NM400 مقابل NM450HB – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

NM400 و NM450HB هما تصنيفين من الفولاذ الهيكلي المقاوم للتآكل يُعتبران عادةً لمكونات معرضة للاحتكاك والتآكل الكاشط - مثل البطانة، والدلاء، والصناديق، وأجزاء الكسارات. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بوزن التبادلات بين مقاومة التآكل، والقوة، وقابلية اللحام، والتكلفة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة الحد الأقصى لعمر الخدمة (مقاومة التآكل) مقابل تعقيد التصنيع (اللحام، والتشكيل) والصلابة العامة للمكون تحت التأثير.

الفرق العملي الرئيسي بين هذين الصنفين هو أن NM450HB مصمم ومُسلم لصلابة أعلى (وبالتالي عمومًا قوة ومقاومة تآكل أعلى) من NM400، مما ينتج عنه هياكل مجهرية ومتطلبات معالجة مختلفة. نظرًا لأن كلاهما مصمم كفولاذات عالية القوة ومقاومة للتآكل (غالبًا ما يتم إنتاجها من خلال الدرفلة المسيطر عليها وعمليات التبريد والتقسية أو التبريد المباشر)، يتم مقارنتهما بشكل متكرر عند تحديد الأجزاء للخدمة الشديدة.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الشائعة حيث تظهر فولاذات NM:
• GB/T (الصين): سلسلة NM (مثل NM400). هذه عادةً فولاذات مقاومة للتآكل يتم تحديدها حسب الصلابة الاسمية.
• JIS (اليابان) و EN (أوروبا) توفر مفاهيم مكافئة (فولاذات مقاومة للتآكل بناءً على الصلابة) ولكن تستخدم تسميات مختلفة (مثل فولاذات AR (مقاومة للتآكل)، وفئات صلابة HBW).
• ASTM/ASME: لا يوجد تصنيف "NM" واحد؛ تغطي معايير ASTM التسمية للفولاذات المعالجة بالتبريد والتقسية، والفولاذات المقاومة للتآكل، أو تحد من الخصائص الميكانيكية حسب المواصفات.
• قد يقوم المنتجون الأفراد بتسمية درجات ملكية بأسماء مشابهة (مثل، يشير ترقيم HB إلى صلابة برينيل المستهدفة).
• فئة المواد: كل من NM400 و NM450HB هما فولاذات هيكلية عالية القوة ومقاومة للتآكل - ليست فولاذات مقاومة للصدأ ولا فولاذات أدوات تقليدية. عادةً ما يتم تصنيفها كفولاذات معالجة بالتبريد والتقسية أو فولاذات كربونية-منغنيز مُعالجة بالميكرو.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تصف الجدول التالي العناصر السبائكية النموذجية ووجودها النسبي في NM400 و NM450HB. تختلف النطاقات الدقيقة حسب المنتج والمعيار؛ استشر شهادات المصنع للحصول على كيمياء دقيقة.

العنصر	NM400 (نموذجي)	NM450HB (نموذجي)	تعليق
C	منخفض–متوسط	منخفض–متوسط (قد يكون مشابهًا أو أقل قليلاً)	يوفر الكربون القوة/الصلابة الأساسية ولكنه يُحافظ عليه تحت السيطرة للحفاظ على قابلية اللحام.
Mn	متوسط	متوسط–مرتفع	يعزز المنغنيز القابلية للتصلب وقوة الشد؛ يساعد المنغنيز الأعلى في مقاومة التآكل.
Si	منخفض–متوسط	منخفض–متوسط	يساعد السيليكون في إزالة الأكسدة ويمكن أن يساهم في القوة.
P	أثر	أثر	يُحافظ عليه في الحد الأدنى من أجل الصلابة وقابلية اللحام.
S	أثر	أثر	يفضل الكبريت المنخفض لتجنب الهشاشة وتحسين الصلابة.
Cr	أثر–منخفض	أثر–منخفض	يمكن أن تحسن إضافات الكروم الصغيرة القابلية للتصلب ومقاومة التقسية.
Ni	أثر–منخفض	أثر–منخفض	نادر في فولاذات NM الأساسية؛ يستخدمها بعض المصانع لتحسين الصلابة.
Mo	أثر–منخفض	أثر–منخفض	يزيد الموليبدينوم من القابلية للتصلب ومقاومة التقسية إذا كان موجودًا.
V, Nb, Ti	ميكروسبائك (أثر)	ميكروسبائك (أثر)	تعمل الميكروسبائك على تنقية الحبوب وتقوية عبر الترسيب؛ تُستخدم بشكل انتقائي.
B	أثر (نادر)	أثر (نادر)	يمكن أن يزيد البورون الصغير بشكل ملحوظ من القابلية للتصلب عند التحكم.
N	أثر	أثر	يتم التحكم في النيتروجين لتجنب الهشاشة.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون والمنغنيز هما المساهمان الرئيسيان في الصلابة والقابلية للتصلب. التحكم في الكربون هو توازن: كافٍ للقوة ولكن محدود لقابلية اللحام. - تعمل العناصر الميكروسبائكية (V، Nb، Ti) على تنقية حجم حبوب الأوستينيت السابقة وتحسين توازن قوة العائد–الصلابة دون كربون مفرط. - تحسن الإضافات الصغيرة من الكروم والموليبدينوم (عند وجودها) القابلية للتصلب ومقاومة التقسية، مما يساعد على الاحتفاظ بالصلابة في الأقسام الأكثر سمكًا.

