NM400 vs NM450 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

NM400 und NM450 sind weit verbreitete hochfeste, abriebfeste (AR) Stähle, die für Anwendungen spezifiziert sind, bei denen der Oberflächenverschleiß die Lebensdauer der Komponenten dominiert: Schaufeln, Rutschen, Auskleidungen, Brecher und schwere Erdbewegungswerkzeuge. Ingenieure und Beschaffungsfachleute entscheiden häufig zwischen ihnen, basierend auf Abwägungen zwischen Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Schweißbarkeit, Herstellbarkeit und Kosten. Typische Entscheidungskontexte umfassen, ob ein höherer anfänglicher Materialkostenaufwand für eine größere Abriebfestigkeit durch eine längere Lebensdauer gerechtfertigt ist oder ob eine bessere Schlagzähigkeit und eine einfachere Fertigung wichtiger sind.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen diesen beiden Güten ist das Niveau der entworfenen Verschleißfestigkeit: NM450 ist spezifiziert und verarbeitet, um eine höhere Härte und verbesserte Abriebfestigkeit als NM400 zu liefern, während NM400 für ein ausgewogeneres Verhältnis von Festigkeit, Zähigkeit und Fertigungsprofil optimiert ist. Da beide Güten ähnliche Produktfamilien (Platten, Auskleidungen und Profile) anvisieren, werden sie häufig verglichen, wenn es darum geht, die Lebensdauer von Komponenten, Reparaturintervalle und die Gesamtkosten des Eigentums zu optimieren.

1. Normen und Bezeichnungen

NM-Typ-Stähle sind am häufigsten in nationalen und regionalen Normen für abriebfeste Kohlenstoff-/Legierungsstähle zu finden, anstatt in internationalen Normen für Werkzeug- oder Edelstahl.

• GB (China): NM400, NM450 erscheinen in chinesischen Normen, die verschleißfeste Stähle abdecken (häufig in Beschaffungs- und Werkszertifikaten erwähnt).
• EN (Europa): Entsprechende Produkte werden unter Namen wie AR400 / AR450 oder als EN 10029/10051-Familien vermarktet; eine direkte Eins-zu-eins-Entsprechung erfordert Überprüfungen der Werkszertifikate.
• JIS (Japan) / ASTM/ASME (USA): Diese Normen bieten separate Familien für abriebfeste Stähle und hochfeste Platten (z. B. ASTM A611, A514 oder AR400-Äquivalente), aber erneut unterscheiden sich die Bezeichnungen — überprüfen Sie die Chemie und mechanischen Eigenschaften und nicht nur den Namen.

Klassifizierung: NM400 und NM450 sind Kohlenstoff-/Legierungsstähle, die oft innerhalb der breiteren Produktfamilien hochfester, niedriglegierter (HSLA) und vergüteter Produkte betrachtet werden, anstatt als Werkzeugstähle oder Edelstähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Im Folgenden finden Sie einen qualitativen Vergleich der gängigen chemischen Entwurfsansätze für jede Güte. Die genauen Zusammensetzungen variieren je nach Werk und müssen durch Materialzertifikate für jede kritische Anwendung bestätigt werden.

Element	NM400 (typische Entwurfsabsicht)	NM450 (typische Entwurfsabsicht)
C (Kohlenstoff)	Niedriger bis moderater Kohlenstoff zur Balance von Härte und Zähigkeit	Moderater Kohlenstoff, typischerweise höher als NM400 zur Unterstützung höherer Härte
Mn (Mangan)	Moderates Mn für Festigkeit und Härtbarkeit	Moderates bis erhöhtes Mn zur Unterstützung der Härtbarkeit und Festigkeit
Si (Silizium)	Kleine Zugabe zur Entgasung und Festigkeit	Ähnlich wie NM400; kontrollierter Gehalt
P (Phosphor)	Niedrig gehalten (Verunreinigungssteuerung)	Niedrig gehalten
S (Schwefel)	Niedrig, kontrolliert (Einschlüsse minimiert)	Niedrig, kontrolliert
Cr (Chrom)	Kann in kleinen Mengen vorhanden sein, um den Verschleiß zu verbessern	Oft leicht höher oder kontrolliert für Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit
Ni (Nickel)	Typischerweise minimal oder abwesend	Minimal oder kontrolliert, wenn eine Verbesserung der Zähigkeit angestrebt wird
Mo (Molybdän)	Kann in kleinen Mengen verwendet werden, um die Härtbarkeit zu erhöhen	In einigen Rezepturen verwendet, um die Härtbarkeit und die Vergütungsbeständigkeit zu verbessern
V, Nb, Ti (Mikrolegerung)	Mögliche Mikrolegerungszusätze zur Verfeinerung der Korngröße und Verbesserung der Zähigkeit	Kann Mikrolegerung zur Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit bei höherer Härte enthalten
B (Bor)	Typischerweise kein Hauptmerkmal, kann aber in Spuren verwendet werden, um die Härtbarkeit zu erhöhen	Spurenzusätze in einigen Werken möglich
N (Stickstoff)	Kontrolliert, um Versprödung zu vermeiden	Kontrolliert

