HARDOX500 vs HARDOX600 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

HARDOX 500 und HARDOX 600 sind vergütete, verschleißfeste Baustähle, die häufig in schweren Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der Oberflächenverschleiß der primäre Entwurfsfaktor ist. Ingenieure, Beschaffungsspezialisten und Fertigungsplaner vergleichen diese Sorten häufig, wenn sie die Lebensdauer des Verschleißes, die strukturelle Leistung, die Schweiß- und Fertigungsbeschränkungen sowie die Gesamtkosten abwägen.

Der grundlegende Unterschied zwischen den beiden besteht im Kompromiss zwischen höherer Nennhärte (und damit höherer Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß) und erhaltenem Zähigkeit sowie größerer Fertigungserleichterung. HARDOX 600 ist so konzipiert, dass es eine höhere Nennhärteklasse als HARDOX 500 bietet, während HARDOX 500 eine ausgewogenere Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit für viele geschweißte Konstruktionen bietet. Diese Unterschiede machen sie komplementär und nicht austauschbar für jede Anwendung.

1. Normen und Bezeichnungen

• Allgemeine Handelsbezeichnung: HARDOX (Produktname, SSAB).
• Typische Normen und normative Rahmenbedingungen, in denen Sie Platten spezifizieren oder testen können:
• EN (Europäische Normen) — wo der Lieferant die vom Kunden festgelegten mechanischen und chemischen Anforderungen erfüllen kann.
• ASTM / ASME — für allgemeine Struktur-Anwendungen; obwohl HARDOX eine proprietäre Sorte ist, werden Materialzertifikate und Prüfmethoden, die auf ASTM-Normen verweisen, häufig bereitgestellt.
• JIS / GB — regionale Normen, die in Asien verwendet werden; HARDOX-Platten werden oft mit Zertifikaten geliefert, die auf lokale Prüfstandards zurückverfolgt werden können.
• Materialklassifizierung: Hochfester, vergüteter niedriglegierter Stahl (nicht rostfrei, nicht Werkzeugstahl, manchmal als HSLA klassifiziert mit Wärmebehandlung zur Erreichung sehr hoher Härte und Festigkeit).

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Hersteller veröffentlichen nominale Chemien für ihre Verschleißstahlfamilien; genaue Formulierungen und Wärmebehandlungspläne sind proprietär. Anstelle absoluter Elementzahlen fasst die folgende Tabelle typische Legierungsrollen und relative Anteile für HARDOX 500 und HARDOX 600 zusammen.

Erklärung: HARDOX-Stähle basieren auf einem kontrollierten Kohlenstoffgehalt, kombiniert mit Mangan und kleinen Zusätzen von Härtbarkeitselementen (Cr, Mo, manchmal Ni und Mikrolegerungselementen), um nach dem Abschrecken und Anlassen eine martensitische oder bainitisch-martensitische Struktur zu erreichen. Höhere Nennhärte in HARDOX 600 wird durch Legierungs- und Wärmebehandlungsanpassungen erreicht, die die Härtbarkeit und martensitische Stabilität erhöhen; diese Anpassungen neigen dazu, die Duktilität zu verringern und erfordern strengere Schweiß-/Fertigungssteuerungen.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

• Typische Mikrostruktur (wie geliefert): Überwiegend vergütetes Martensit mit einer fein dispergierten Population von Karbid- und Mikrolegerausfällungen. Die Mikrostruktur wird durch kontrolliertes Walzen und Abschrecken verfeinert, um hohe Härte bei gleichzeitiger Beibehaltung einer gewissen Zähigkeit zu erzeugen.
• HARDOX 500: Wärmebehandlung und thermo-mechanisches Walzen sind darauf abgestimmt, eine harte martensitische Matrix mit relativ guter Schlagzähigkeit für die gegebene Härte zu erzeugen. Die Platte wird typischerweise aus hoher Temperatur abgeschreckt und zum Steuern von Härte und Zähigkeit angelassen.
• HARDOX 600: Bearbeitet, um ein härteres vergütetes Martensit mit höherem Kohlenstoff-/verbesserten Härtbarkeitselementen zu erzeugen, was zu einem höheren Anteil an Martensit und einem niedrigeren Anteil an retained Austenit nach dem Anlassen führt. Dies ergibt eine höhere Abriebfestigkeit, jedoch eine geringere Dehnung und reduzierte Schlagzähigkeit.
• Einfluss der Verarbeitung:
• Normalisieren: Erhöht die Zähigkeit gleichmäßig, erreicht jedoch nicht die hohe Härte, die für diese Sorten erforderlich ist.
• Abschrecken & Anlassen: Primärer Verarbeitungsweg; Abschrecken erzeugt Martensit, Anlassen verringert Sprödigkeit und passt das Verhältnis von Härte und Zähigkeit an.
• Thermo-mechanisches Walzen (TMCP): Hilft, eine feinere ferritisch/perlitische Vorstruktur vor dem Abschrecken zu erzeugen, was Zähigkeit und Gleichmäßigkeit verbessert; wird häufig für die HARDOX-Produktion verwendet.