3. الهيكل المجهرى واستجابة المعالجة الحرارية

الهياكل المجهرية والاستجابات النموذجية:

• NM400:
• غالبًا ما يتم تزويدها بعد التبريد والتقسية أو الدرفلة المسيطر عليها + التقسية. يتكون الهيكل المجهرى عادةً من مارتنسيت مقسى، باينيت، أو مزيج من مارتنسيت مقسى/باينيت حسب معدل التبريد والسبائك.
• مع قابلية تصلب معتدلة، قد تظهر الأقسام الأكثر سمكًا هياكل مجهرية مختلطة (باينيت + مارتنسيت)، مما يساعد على الصلابة.

• يمكن أن يؤدي التطبيع يليه التقسية إلى إنتاج هيكل مجهرى متجانس لتحسين الصلابة عند صلابة أقل قليلاً.

• NM450HB:

• مستهدف لصلابة برينيل أعلى؛ يتم تحقيق ذلك من خلال قابلية تصلب أعلى (من خلال السبائك والمعالجة) وجداول تبريد وتقسية أكثر عدوانية أو تبريد مباشر.
• يميل الهيكل المجهرى إلى أن يكون نسبة أعلى من المارتنسيت أو باينيت ناعم جدًا. كلما كانت بنية المارتنسيت أدق وكلما كانت التقسية أكثر تجانسًا، كانت الصلابة أفضل لنفس الصلابة.
• تعتبر المعالجة الحرارية المسيطر عليها (TMCP) والمعالجة الحرارية الدقيقة أكثر أهمية لتحقيق الصلابة الأعلى مع الحفاظ على صلابة مقبولة.

آثار المعالجة الحرارية: - يعمل التطبيع على تنقية الحبوب وتحسين الصلابة ولكنه يقلل من الصلابة القصوى مقارنةً بالتبريد والتقسية. - يزيد التبريد والتقسية من الصلابة والقوة (غالبًا ما تستخدم NM450HB شدة تبريد أعلى أو سبائك للوصول إلى HB المستهدف). - يمكن أن تنتج TMCP توازنًا متفوقًا بين القوة والصلابة وتقلل من شدة المعالجة الحرارية المطلوبة لفئات الصلابة العالية.

4. الخصائص الميكانيكية

يوفر الجدول التالي أهداف صلابة نوعية وتقليدية في الصناعة وسلوك ميكانيكي نموذجي. للحصول على قيم دقيقة، راجع شهادة المصنع والمعيار ذي الصلة.

الخاصية	NM400	NM450HB	ملاحظات
قوة الشد	عالية	أعلى	تم تصميم NM450HB لزيادة قوة الشد بما يتماشى مع الصلابة الأعلى.
قوة العائد	عالية	أعلى	عادةً ما ترتفع القوة العائدة مع الصلابة؛ تظهر NM450HB قوة عائدة أعلى.
التمدد (%)	معتدل	أقل (نسبي)	تميل الصلابة المتزايدة إلى تقليل اللدونة؛ يمكن أن تخفف المعالجة الحرارية الدقيقة من الفقد.
صلابة التأثير	جيدة–متغيرة	أقل–متغيرة	يمكن أن تقلل الصلابة الأعلى من طاقة التأثير، خاصة عند درجات حرارة منخفضة؛ تعتمد على المواصفات.
الصلابة (برينيل)	اسميًا ~400 HB	اسميًا ~450 HB	غالبًا ما تُسمى الدرجات وفقًا لـ HB المستهدف، لذا NM400 ≈ 400 HB و NM450HB ≈ 450 HB.

