تحسن المتانة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMCP): يمكن أن تنتج بنى مجهرية دقيقة الحبيبات من الباينيت/المارتنسيت مع متانة ممتازة عند صلابة عالية، وهو أمر مهم بشكل خاص للألواح السميكة لتجنب المناطق الصلبة المفرطة.
4. الخصائص الميكانيكية
تتميز الخصائص الميكانيكية لـ NM360 و NM400 بشكل أساسي من خلال هدف الصلابة. غالبًا ما تكون الصلابة هي المقياس المحدد للأداء لأن عمر الاستخدام يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالصلابة في العديد من ظروف التآكل.
| الخاصية | NM360 (نموذجي) | NM400 (نموذجي) |
|---|---|---|
| الصلابة | ~360 HBW الهدف | ~400 HBW الهدف |
| قوة الشد | عالية | أعلى من NM360 |
| قوة الخضوع | عالية | أعلى من NM360 |
| التمدد (الليونة) | أفضل من NM400 | مخفضة قليلاً مقارنة بـ NM360 |
| صلابة التأثير | جيدة (متوازنة) | جيدة، ولكن قد تكون أقل قليلاً عند السماكة/المعالجة الحرارية المعادلة بسبب الصلابة الأعلى |
التفسير - NM400 أقوى وأصلب عمدًا من NM360، مما يمنح مقاومة محسنة للاهتراء عند تكلفة بعض الليونة وقد تكون المتانة أقل إذا لم تتم معالجته بعناية. - تعتمد درجة المقايضة على السماكة، والمعالجة الحرارية، والتركيب الكيميائي الدقيق؛ يمكن أن تقلل TMCP الحديثة والسبائك الدقيقة من هذه المقايضات.
5. قابلية اللحام
تتحكم قابلية اللحام بشكل أساسي في محتوى الكربون، والسبائك، والصلابة. تزيد محتويات الكربون والسبائك الأعلى من خطر التشقق البارد وتتطلب ضوابط أكثر صرامة في التسخين المسبق والتحكم في الفواصل.
مقاييس الكربون المعادلة المفيدة: - معادلة الكربون المعادل IIW (مؤشر قابلية اللحام النوعي): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - معادلة Pcm لمعهد اللحام الدولي (لإرشادات التسخين المسبق): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
التفسير النوعي - NM400، بمحتواه الأعلى من الكربون/السبائك وهدف الصلابة، سيكون عادةً له $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أعلى من NM360، مما يشير إلى إجراءات لحام أكثر تقييدًا (تسخين مسبق أعلى، تبريد بين الفواصل أبطأ، استخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين). - تدابير التخفيف: التحكم في درجات حرارة التسخين المسبق والفواصل، مطابقة أو تجاوز المعادن المالئة مع متانة كافية، المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) عند الحاجة، والتحكم الصارم في الرطوبة للحد من الهيدروجين القابل للانتشار. - بالنسبة للتصنيع الثقيل، يجب تأهيل إجراءات اللحام لسمك اللوحة والدرجة لتجنب تصلب منطقة HAZ وقابلية التشقق البارد.
6. التآكل وحماية السطح
- غير مقاوم للصدأ: كل من NM360 و NM400 هما فولاذان كربونيان/منخفضي السبيكة غير مقاومين للصدأ. لم يتم تصميمهما لمقاومة التآكل.
- خيارات حماية السطح: الجلفنة (الغمر الساخن أو الطلاء المسبق)، الطلاءات الواقية، الطلاءات المسحوقة، والطلاءات التضحية. لاحظ أن الجلفنة أو الطلاءات الحرارية المكثفة يمكن أن تؤثر على صلابة السطح أو تقدم ضغوط موضعية؛ اعتبر توافق عملية الطلاء مع الصلابة النهائية ومتطلبات الاهتراء.
- PREN: رقم مقاومة التآكل، $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ غير قابل للتطبيق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ؛ يجب معالجة حماية التآكل من خلال اختيار الطلاء واستراتيجيات الحماية الكاثودية حسب الاقتضاء.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل: NM400 أصعب في التشغيل من NM360 بسبب الصلابة والقوة الأعلى؛ تزداد تآكل الأدوات. استخدم أدوات كربيد، معدلات تغذية مخفضة، ومعلمات قطع محسنة. يمكن أن يكون التشغيل المسبق قبل المعالجة الحرارية النهائية مفيدًا.