4. Mechanische Eigenschaften

Nachfolgend finden Sie eine vergleichende, anwendungsorientierte Zusammenfassung und keine absolut garantierten Zahlen (konsultieren Sie die Lieferantenzertifikate für projektspezifizierte Werte).

Warum: HARDOX 600 wird auf eine höhere Härteklasse produziert, was ihm überlegene Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß und höhere statische Festigkeit verleiht. Diese höhere Härte wird durch die Erhöhung der Härtbarkeit (Legierung und Wärmebehandlung) erreicht, was auch die Duktilität und die Energieabsorption bei Schlag im Vergleich zu HARDOX 500 verringert.

5. Schweißbarkeit

Wichtige Schweißbarkeitsfaktoren: Kohlenstoffgehalt, effektive Härtbarkeit und Vorhandensein von Mikrolegerungselementen.

Nützliche empirische Indizes (qualitativ in diesem Kontext interpretieren):

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

• Pcm (vorhersehbarer für Kaltverzug): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation: - Beide HARDOX-Sorten haben relativ niedrigen absoluten Kohlenstoff im Vergleich zu Werkzeugstählen, aber ihre Härtbarkeit wird durch Mn, Cr, Mo und Mikrolegerung erhöht. Folglich tendieren die vorhergesagten $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ Werte für HARDOX 600 im Vergleich zu HARDOX 500 nach oben. - Praktische Schweißimplikationen: - Vorwärm- und Zwischenpass-Temperaturen: HARDOX 600 erfordert im Allgemeinen höhere Vorwärm- und kontrolliertere Zwischenpasstemperaturen, um Kaltverzug zu vermeiden und die HAZ-Härte zu steuern. - Auswahl des Zusatzmaterials: Verwenden Sie kompatible Schweißzusätze, die darauf ausgelegt sind, die Festigkeit zu erreichen oder leicht zu unterschreiten und ein zäheres Schweißmetall zu erzeugen. - Nachschweißwärmebehandlung (PWHT): Wird oft nicht für große Fertigungen angewendet; stattdessen wird die Kontrolle der Wärmeaufnahme, Vorwärmung und die Verwendung von Mehrpass-Schweißstrategien bevorzugt. - Härte in der HAZ: Achten Sie auf harte und spröde HAZ, wenn ohne ausreichende Vorwärmung geschweißt wird — ausgeprägter bei HARDOX 600. - Praktische Hinweise: Beide Sorten können erfolgreich mit Standardverfahren der Industrie geschweißt werden, aber HARDOX 600 erfordert strengere Verfahren, konservativere Vorschubgeschwindigkeiten oder Vorwärmung und validierte Schweißverfahrensqualifikationsunterlagen (WPS/PQR).