لماذا تحدث الفروق: - تشير الصلابة الأعلى (NM450HB) إلى هيكل مجهرى يحتوي على مزيد من المارتنسيت/باينيت أدق ومقاومة أكبر للتشوه البلاستيكي - ومن ثم مقاومة تآكل وقوة أعلى ولكن مع تقليل اللدونة/الصلابة مقارنةً بـ NM400 تحت معالجة مماثلة.

5. قابلية اللحام

تتأثر قابلية اللحام بمحتوى الكربون، والسبائك، وسمك القسم، والميكروسبائك. الصيغ التنبؤية الشائعة:

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

• Pcm (لتقييم أكثر تحفظًا لقابلية اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - NM450HB، مع قابلية تصلب أعلى وغالبًا مزيد من الميكروسبائك، عمومًا لديها $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أعلى من NM400، مما يشير إلى ميل أكبر لتشكيل هياكل مجهرية مارتنسيتية صلبة في منطقة HAZ وبالتالي تعرض أعلى للتشقق البارد ما لم يتم استخدام التسخين المسبق ودرجات حرارة التحكم بين الطبقات. - يمكن أن يقلل التسخين المسبق، واختيار معدن التعبئة المتحكم فيه (مطابقة أو أقل قليلاً من صلابة التعبئة)، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) من خطر تشقق HAZ اللحام. - بالنسبة للأقسام السميكة أو الهياكل الحرجة، فإن تأهيل إجراءات اللحام والتحكم في الهيدروجين أمر ضروري لـ NM450HB.

6. التآكل وحماية السطح

• الطبيعة غير المقاومة للصدأ: لا NM400 ولا NM450HB مقاومان للتآكل من حيث التركيب. يجب تحقيق مقاومة التآكل من خلال الطلاءات أو الحماية الكاثودية.
• طرق الحماية النموذجية:
• التغليف: ممكن حسب هندسة المكون والخدمة؛ لاحظ أن التغليف بالغمر الساخن يتضمن تعرضًا حراريًا وقد يؤثر على الخصائص المعالجة حراريًا ما لم يتم طلاء الجزء بعد المعالجة الحرارية النهائية.
• أنظمة الطلاء: طلاءات إبوكسي/بولي يوريثان للحماية الجوية.
• تغطيات مطاطية أو بوليمرية: للتطبيقات الكاشطة المدمجة مع البيئات التآكلية.
• رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على هذه الدرجات لأن PREN يستخدم للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدم استراتيجيات حماية من التآكل مصممة لتناسب البيئات المدمجة بين التآكل والاحتكاك (مثل، اختيار الطلاءات أو أنظمة البطانة المتوافقة مع التآكل الكاشط).

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• الدرجات الأكثر صلابة (NM450HB) أكثر صعوبة في التشغيل؛ تزداد تآكل الأدوات ويجب تقليل سرعات القطع/التغذية. يُوصى باستخدام أدوات كربيد وإعدادات آلة مستقرة.
• NM400 أسهل نسبيًا في التشغيل، لكنها لا تزال أكثر تحديًا من الفولاذ العادي.
• قابلية التشكيل والانحناء:
• تقلل الصلابة الأعلى من قابلية التشكيل. تتطلب NM450HB عادةً أنصاف أقطار انحناء أكبر، وضغط تشكيل أقل، أو تشكيل ساخن / تقسية موضعية لتجنب التشقق.
• الانحناء البارد لـ NM400 أسهل ولكنه لا يزال يتطلب الانتباه إلى الارتداد والتشقق الحدي.
• القطع والمعالجة الحرارية:
• القطع بالبلازما/الغاز والأكسجين والقطع بالماء شائعة؛ يمكن أن تؤدي المناطق المتأثرة بالحرارة من القطع الحراري إلى إدخال هياكل هشة - قد تكون هناك حاجة للتلميع أو الحفر بعد القطع وتخفيف الضغط.
• التشطيب:
• يمكن أن يكون الطحن والرش بالكرات فعالين لتحضير السطح ولتمديد عمر التعب؛ تعتمد متطلبات التشطيب على الخدمة.

