NM400 vs NM360 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

NM360 und NM400 sind zwei weit verbreitete vergütete und gehärtete verschleißfeste Stähle, die für Anwendungen hergestellt werden, bei denen Abriebfestigkeit ein primäres Kriterium ist. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor einem Auswahldilemma zwischen diesen Güten: Sie tauschen erhöhte Härte und Verschleißlebensdauer gegen Schweißbarkeit, Formbarkeit und Kosten. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Auswahl einer Güte für Verschleißteile im Bergbau und in Steinbrüchen (wo maximale Abriebfestigkeit erforderlich ist) im Vergleich zur Auswahl von Material für Anwendungen, bei denen Fertigung und Schlagzähigkeit wichtiger sind als absolute Härte.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen den beiden Güten besteht darin, dass NM400 spezifiziert ist, um eine höhere Härte und Abriebfestigkeit als NM360 zu liefern. Dieser Unterschied wird hauptsächlich durch eine moderate Erhöhung des Kohlenstoffs und/oder der Legierung sowie durch eine engere Kontrolle der thermomechanischen Verarbeitung und der Wärmebehandlung erreicht. Die resultierenden Kompromisse treiben die häufigen Vergleiche während des Designs und der Beschaffung voran.

1. Normen und Bezeichnungen

• Gemeinsame nationale und internationale Normen, in denen Sie verschleißfeste Stähle und Äquivalente finden:
• GB (China): NM360, NM400 sind chinesische Bezeichnungen, die häufig in GB/T-Normen für verschleißfeste Stähle verwendet werden.
• EN (Europa): Oft verglichen mit EN-bezeichneten abriebfesten Stählen (z.B. AR/Hardox-Äquivalente), obwohl eine direkte Eins-zu-eins-Zuordnung eine Überprüfung der Chemie und Härte erfordert.
• JIS (Japan): Hat eigene Bezeichnungen für abriebfeste Stähle.
• ASTM/ASME (USA): Keine direkten NM-Serie-Namen; typische Äquivalente werden durch Härte oder Funktionsgüte bezeichnet (z.B. AR400).
• Klassifizierung: Sowohl NM360 als auch NM400 sind hochfeste, niedriglegierte (HSLA) abriebfeste Kohlenstoffstähle, die durch Härten und Anlassen (vergütete Kohlenstoff-/niedriglegierte Stähle) hergestellt werden, keine rostfreien oder Werkzeugstähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle fasst die üblichen Fokuselemente für NM-Typ abriebfeste Stähle zusammen. Anstelle von einheitlichen numerischen Werten (die je nach Hersteller und Norm variieren) verwendet die Tabelle qualitative Präsenz- oder relative Niveau-Anmerkungen, die die typische Praxis der Lieferanten widerspiegeln.

Wie sich die Legierung auf die Leistung auswirkt - Härtbarkeit & Festigkeit: Elemente wie C, Mn, Cr, Mo und kleine Zusätze von B/Nb/V erhöhen die Fähigkeit des Stahls, Martensit/Bainit beim Härten zu bilden, wodurch Härte und Zugfestigkeit erhöht werden. - Zähigkeit: Niedrige Verunreinigungsniveaus (P, S) und sorgfältige microlegierte Zusätze (Nb, V, Ti) sowie optimierte Wärmebehandlung erhalten die Schlagzähigkeit. - Korrosion: Dies sind keine rostfreien Stähle; die Legierung hier konzentriert sich nicht auf Korrosionsbeständigkeit.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Ausgangsmikrostrukturen für NM-Typ-Stähle nach dem Warmwalzen sind Ferrit–Perlit oder bainitisch-ferritisch, abhängig von der Zusammensetzung und der Abkühlrate. Die endgültigen Eigenschaften werden durch kontrolliertes Härten und Anlassen oder thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP) erzeugt.

