NM360 vs NM400HB – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

NM360 und NM400HB sind zwei weit verbreitete abriebfeste (AR) Stahlgüten, die im Bergbau, in Steinbrüchen, im Erdbau und in der Schüttguttechnik vorkommen. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen oft Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Schweißbarkeit und Kosten ab, wenn sie zwischen ihnen auswählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen, ob ein Bauteil schweren abrasiven Verschleiß auf Kosten einer gewissen Duktilität widerstehen muss oder ob wiederholte Stöße und Ermüdung ein zäheres, weniger sprödes Material erfordern.

Der primäre operationale Unterschied zwischen den beiden ist ihre Zielhärte und das resultierende Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit: Eine Güte wird für etwas niedrigere Härte mit besserer Duktilität und Schlagfestigkeit ausgewählt, während die andere für höhere Brinell-Härte und überlegene Abriebfestigkeit spezifiziert wird. Da beide für Verschleißanwendungen vermarktet werden und oft von mehreren Walzwerken unter ähnlichen Handelsnamen produziert werden, konzentrieren sich die Vergleiche auf Chemiestrategie, durch Wärmebehandlungen erzeugte Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften, Schweißbarkeit und praktische Fertigungsüberlegungen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Gemeinsame nationale und internationale Kontexte, in denen ähnliche Güten vorkommen:
• GB (China): NM-Serie (NM360, NM400 usw.) — oft in chinesischen Normen und Lieferantenspezifikationen verwendet.
• EN (Europa): EN 1.XXX-Bezeichnungen werden seltener für AR-Stähle verwendet; AR-Güten können in Lieferantennormen aufgeführt sein, anstatt einer einzelnen EN-Nummer.
• JIS (Japan): Verschleißstähle werden oft durch Handelsnamen der Lieferanten spezifiziert, anstatt durch eine einzelne JIS-Nummer.
• ASTM/ASME (USA): AR-Stähle werden häufig durch Handelsnamen (z. B. AR400, AR360) und durch Produktstandards für Platten und Härteprüfungen referenziert.
• Klassifizierung: Sowohl NM360 als auch NM400HB sind nicht rostfreie, niedrig- bis mittellegierte Hochhärtestähle, die hauptsächlich als abriebfeste (AR) Stähle formuliert sind; sie sind keine Werkzeugstähle oder rostfreien Stähle und sollten am besten als verschleißfeste kohlenstoffmikrolegierte oder legierte Stähle (HSLA-Tendenzen zur Festigkeitskontrolle) behandelt werden.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die genaue chemische Zusammensetzung von NM360 und NM400HB variiert je nach Lieferant und nationaler Norm. Anstatt feste Werte zu zitieren, fasst die folgende Tabelle die typische Legierungsstrategie und die relative Präsenz gängiger Elemente zusammen, die in AR-Stählen dieser Zielhärteklassen verwendet werden.

Element	Typische Präsenz / Rolle in NM360	Typische Präsenz / Rolle in NM400HB
C (Kohlenstoff)	Niedrig–moderat; sorgt für Härtbarkeit und Festigkeit, aber ausgewogen für Zähigkeit	Moderat; leicht höher, um höhere Härtbarkeit und Härte zu erreichen
Mn (Mangan)	Moderat; Entgasung, Festigkeitssteigerung durch feste Lösung, verbessert die Härtbarkeit	Moderat bis höher; erhöht Härtbarkeit und Zugfestigkeit
Si (Silizium)	Gering bis moderat; Entgasungsmittel, stärkt Ferrit	Gering; ähnliche Rolle
P (Phosphor)	Niedrig gehalten (Verunreinigungssteuerung) für Zähigkeit	Niedrig gehalten
S (Schwefel)	Niedrig gehalten für Zähigkeit; Mangansulfide können die Bearbeitbarkeit unterstützen	Niedrig gehalten
Cr (Chrom)	Oft in geringen Mengen vorhanden oder weggelassen; verbessert Härtbarkeit und Verschleißverhalten	Oft in kleinen Mengen vorhanden, um Härtbarkeit und Anlaswiderstand zu erhöhen
Ni (Nickel)	Klein oder keiner; verwendet, wenn verbesserte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist	Gelegentlich in kleinen Mengen zur Verbesserung der Zähigkeit verwendet
Mo (Molybdän)	Spuren/niedrig; erhöht Härtbarkeit und Anlaswiderstand	Spuren/niedrig; verwendet, um Härtbarkeit und Festigkeit nach dem Anlassen zu erhöhen
V (Vanadium)	Spurenmikrolegierung; Kornverfeinerung, wenn vorhanden	Spurenmikrolegierung; Kornverfeinerung und Ausscheidungsstärkung
Nb (Niob)	Spurenmikrolegierung in einigen thermo-mechanischen Prozessen zur Kornkontrolle	Spuren, wenn spezifiziert
Ti (Titan)	Spuren zur Entgasung und Einschlüssekontrolle	Spuren
B (Bor)	Spurenzugaben möglich, um Härtbarkeit auf ppm-Niveau zu steigern	Spuren möglich in einigen wärmebehandelten Produkten
N (Stickstoff)	Niedrig; kontrolliert für Einschlüsse und CE/Pcm-Berechnungen	Niedrig