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt - Kohlenstoff und Mangan sind primäre Hebel für Härte und Härtbarkeit. Höherer Kohlenstoff führt zu höherer erreichbarer Härte für eine gegebene Wärmebehandlung, verringert jedoch tendenziell die Duktilität und erschwert das Schweißen. - Kleine Zusätze von Cr und Mo erhöhen die Härtbarkeit und die abrasive Verschleißfestigkeit und verbessern die Vergütungsbeständigkeit. - Mikrolegerungselemente (V, Nb, Ti) verfeinern die Korngröße und erhöhen die Streckgrenze ohne übermäßigen Kohlenstoff, was die Zähigkeit bei erhöhten Härtegraden verbessert. - Schwefel und Phosphor werden kontrolliert, da sie die Zähigkeit verringern und die Schweißbarkeit beeinträchtigen können.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Herstellungswege umfassen kontrolliertes Walzen/thermomechanische Verarbeitung, Abschrecken und Anlassen (Q&T) und in einigen Fällen beschleunigte Kühlung, um eine bainitische oder vergütete martensitische Struktur zu erzeugen.

NM400 - Produziert, um eine vergütete Martensit- oder feine Bainit/Martensit-Matrix je nach Verarbeitung zu erreichen. - Thermomechanisches Walzen mit kontrollierter Kühlung ergibt eine verfeinerte Ferrit-Perlit- oder bainitische Struktur mit lokalen harten Phasen; Q&T-Varianten erzeugen vergütete Martensite für höhere Härte. - Reaktion auf Wärmebehandlung: moderate Härtbarkeit ermöglicht das Erreichen der Zielhärte mit herkömmlichen Abschreckzyklen; Anlassen stellt die Zähigkeit wieder her.

NM450 - Verarbeitet, um höhere Härtegrade zu erreichen; typische Mikrostruktur zielt auf feinere, hochfeste Bainit oder vergütete Martensit mit einem größeren Anteil an harten Bestandteilen ab. - Thermomechanisches Walzen mit aggressiverer Kühlung oder Q&T, das für höhere Härtbarkeit ausgelegt ist, ist üblich. - Reaktion auf Wärmebehandlung: erfordert leicht unterschiedliche thermische Zyklen, um übermäßige Sprödigkeit zu vermeiden und gleichzeitig die Härte zu maximieren; Anlassen ist entscheidend, um Festigkeit und Zähigkeit auszubalancieren.

Praktische Konsequenzen - Die Mikrostruktur von NM450 wird in Richtung höherer Härte und verschleißfester Phasen gedrängt; dies verbessert die abrasive Lebensdauer, erfordert jedoch eine strengere Kontrolle der Wärmebehandlung und Kühlraten, um die Zähigkeit aufrechtzuerhalten. - Normalisierungs- oder Spannungsabbauzyklen werden unterschiedlich verwendet: Überanlassen oder unsachgemäße Kühlung kann die Verschleißleistung verringern; unzureichendes Anlassen kann spröde Mikrostrukturen hinterlassen.

4. Mechanische Eigenschaften

Bereitgestellt als qualitative Vergleiche; genaue mechanische Eigenschaften hängen von der Produktform, Dicke und Wärmebehandlung des Werks ab.