• NM360: Entwickelt, um ein Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erreichen. Nach dem Härten und Anlassen enthält die Mikrostruktur typischerweise vergüteten Martensit und/oder niedrigeren Bainit mit feinen Karbiddispersionen. Der niedrigere Kohlenstoff- und Legierungsgehalt im Vergleich zu NM400 führt zu einer leicht höheren erhaltenen Zähigkeit und im Allgemeinen zu einer einfacheren Ansprechbarkeit beim Anlassen.
• NM400: Zielt auf eine härtere, verschleißfestere Mikrostruktur ab – typischerweise vergüteter Martensit mit höherer Versetzungsdichte und feinerer Karbidniederschlagung. Höherer Kohlenstoff und kontrollierte Legierung oder Microlegierung erhöhen die Härtbarkeit, was eine höhere Härte für eine gegebene Dicke nach dem Härten und Anlassen oder TMCP ermöglicht.

Wärmebehandlungseffekte - Normalisieren: Verfeinert das Gefüge und erhöht leicht die Festigkeit und Härte, reicht jedoch allein nicht aus, um die Zielverschleißhärte zu erreichen – normalerweise gefolgt von Härten & Anlassen für beide Güten. - Härten & Anlassen: Produziert die gewünschte Kombination aus Härte und Zähigkeit. Höhere Anlasstemperatur senkt die Härte, verbessert jedoch die Zähigkeit. - Thermomechanische Behandlung (TMCP): Kann feinkörnige bainitische/martensitische Mikrostrukturen mit hervorragender Zähigkeit bei hoher Härte erzeugen, was besonders wichtig für dickere Platten ist, um übermäßige harte Zonen zu vermeiden.

4. Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften von NM360 und NM400 unterscheiden sich hauptsächlich durch das Härteziel. Härte ist oft die spezifizierte Leistungskennzahl, da die Verschleißlebensdauer in vielen abrasiven Bedingungen stark mit der Härte korreliert.

Interpretation - NM400 ist absichtlich stärker und härter als NM360, was eine verbesserte abrasive Verschleißfestigkeit auf Kosten einer gewissen Zähigkeit und potenziell niedrigerer Schlagzähigkeit zur Folge hat, wenn nicht sorgfältig verarbeitet. - Das Ausmaß des Kompromisses hängt von der Dicke, der Wärmebehandlung und der genauen chemischen Zusammensetzung ab; moderne TMCP und Microlegierung können diese Kompromisse reduzieren.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt, die Legierung und die Härtbarkeit bestimmt. Höhere Kohlenstoff- und Legierungsgehalte erhöhen das Risiko von Kaltverzügen und erfordern strengere Vorwärm- und Zwischenpasskontrollen.