Hinweise: Lieferantenspezifikationen oder nationale Normen geben genaue Bereiche an. Kleine Zugaben von Cr, Mo, V oder B werden häufig verwendet, um Härtbarkeit und Ansprechverhalten beim Anlassen zu optimieren; diese sind jedoch typischerweise in niedrigen absoluten Konzentrationen. Die entscheidende Zusammensetzungsstrategie besteht darin, Kohlenstoff und Mangan für die Härtbarkeit auszubalancieren, während Mikrolegierungen und kleine Legierungszugaben verwendet werden, um die Zähigkeit zu erhalten und die Korngröße zu verfeinern.

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff und Mangan steuern hauptsächlich die Härtbarkeit und die erreichbare Härte nach Abschrecken/Anlassen; ihre Erhöhung erhöht die Härte und Festigkeit, kann jedoch die Duktilität und Schweißbarkeit verringern. - Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) verfeinern die Korngröße der vorherigen Austenitstruktur und unterstützen die Festigkeit, ohne große Einbußen bei der Zähigkeit. - Kleine Zugaben von Cr und Mo erhöhen den Anlaswiderstand und verbessern die Verschleißleistung bei erhöhten Betriebstemperaturen und unter Schlagbelastung.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen für AR-Stähle, die auf 360 HB und 400 HB abzielen, hängen stark von der Verarbeitung ab:

• NM360 (niedrigere Härteziel):
• Typische Mikrostruktur: vergütetes Martensit und/oder Bainit mit einer relativ feineren Verteilung von Karbiden; kann in einigen Formulierungen zurückgehaltenen Austenit enthalten.

• Verarbeitung: oft durch kontrolliertes Warmwalzen gefolgt von Abschrecken und Anlassen oder durch Abschrecken plus Anlassen mit milderem Abschrecken oder niedrigeren Anlasstemperaturen, um ein Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erzielen. Thermo-mechanisches Walzen kann feine bainitische Strukturen mit verbesserter Zähigkeit erzeugen.

• NM400HB (höhere Härteziel):

• Typische Mikrostruktur: höherer Anteil an Martensit und härteren bainitischen Bestandteilen; Karbidverteilung und potenzieller zurückgehaltener Austenit hängen von der Stahlchemie und der Abkühlrate ab.
• Verarbeitung: erfordert stärkeren Abschreckprozess oder niedrigeren Anlasstemperatur, um höhere Brinell-Härte zu erreichen; einige Hersteller verwenden Legierungszugaben (Cr, Mo, B), um die Härtbarkeit zu erhöhen, damit dickere Abschnitte eine gleichmäßige höhere Härte erreichen können. Abschreck- und Anlaszyklen werden angepasst, um Sprödigkeit zu begrenzen.

Wirkung der Wärmebehandlungswege: - Normalisieren: verfeinert die Korngröße und wird manchmal als Vorbehandlung spezifiziert, erreicht jedoch nicht allein die endgültigen Härtezielwerte. - Abschrecken und Anlassen: primärer Weg, um die spezifizierten Härtewerte zu erreichen; die Anlasstemperatur steuert den Härte-Zähigkeits-Kompromiss. - Thermo-mechanisches Walzen (kontrolliertes Walzen): kann bainitische/vergütete Mikrostrukturen mit hervorragender Zähigkeit bei gegebener Härte erzeugen, wodurch der Schlagwiderstand im Vergleich zu grobkörnigem, abgeschrecktem und vergütetem Stahl verbessert wird.

4. Mechanische Eigenschaften

Die genauen mechanischen Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung, der Wärmebehandlung und der Plattendicke ab. Die folgende Tabelle gibt vergleichendes Verhalten an, anstatt einzelne garantierte Zahlen; die Härtewerte spiegeln das Ziel der Güte wider.