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder HARDOX 500 noch HARDOX 600 sind rostfrei; sie sind Kohlenstoff-/Legierungsstähle, die für Verschleißfestigkeit und nicht für Korrosionsbeständigkeit ausgelegt sind.
• Typische Oberflächenschutzstrategien:
• Beschichtung und industrielle Beschichtungen (Epoxid, Polyurethan) für atmosphärischen Schutz.
• Thermisch gesprühte Beschichtungen für kombinierte Verschleiß- und Korrosionsumgebungen.
• Galvanisieren ist möglich für Teile, wo Form und Funktion es erlauben, aber Vor- und Nachbearbeitung müssen die Plattendicke und die Auswirkungen der Wärmebehandlung berücksichtigen.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist nicht anwendbar, da PREN für rostfreie Legierungen gilt. Zur Referenz: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Klärung: Der Einsatz von opfernden Beschichtungen oder Inhibitoren ist die Norm für HARDOX-Anwendungen, bei denen Korrosion ein Anliegen ist; Korrosionsbeständigkeit sollte nicht angenommen werden.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Plasma- und oxy-fuel Schneiden sind üblich; Laserschneiden ist machbar, erfordert jedoch Parameteranpassungen. Die Härte beeinflusst die Lebensdauer der Verbrauchsmaterialien und die Schneidgeschwindigkeiten.
• Bearbeitung: Beide sind schwieriger zu bearbeiten als Baustahl; HARDOX 600 ist aufgrund der höheren Härte anspruchsvoller — erwarten Sie niedrigere Schneidgeschwindigkeiten, robustere Werkzeuge und möglicherweise kryogene oder Hartmetall-Werkzeugstrategien.
• Biegen/Formen: Kaltformen ist durch die Härte begrenzt — Rückfederung und Rissrisiko steigen mit HARDOX 600. Biegeradien und Werkzeuge müssen konservativ ausgewählt werden; Vorwärm- oder Warmformstrategien werden manchmal für komplexe Formen verwendet.
• Oberflächenveredelung: Schleifen und Oberflächenvorbereitung dauern bei HARDOX 600 länger; der Verschleiß der Schleifscheiben ist größer.
• Handhabung: Höhere Härte impliziert ein höheres Sprödigkeitspotenzial an Spannungsanreicherung — Kantenbearbeitung und Fasen sind bei HARDOX 600 wichtiger.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung: Wählen Sie HARDOX 500, wenn das Design ein Gleichgewicht zwischen Zähigkeit, Schweißbarkeit und Abriebfestigkeit erfordert (typisch für mobile und geschweißte Strukturen). Wählen Sie HARDOX 600, wenn maximale Abriebfestigkeit das maßgebliche Entwurfsmerkmal ist und die Fertigungsbeschränkungen verwaltet werden können.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: HARDOX 600 ist typischerweise teurer pro Kilogramm oder Quadratmeter als HARDOX 500 aufgrund erhöhter Legierung, engerer Verarbeitung und niedrigerer Produktionsvolumina.
• Verfügbarkeit: HARDOX 500 hat im Allgemeinen eine breitere Verfügbarkeit in einer größeren Auswahl an Plattendicken und Oberflächen. Die Verfügbarkeit von HARDOX 600 ist gut für gängige Plattengrößen, kann jedoch bei sehr dicken Platten oder Nischen-Dicken-/Breitenkombinationen eingeschränkt sein.
• Produktformen: Bleche und Platten, Verschleißschutz, vorgeformte Teile. Lange Lieferzeiten können für maßgeschneiderte Größen oder Oberflächenbehandlungen auftreten.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Wählen Sie HARDOX 500, wenn: - Ihre Anwendung ein Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordert (z. B. mobile Geräte, große geschweißte Strukturen). - Schweiß-, Form- oder Biegeoperationen häufig und kostenempfindlich sind. - Sie eine breitere Verfügbarkeit und niedrigere Materialkosten pro Teil benötigen.

Wählen Sie HARDOX 600, wenn: - Abrieb der dominante Ausfallmodus ist und die Maximierung der Verschleißlebensdauer höhere Material- und Fertigungssteuerungen rechtfertigt (z. B. schwere Bergbau-, Primärbrechflächen). - Die Teilgeometrie einfach ist oder vorgefertigte Verschleißkomponenten verwendet werden, um komplexe Formungen/Schweißungen sehr harter Platten zu vermeiden. - Sie bereit sind, strengere Schweißverfahren zu befolgen und möglicherweise höhere Ersatz-/Reparaturkosten zu akzeptieren, um eine längere Lebensdauer im Einsatz zu erzielen.

Letzte Anmerkung: HARDOX ist eine Familie von proprietären, hochleistungsfähigen vergüteten Stählen. Für Design, Fertigung und Beschaffung konsultieren Sie immer die aktuellen Datenblätter und Zertifikate des Lieferanten für genaue chemische Zusammensetzungen, garantierte mechanische Eigenschaften, empfohlene Schweißverfahren und Handhabungsanweisungen. Feldtests — Versuchseinlagen oder Pilotläufe — können der zuverlässigste Weg sein, um die Auswahl der Sorte für eine spezifische abrasive und schlagfeste Umgebung zu validieren.