- قابلية التشكيل: التشكيل البارد محدود لكلتا الدرجتين مقارنة بالفولاذات اللينة منخفضة الكربون؛ تقدم NM360 قابلية انحناء أفضل من NM400. حيثما يتطلب الأمر تشكيلًا معقدًا، شكل في حالة أكثر ليونة قبل التبريد والمعالجة الحرارية النهائية أو استخدم مسارات حرارية/ميكانيكية تحسن من قابلية التشكيل.
- الانضمام والتجميع: الربط الميكانيكي شائع في التطبيقات حيث يمكن أن يؤثر اللحام على الأداء المحلي للاهتراء؛ اعتبر التجميعات الملولبة مع أجزاء مقاومة للاهتراء قابلة للاستبدال.
8. التطبيقات النموذجية
| استخدامات NM360 | استخدامات NM400 |
|---|---|
| هياكل الشاحنات والمقطورات، بطانات مع تآكل معتدل | بطانات الكسارات، دلو ثقيل وأسنانه في التعدين |
| المزالق، الصناديق، والناقلات لتآكل متوسط | ألواح الاهتراء في الكسارات الأولية، مطاحن الطحن حيث يكون التآكل شديدًا |
| مكونات زراعية، شاشات، وشفرات | حواف دلو الحفارات واللودرات، أجزاء مقاومة للاهتراء الثقيلة مع بطانات قابلة للاستبدال |
| مكونات الناقلات ذات التآكل المعتدل | تطبيقات التعدين ذات التآكل العالي والتأثير العالي التي تتطلب عمر استخدام أطول |
مبررات الاختيار - اختر NM360 عندما تكون مقاومة التآكل المعتدلة، والليونة/قابلية التشكيل الأفضل، وسهولة اللحام هي الأولويات أو عندما تكون الأجزاء أرق والأحمال التأثيرية معتدلة. - اختر NM400 حيث يبرر تمديد العمر تحت تآكل شديد تكاليف المواد والمعالجة الأعلى وحيث يمكن أن تتكيف طرق التصنيع مع ضوابط اللحام/التشكيل الأكثر صرامة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: NM400 عمومًا أغلى لكل كيلوغرام من NM360 بسبب أهداف السبيكة/الصلابة الأعلى والمعالجة الأكثر صرامة. تعتمد التكلفة الحقيقية على المورد، وسمك اللوحة، وتناسق المعالجة الحرارية.
- التوافر: كلا الدرجتين متاحتان عادةً في شكل ألواح من كبار منتجي الفولاذ؛ ومع ذلك، قد يكون للوحة ذات صلابة عالية جدًا في سماكات كبيرة أوقات تسليم أطول أو مخزون محدود. قد يكون NM360 متاحًا بشكل أكبر في مجموعة واسعة من السماكات والأبعاد.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص
| المعيار | NM360 | NM400 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل (CE أقل) | أكثر تحديًا (CE أعلى) |
| توازن القوة–المتانة | متوازن (ليونة أفضل) | قوة وصلابة أعلى، ليونة أقل قليلاً |
| التكلفة | أقل | أعلى |
التوصية - اختر NM400 إذا كنت بحاجة إلى أقصى مقاومة للاهتراء ومدة استخدام أطول في الخدمة الشديدة (مثل حفر الصخور، التكسير الأولي، مكونات التعدين الثقيلة) ويمكنك التكيف مع إجراءات اللحام/التشكيل الأكثر تقييدًا وتكاليف المواد الأعلى. - اختر NM360 إذا كنت بحاجة إلى توازن بين مقاومة التآكل مع قابلية لحام أفضل، وقابلية تشكيل، وتكلفة أولية أقل—مناسب للناقلات، وهياكل الشاحنات، والمزالق، وأجزاء الاهتراء المتوسطة.
ملاحظة ختامية عند تحديد أي من الدرجتين، اطلب شهادات المورد التي تفصل التركيب الكيميائي والصلابة، واطلب تأهيل إجراءات اللحام (PQR/WPS) للسمك وظروف الخدمة المقصودة، واعتبر تصميم أجزاء الاهتراء لتكون قابلة للاستبدال لتحسين تكلفة دورة الحياة.