Eigenschaft	NM360 (typisches Verhalten)	NM400HB (typisches Verhalten)
Zugfestigkeit	Moderat bis hoch; ausreichend für Verschleißteile; niedriger als NM400HB, wenn beide nach Härtespezifikation produziert werden	Höhere Zugfestigkeit, die mit höherer Härte übereinstimmt
Streckgrenze	Moderat; hängt von der Wärmebehandlung ab	Höhere Streckgrenze
Elongation (Duktilität)	Höhere Duktilität/Elongation im Vergleich zu NM400HB	Reduzierte Elongation aufgrund höherer Härte
Schlagzähigkeit	Bessere Schlag- und Bruchzähigkeit bei vergleichbarer Dicke	Geringere Schlagzähigkeit, es sei denn, Chemie und Wärmebehandlung sind optimiert
Härte (Brinell)	Ungefähr im Bereich von 350–370 HB (Ziel der Güte)	Ungefähr 400 HB Ziel (Bezeichnung zeigt höhere HB an)

Interpretation: - NM400HB wird typischerweise stärker sein und überlegene Abriebfestigkeit bieten aufgrund der höheren Härte, aber dies geht auf Kosten der Duktilität und Schlagfestigkeit, es sei denn, es wird durch sorgfältige Chemie und thermo-mechanische Verarbeitung gemildert. - NM360 bietet ein günstigeres Gleichgewicht, wenn Teile kombinierten Stößen und Abrieb ausgesetzt sind oder wenn Verformung und Formen vor dem Einsatz erforderlich sind.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von AR-Stählen hängt vom Kohlenstoffäquivalent (Härtbarkeit) und dem Mikrolegierungsgehalt ab; dickere Abschnitte und höhere Härtbarkeit erhöhen das Risiko von Rissen in der Schweißzone und Sprödigkeit. Häufige prädiktive Formeln sind nützlich für qualitative Interpretationen:

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

und

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

• Interpretation: Höhere Werte von $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ zeigen ein höheres Risiko für harte, spröde wärmebehandelte Zonen (HAZ) und die Notwendigkeit von Vorwärmung, kontrollierter Zwischenpass-Temperatur oder Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) an.
• Relative Schweißbarkeit: NM360 lässt sich im Allgemeinen leichter schweißen als NM400HB aufgrund seines niedrigeren Kohlenstoff-/Härtbarkeitsziels; NM400HB kann strengere Schweißpraktiken, niedrigere Wärmezufuhr, Vorwärmung oder Weichbehandlungen in der HAZ für dickere Abschnitte erfordern.
• Praktische Hinweise: Verwenden Sie schweißbare Verbrauchsmaterialien mit niedrigem Wasserstoffgehalt, kontrollieren Sie die Zwischenpass-Temperatur und ziehen Sie PWHT oder Nachschweißanlassen für dickere Platten oder in anspruchsvoller Anwendung in Betracht. Vorqualifizierte Schweißverfahren werden für kritische Komponenten empfohlen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl NM360 als auch NM400HB sind nicht rostfreie Kohlenstoff-/Legierungsstähle und haben vergleichbare Grundkorrosionsbeständigkeit; sie sind ohne Schutz nicht für korrosive Umgebungen geeignet.
• Übliche Schutzstrategien: Lackieren, Grundierungssysteme, Metallisierung oder Feuerverzinkung, wo angemessen. Für Teile, die Verschleiß ausgesetzt sind, müssen Schutzbeschichtungen mit Abrieb kompatibel sein; opferbare Beschichtungen überstehen selten lange schweren abrasiven Einsatz.
• PREN (Pitting-Widerstands-Äquivalentzahl) ist für diese nicht rostfreien Stähle nicht anwendbar. Zum Vergleich, wenn rostfreie Legierungen in Betracht gezogen werden, verwendet man: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Klärung: Die Auswahl des Korrosionsschutzes wird durch Umweltexposition und Lebensdauererwartungen bestimmt; oft werden dickere Materialien und geplante Austauschzyklen für stark abrasive, korrosive Anwendungen gewählt.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Die höhere Härte von NM400HB erhöht den Werkzeugverschleiß; abriebfeste Platten erfordern oft Hartmetall- oder Keramikwerkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten im Vergleich zu weicheren Baustählen.
• Biegen/Formen: NM360, mit seiner niedrigeren Härte und höheren Duktilität, lässt sich leichter biegen oder kaltformen. NM400HB hat reduzierte Formbarkeit; Biegen kann Risse verursachen, es sei denn, es werden größere Biegeradien oder warme Formtechniken verwendet.
• Bearbeitbarkeit: Beide sind schwieriger zu bearbeiten als Baustahl; NM400HB ist im Allgemeinen herausfordernder. Die Auswahl von Verbrauchsmaterialien und Werkzeugen sollte den Abrieb und die härtere Mikrostruktur berücksichtigen.
• Oberflächenbearbeitung: Schleifen und Oberflächenveredelung sind intensiver bei NM400HB; die Auswahl der Schleifmittel und die Häufigkeit der Abrichtungen müssen einen schnelleren Verschleiß der Schleifmittel antizipieren.