Nützliche Kohlenstoffäquivalentmetriken: - IIW-Kohlenstoffäquivalent (qualitativer Schweißbarkeitsindikator): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Internationale Institut für Schweißen Pcm-Formel (für Vorwärmempfehlungen): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Qualitative Interpretation - NM400, mit seinem höheren nominalen Kohlenstoff-/Legierungs- und Härteziel, wird typischerweise ein höheres $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ als NM360 haben, was auf restriktivere Schweißverfahren hinweist (höhere Vorwärmung, langsamere Zwischenpasskühlung, Verwendung von wasserstoffarmen Verbrauchsmaterialien). - Milderungsmaßnahmen: kontrollierte Vorwärm- und Zwischenpasstemperaturen, abgestimmte oder überdimensionierte Füllmetalle mit ausreichender Zähigkeit, Nachbehandlung (PWHT) wo erforderlich und strenge Kontrolle der Feuchtigkeit, um diffusible Wasserstoff zu begrenzen. - Für schwere Fertigungen müssen die Schweißverfahren für Plattendicke und Güte qualifiziert werden, um HAZ-Härtung und Kaltverzugsempfindlichkeit zu vermeiden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Nicht rostend: Sowohl NM360 als auch NM400 sind nicht rostende Kohlenstoff-/niedriglegierte Stähle. Sie sind nicht für Korrosionsbeständigkeit ausgelegt.
• Oberflächenschutzoptionen: Verzinkung (heißtauchen oder vorbeschichtet), Schutzfarben, Pulverbeschichtungen und opferanoden Beschichtungen. Beachten Sie, dass Verzinkung oder intensive thermische Beschichtungen die Oberflächenhärte beeinflussen oder lokale Spannungen einführen können; berücksichtigen Sie die Kompatibilität des Beschichtungsprozesses mit den endgültigen Härte- und Verschleißanforderungen.
• PREN: Die Äquivalenzzahl für Lochkorrosionsbeständigkeit, $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ ist für diese nicht rostenden Güten nicht anwendbar; der Korrosionsschutz sollte durch die Auswahl der Beschichtung und geeignete kathodische Schutzstrategien behandelt werden.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: NM400 ist aufgrund höherer Härte und Festigkeit schwieriger zu bearbeiten als NM360; der Werkzeugverschleiß ist erhöht. Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge, reduzierte Vorschubgeschwindigkeiten und optimierte Schnittparameter. Vorbearbeitung vor der endgültigen Wärmebehandlung kann vorteilhaft sein.
• Formbarkeit: Kaltumformung ist für beide Güten im Vergleich zu niedriglegierten Baustählen begrenzt; NM360 bietet eine bessere Biegefähigkeit als NM400. Wo komplexe Umformungen erforderlich sind, formen Sie in weicherem Zustand vor dem endgültigen Härten & Anlassen oder verwenden Sie thermische/mechanische Wege, die die Formbarkeit verbessern.
• Verbindung & Montage: Mechanische Befestigungen sind in Anwendungen üblich, in denen Schweißen die lokale Verschleißleistung beeinträchtigen könnte; ziehen Sie verschraubte Baugruppen mit hartbeschichteten Verschleißteilen für die Austauschbarkeit in Betracht.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung - Wählen Sie NM360, wenn mäßige Abriebfestigkeit, bessere Zähigkeit/Formbarkeit und einfacheres Schweißen Priorität haben oder wenn Teile dünner sind und die Stoßlasten moderat sind. - Wählen Sie NM400, wenn die Lebensdauerverlängerung unter starkem abrasivem Verschleiß höhere Material- und Verarbeitungskosten rechtfertigt und wenn die Fertigungsmethoden strengere Schweiß-/Formkontrollen ermöglichen.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: NM400 ist in der Regel teurer pro Kilogramm als NM360 aufgrund höherer Legierungs-/Härtezielvorgaben und rigoroserer Verarbeitung. Die tatsächlichen Kosten hängen vom Lieferanten, der Plattendicke und der Konsistenz der Wärmebehandlung ab.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind häufig in Plattenform von großen Stahlherstellern erhältlich; jedoch kann sehr harte Platten in großen Dicken längere Lieferzeiten oder begrenzte Bestände haben. NM360 könnte in einer breiteren Palette von Dicken und Abmessungen leichter vorrätig sein.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle

Empfehlung - Wählen Sie NM400, wenn Sie maximale abrasive Verschleißfestigkeit und längere Lebensdauer in schwerem Einsatz (z.B. Felsausgrabung, Primärzerkleinerung, schwere Bergbauteile) benötigen und Sie restriktivere Schweiß-/Formverfahren und höhere Materialkosten akzeptieren können. - Wählen Sie NM360, wenn Sie ein Gleichgewicht zwischen Abriebfestigkeit mit besserer Schweißbarkeit, Formbarkeit und niedrigeren Anfangskosten benötigen – geeignet für Förderer, Lastwagenaufbauten, Rutschen und Teile mit mittlerem Verschleiß.

Abschließende Anmerkung Bei der Spezifikation einer der Güten sollten Sie die Lieferantenwerkzeugzertifikate anfordern, die die chemische Zusammensetzung und Härte detailliert angeben, die Qualifizierung des Schweißverfahrens (PQR/WPS) für die beabsichtigte Dicke und die Einsatzbedingungen verlangen und in Betracht ziehen, Verschleißteile für die Austauschbarkeit zu entwerfen, um die Lebenszykluskosten zu optimieren.