Eigenschaft	NM400	NM450
Zugfestigkeit	Hoch (dienstorientiert)	Höher als NM400
Streckgrenze	Hoch	Höher als NM400
Dehnung (Duktilität)	Moderat — gute Balance	Leicht niedriger als NM400 bei vergleichbarer Härte
Schlagzähigkeit	Bessere Balance zwischen Zähigkeit und Härte	Kann niedriger sein, wenn die Härte maximiert wird; Hersteller passen oft für angemessene Zähigkeit an
Härte (Oberfläche/Härtebewertung)	Entwickelt für ~400 HB Härteklasse-Leistung (Bezeichnungsbasis)	Entwickelt für ~450 HB Härteklasse-Leistung (Bezeichnungsbasis)

Warum diese Unterschiede auftreten - NM450 zielt auf höhere Härte für Abriebfestigkeit durch erhöhten Kohlenstoff, Legierung oder unterschiedliche Verarbeitung ab; das erhöht die Zug- und Streckgrenzen, kann jedoch die Dehnung und Schlagzähigkeit verringern, wenn es nicht mit Legierung und thermischer Verarbeitung ausgeglichen wird. - NM400 wird oft gewählt, wenn ein Kompromiss zwischen Zähigkeit und Verschleißfestigkeit erforderlich ist, insbesondere wenn Schlag- und Rissbildung signifikant sind.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird weitgehend durch den Kohlenstoffäquivalent und den Mikrolegerungsgehalt bestimmt. Zwei gängige empirische Formeln zur Bewertung des Risikos von wasserstoffunterstütztem Kaltreißen und der Härtung der wärmebeeinflussten Zone sind:

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

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

Interpretation (qualitativ) - Höherer Kohlenstoff, höheres Mn und Zusätze von Cr/Mo/V erhöhen $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$, was auf eine größere Härtbarkeit und ein höheres Risiko von HAZ-Härtung und Rissbildung hinweist. NM450 zeigt typischerweise höhere Indizes als NM400, was strengere Anforderungen an Vorwärmung, Interpass-Temperaturkontrolle und Nachschweißwärmebehandlung impliziert. - Mikrolegerung (Nb, V, Ti) erhöht die Festigkeit, kann jedoch die Härtbarkeit erhöhen; kontrollierte Gehalte und ordnungsgemäße Schweißverfahren mindern das Rissrisiko. - Praktische Empfehlungen: Verwenden Sie wasserstoffarme Verbrauchsmaterialien, vorwärmen Sie dickere Abschnitte oder hoch $CE$ Stähle, kontrollieren Sie die Interpass-Temperaturen und ziehen Sie PWHT oder lokale Wärmeinput-Management in Betracht, wenn Sie NM450 in schweren Abschnitten schweißen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

NM400 und NM450 sind nichtrostende Kohlenstoff-/Legierungsstähle; die Korrosionsbeständigkeit ist begrenzt und nicht intrinsisch für ihre Bezeichnung.

• Nichtrostender Schutz: Häufige Oberflächenschutzmaßnahmen umfassen Beschichtungen, abriebfeste Beschichtungen, thermische Spritzüberzüge und Feuerverzinkung (wo es für die Betriebsumgebung angemessen ist). In den meisten abrasiven Umgebungen werden opferbare Beschichtungen schnell verbraucht; häufig werden Verschleißauskleidungen als austauschbare opferbare Elemente verwendet.
• Wenn rostähnliche Korrosionsindizes berücksichtigt werden, wird eine PREN-Formel für Edelstahlgüten verwendet; sie ist nicht auf NM-Güten anwendbar:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Klärung: NM-Güten sind nicht für Korrosionsbeständigkeit ausgelegt; PREN- und Edelstahlkriterien sind irrelevant, es sei denn, die Legierungschemie umfasst absichtlich erhebliche Mengen an Cr/Mo und N (in diesem Fall wäre das Material nicht typisch für NM400/NM450).

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden: Die höhere Härte von NM450 erhöht den Werkzeugverschleiß während des thermischen Schneidens und der mechanischen Bearbeitung im Vergleich zu NM400. Plasma- und oxyfuel Schneidparameter müssen angepasst werden; Vorwärmen und langsameres Schneiden können erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden.
• Biegen/Formen: Duktilitätsreduktionen bei höherer Härte bedeuten, dass NM400 im Allgemeinen einfacher zu formen ist; NM450 erfordert eine strengere Kontrolle der Biegeradien und möglicherweise Vorwärmen oder lokale Wärmebehandlung für schwere Formoperationen.
• Bearbeitbarkeit: Beide sind schwieriger zu bearbeiten als unlegierte Stähle; NM450 ist typischerweise die herausforderndere aufgrund höherer Härte und abrasiver Karbide. Der Einsatz von Hartmetallwerkzeugen, stabilen Aufbauten und konservativen Parametern ist Standard.
• Oberflächenbearbeitung: Schleifen und Oberflächenveredelung für NM450 erfordern häufigeres Werkzeugdressieren und Aufmerksamkeit auf die Wärmeentwicklung, um Oberflächenvergütung zu vermeiden.