8. Typische Anwendungen

NM360 (typische Anwendungen)	NM400HB (typische Anwendungen)
Schaufelverkleidungen für Lader, wo Schlag und Abrieb koexistieren	Brecherverkleidungen und Riffelstangen, wo schwerer Abrieb dominiert
Rutschen- und Trichterverkleidungen, wo moderater abrasiver Verschleiß und gelegentlicher Schlag auftreten	Verschleißplatten in Hochabriebförderern und Zerkleinerern, wo hohe Härte die Lebensdauer verlängert
Komponenten von Erdbaugeräten, die eine gewisse Formbarkeit in der Fertigung erfordern	Hochverschleißflächen, die vorgeformt und in Baugruppen geschweißt werden
Siebschalen und leichte bis mittlere Verkleidungen	Anwendungen, bei denen maximale Lebensdauer gegen Abrieb erforderlich ist und die Kosten für den Austausch hoch sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie NM360, wenn Teile ein Gleichgewicht zwischen Abriebfestigkeit und Zähigkeit erfordern oder wenn Fertigungsoperationen (Biegen, Formen) vor der Installation stattfinden. - Wählen Sie NM400HB, wenn maximierte Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß Priorität hat und Komponenten so entworfen und gefertigt sind, dass sie Stöße oder katastrophale Überlastungen vermeiden.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: NM400HB hat in der Regel einen Aufpreis im Vergleich zu NM360, da die Erreichung höherer Härte normalerweise eine engere Chemiekontrolle, mehr Verarbeitung (kontrolliertes Abschrecken/Anlassen) und potenziell höheren Legierungsgehalt oder thermo-mechanische Verarbeitung erfordert. Die Kostenunterschiede variieren jedoch je nach Walzwerk, Region und Plattengröße.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind in Plattenform von großen Lieferanten weit verbreitet erhältlich, wobei die Lagergrößen und Lieferzeiten von der Marktnachfrage und der Fähigkeit des Walzwerks abhängen. NM360-Varianten sind oft in Mischverschleißanwendungen häufiger; NM400 (HB) wird dort produziert, wo die Märkte höhere Härte AR-Platten verlangen.
• Produktformen: Verfügbar als Platten, gefertigte Verkleidungen und manchmal als geschweißte Baugruppen oder überzogene Teile; spezialisierte Größen oder enge Härte-Toleranzen können die Lieferzeit und die Kosten erhöhen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Kriterium	NM360	NM400HB
Schweißbarkeit	Besser (niedrigeres Härtbarkeitsrisiko)	Anfordernder (höheres Rissrisiko in der HAZ)
Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht	Bessere Zähigkeit und Duktilität bei der Arbeits-Härte	Höhere Härte/Festigkeit; niedrigere Duktilität, es sei denn, optimiert
Kosten (relativ)	Typischerweise niedriger	Typischerweise höher aufgrund der höheren Härteverarbeitung

Wählen Sie NM360, wenn: - Das Bauteil kombinierten Stößen und Abrieb ausgesetzt ist, wo Zähigkeit und Duktilität entscheidend sind. - Teile Biegen, Kaltformen oder einfachere Fertigung erfordern. - Schweißbarkeit und niedrigere Vorwärm-/PWHT-Anforderungen bevorzugt werden. - Leicht niedrigere Materialkosten und einfachere Bearbeitung Priorität haben.

Wählen Sie NM400HB, wenn: - Abriebfestigkeit das übergeordnete Kriterium ist und höhere Brinell-Härte die Lebensdauer erheblich verlängert. - Das Bauteil so entworfen und gefertigt ist, dass es schweren Stößen oder sprödem Bruch (z. B. austauschbare Verschleißverkleidungen, verschraubte oder geschweißte Baugruppen, die für harte Einsätze geplant sind) entgeht. - Das Projekt strengere Schweißkontrollen, intensivere Bearbeitung/Fertigung und potenziell höhere Materialkosten in Kauf nehmen kann, um eine längere Lebensdauer zu erzielen.

Letzte Anmerkung: Da die tatsächlichen chemischen Bereiche, Wärmebehandlungspläne und mechanischen Garantien zwischen den Lieferanten variieren, sollten Ingenieure Walzzeugnisse anfordern und Schweißverfahren sowie mechanische Tests für die spezifische Plattencharge und Dicke, die für kritische Anwendungen vorgeschlagen wird, qualifizieren. Die Materialauswahl sollte die Lebenszykluskosten, die Praktikabilität der Fertigung und die Betriebsumgebung ausbalancieren, anstatt sich allein auf den Güternamen zu verlassen.