8. التطبيقات النموذجية

NM400 (الاستخدامات الشائعة)	NM450HB (الاستخدامات الشائعة)
بطانات دلاء ومعاول للتعدين والبناء العام	فكوك كسارات، بطانات مخروطية، ومكونات معرضة لتآكل كاشط شديد وأحمال مركزة
ألواح تآكل للصناديق، والصناديق، وألواح النقل في بيئات متوسطة التآكل	معدات طحن وتفتيت عالية التآكل حيث يتطلب الأمر أقصى عمر خدمة
أدوات التفاعل مع الأرض مع تأثير وتآكل معتدلين	مكونات حرجة حيث يبرر عمر التآكل الممتد تكلفة المواد والمعالجة الأعلى
شرائط تآكل، بطانات، وألواح انزلاق حيث تحتاج بعض اللدونة	ألواح وبطانات للخدمة الشديدة في صناعات التعدين والركام الثقيلة

مبررات الاختيار: - اختر NM400 عندما يكون التوازن بين مقاومة التآكل، والصلابة، وسهولة التصنيع مطلوبًا لبيئات متوسطة إلى عالية التآكل. - اختر NM450HB عندما تكون مقاومة التآكل القصوى والقوة الأعلى هي المحركات الأساسية وتكون تعقيدات التصنيع وزيادة التكلفة مقبولة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون NM450HB أكثر تكلفة من NM400 على أساس كل طن بسبب المعالجة الحرارية الإضافية، والسيطرة الأكثر صرامة على المعالجة، وزيادة متطلبات السبائك/المعالجة.
• التوافر:
• كلا الصنفين متاحان عادةً في أشكال ألواح ومصنعة من المصانع الكبرى، ولكن قد يكون لـ NM450HB أوقات تسليم أطول أو كميات طلب دنيا حسب مخزون المورد وسمك اللوح.
• يمكن أن تزيد السماكات الخاصة أو ظروف المعالجة الحرارية المعتمدة من وقت التسليم لأي من الصنفين.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

المعيار	NM400	NM450HB
قابلية اللحام	جيدة (أسهل)	متوسطة–صعبة (تتطلب ضوابط)
توازن القوة–الصلابة	جيدة	قوة أعلى؛ لدونة أقل (نسبي)
التكلفة	أقل	أعلى
مقاومة التآكل	عالية	عالية جدًا

التوصيات: - اختر NM400 إذا: - كنت بحاجة إلى مادة عالية التآكل بتكلفة فعالة مع مزيد من المرونة في التصنيع واللحام. - كانت بيئة الخدمة تتضمن تآكلًا مختلطًا وتأثيرًا حيث تكون الصلابة واللدونة مهمة. - كانت أوقات التسليم الأقصر وسهولة التشكيل/التشغيل هي الأولويات.

• اختر NM450HB إذا:
• كان الهدف الأساسي هو زيادة عمر التآكل، وستؤدي الصلابة/القوة الأعلى إلى تقليل التوقف أو تكاليف الاستبدال بشكل كبير.
• يمكن أن يتكيف التصميم مع ضوابط اللحام، والتسخين المسبق، والتصنيع الأكثر صرامة (أو يتم تقليل التشغيل).
• كانت تكلفة المواد والمعالجة المرتفعة مبررة من خلال عمر الخدمة الأطول.

ملاحظة نهائية: استشر دائمًا شهادة مادة المصنع، وبيانات المورد الفنية، وقم بإجراء تحقق محدد للتطبيق (اختبارات تآكل مختبرية، واختبارات عينة ملحومة، وتجارب نموذجية) قبل الالتزام بدرجة لمكونات حرجة. تعتبر إجراءات اللحام، وسجلات المعالجة الحرارية، وخطط الفحص بعد التركيب مهمة بشكل خاص عند الانتقال من NM400 إلى NM450HB ذات الصلابة الأعلى لضمان السلامة الهيكلية وعمر الخدمة المتوقع.