8. Typische Anwendungen

NM400 (häufige Anwendungen)	NM450 (häufige Anwendungen)
Truck- und Lader-Schaufelauskleidungen, wo Schlag und moderater Abrieb auftreten	Hochverschleißfeste Auskleidungen, Rutschen und Siebe, die schwerem abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, wo die Lebensdauer priorisiert wird
Förderband-Schienen, Verschleißplatten in moderaten Abriebumgebungen	Mahlanlagen-Auskleidungen, schwere Brecherbacken und Anwendungen, bei denen Schneid-/Schleifabrieb dominiert
Teile, die eine bessere Balance zwischen Zähigkeit und Verschleiß erfordern (z. B. Gesteinsbrecher)	Teile, bei denen maximale Abriebfestigkeit erforderlich ist und die Austauschintervalle minimiert werden müssen

Auswahlbegründung - Wählen Sie NM400, wenn Teile einer kombinierten Belastung durch Schlag und Abrieb ausgesetzt sind, eine bessere Duktilität und Schweißbarkeit erfordern oder wenn niedrigere Gesamtkosten für Material mit häufigeren Austausch akzeptabel sind. - Wählen Sie NM450, wenn abrasiver Verschleiß der dominante Ausfallmodus ist und die Maximierung der Zeit zwischen Wartung oder Austausch die zusätzlichen Material- und Fertigungskosten überwiegt.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relative Kosten: NM450 hat typischerweise einen Aufpreis gegenüber NM400 aufgrund höherer Legierung, strengerer Verarbeitung und der Notwendigkeit einer engeren Qualitätskontrolle. Die genauen Preisunterschiede variieren je nach Markt, Dicke und Werk.
• Verfügbarkeit: Beide Güten werden von großen Werken in Platten- und Auskleidungsformen weit verbreitet produziert, aber die Verfügbarkeit für spezifische Dicken und Oberflächenbedingungen kann regional variieren. NM400 ist oft in einer breiteren Palette von Dicken leichter verfügbar; NM450 kann in Standardplattengrößen und bestimmten Dickenbändern vorrätig sein.

Überlegungen zur Produktform - Platten, maßgeschneiderte Auskleidungen, geschweißte Baugruppen und gefertigte Komponenten sind gängige Produktformen. Die Vorlaufzeiten und maßgeschneiderte Wärmebehandlungen steigen mit der Komplexität.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Merkmal	NM400	NM450
Schweißbarkeit	Besser (im Durchschnitt niedrigere Härtbarkeit)	Anfordernder (höhere Härtbarkeit)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Ausgewogen (gute Duktilität und Zähigkeit)	Höhere Festigkeit und Härte; Zähigkeit muss konstruiert werden
Kosten	Niedriger (generell)	Höher (generell)

Empfehlung - Wählen Sie NM400, wenn: - Der Dienst eine signifikante Kombination aus Schlag und Abrieb umfasst. - Verarbeitung, Schweißbarkeit und Duktilität wichtig sind, um die Reparaturkomplexität zu reduzieren. - Niedrigere Materialkosten und einfacheres Schweißen vor Ort Priorität haben.

• Wählen Sie NM450, wenn:
• Abrasiver Verschleiß der dominante Ausfallmodus ist und die Maximierung der Lebensdauer wertvoller ist als die anfänglichen Material- und Fertigungskosten.
• Der Entwurfs- und Fertigungsprozess strengere Schweiß- und Wärmebehandlungssteuerungen ermöglichen kann.
• Teile austauschbare Auskleidungen oder Komponenten sind, bei denen höhere Härte direkt zu weniger Eingriffen führt.

Abschließende Überlegungen - Überprüfen Sie immer die Werkszertifikate auf die tatsächliche Chemie und mechanischen Eigenschaften, bevor Sie Material spezifizieren oder akzeptieren. - Für kritische Komponenten fordern Sie Härtekarten, Wärmebehandlungsunterlagen und, falls erforderlich, Daten zur Schlagzähigkeit bei der vorgesehenen Betriebstemperatur an. - Pilotversuche, Feldversuche oder Verschleißtests unter repräsentativen Betriebsbedingungen bieten oft die beste Grundlage für die endgültige Auswahl der Güte und die Berechnung der Gesamtkosten des Eigentums.