NM400 vs NM450 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros NM400 y NM450 son aceros de alta resistencia y resistentes a la abrasión (AR) ampliamente utilizados en aplicaciones donde el desgaste superficial determina la vida útil de los componentes: cucharones, tolvas, revestimientos, trituradoras y herramientas de corte de alta resistencia. Los ingenieros y profesionales de compras suelen elegir entre ellos considerando el equilibrio entre resistencia al desgaste, tenacidad, soldabilidad, facilidad de fabricación y costo. Las decisiones típicas incluyen determinar si un mayor costo inicial del material para obtener una mayor resistencia a la abrasión se justifica por una mayor vida útil, o si una mayor tenacidad al impacto y una mayor facilidad de fabricación son más importantes.

La principal diferencia práctica entre estos dos grados radica en el nivel de resistencia al desgaste: el NM450 se especifica y procesa para ofrecer mayor dureza y mejor resistencia a la abrasión que el NM400, mientras que el NM400 se optimiza para un perfil más equilibrado de resistencia, tenacidad y facilidad de fabricación. Dado que ambos grados se destinan a familias de productos similares (placas, revestimientos y perfiles), se suelen comparar para optimizar la vida útil de los componentes, los intervalos de reparación y el coste total de propiedad.

1. Normas y designaciones

Los aceros de tipo NM se encuentran con mayor frecuencia en las normas nacionales y regionales para aceros al carbono/aleados resistentes a la abrasión que en las normas internacionales para herramientas o aceros inoxidables.

• GB (China): NM400, NM450 aparecen en las normas chinas que cubren aceros resistentes al desgaste (a menudo se hace referencia a ellos en los certificados de adquisición y de fábrica).
• EN (Europa): Los productos equivalentes se comercializan con nombres como AR400 / AR450 o como familias EN 10029/10051; la correspondencia directa uno a uno requiere comprobaciones de certificados de fábrica.
• JIS (Japón) / ASTM/ASME (EE. UU.): Estas normas proporcionan familias separadas para aceros resistentes a la abrasión y placas de alta dureza (por ejemplo, ASTM A611, A514 o equivalentes AR400), pero, de nuevo, los nombres de los grados difieren; compruebe la composición química y las propiedades mecánicas en lugar de fijarse solo en el nombre.

Clasificación: Los aceros NM400 y NM450 son aceros al carbono/aleados resistentes a la abrasión, que a menudo se consideran dentro de las familias de productos de alta resistencia y baja aleación (HSLA) y templados/revenidos, en lugar de aceros para herramientas o grados inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se presenta una comparación cualitativa de los enfoques de diseño químico más comunes para cada grado. Las composiciones exactas varían según la fábrica y deben confirmarse mediante certificados de materiales para cualquier aplicación crítica.

Elemento	NM400 (intención de diseño típica)	NM450 (intención de diseño típica)
C (Carbono)	Contenido de carbono bajo a moderado para equilibrar la dureza y la tenacidad.	Contenido moderado de carbono, generalmente superior al NM400 para favorecer una mayor dureza.
Mn (manganeso)	Contenido moderado de manganeso para mayor resistencia y templabilidad	Contenido moderado a elevado de manganeso para favorecer la templabilidad y la resistencia.
Si (silicio)	Pequeño aditivo para desoxidación y fortalecimiento	Similar al NM400; nivel controlado
P (Fósforo)	Mantenido bajo (control de impurezas)	Manteniéndose bajo
S (Azufre)	Bajo, controlado (inclusiones minimizadas)	Bajo, controlado
Cr (Cromo)	Puede estar presente en pequeñas cantidades para mejorar el desgaste.	A menudo, la dureza y la resistencia al desgaste son ligeramente superiores o se controlan.
Ni (níquel)	Normalmente mínimo o ausente	Mínimo o controlado si el objetivo es mejorar la resistencia.
Mo (Molibdeno)	Puede utilizarse en pequeñas cantidades para aumentar la endurecimiento.	Se utiliza en algunas recetas para mejorar la templabilidad y la resistencia al revenido.
V, Nb, Ti (microaleación)	Posibles adiciones de microaleaciones para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad	Puede incluir microaleaciones para mejorar la resistencia y la tenacidad a mayor dureza.
B (Boro)	No suele ser una característica de diseño principal, pero puede utilizarse en cantidades ínfimas para aumentar la templabilidad.	Es posible añadir trazas en algunos molinos.
N (Nitrógeno)	Controlado para evitar la fragilidad	Revisado

Cómo afecta la aleación a las propiedades El carbono y el manganeso son factores clave para la dureza y la templabilidad. Un mayor contenido de carbono permite alcanzar una mayor dureza con un tratamiento térmico determinado, pero tiende a reducir la ductilidad y a dificultar la soldadura. - Pequeñas adiciones de Cr y Mo aumentan la templabilidad y la resistencia al desgaste abrasivo, y mejoran la resistencia al revenido. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) refinan el tamaño del grano y aumentan la resistencia a la fluencia sin exceso de carbono, mejorando la tenacidad a niveles de dureza elevados. - El azufre y el fósforo se controlan porque reducen la tenacidad y pueden afectar la soldabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las rutas de fabricación típicas incluyen el laminado controlado/procesamiento termomecánico, el temple y revenido (Q&T) y, en algunos casos, el enfriamiento acelerado para producir una estructura bainítica o martensítica revenida.

NM400 - Producido para lograr una martensita revenida o una matriz fina de bainita/martensita dependiendo del procesamiento. - El laminado termomecánico con enfriamiento controlado produce una estructura refinada de ferrita-perlita o bainítica con fases duras locales; las variantes de temple y revenido producen martensita templada para una mayor dureza. - Respuesta al tratamiento térmico: la templabilidad moderada permite alcanzar la dureza objetivo con ciclos de temple convencionales; el revenido restaura la tenacidad.

NM450 - Procesado para lograr mayores niveles de dureza; la microestructura típica busca bainita más fina y de mayor resistencia o martensita revenida con una mayor proporción de constituyentes duros. - Es común el laminado termomecánico con enfriamiento más agresivo o el tratamiento térmico y recocido diseñado para una mayor templabilidad. - Respuesta al tratamiento térmico: requiere ciclos térmicos ligeramente diferentes para evitar una fragilidad excesiva y maximizar la dureza; el revenido es fundamental para equilibrar la resistencia y la tenacidad.

Consecuencias prácticas - La microestructura del NM450 se orienta hacia fases de mayor dureza y resistencia al desgaste; esto mejora la vida útil abrasiva, pero requiere un control más estricto del tratamiento térmico y las velocidades de enfriamiento para mantener la tenacidad. Los ciclos de normalización o alivio de tensiones se utilizan de forma diferente: un revenido excesivo o un enfriamiento inadecuado pueden reducir la resistencia al desgaste; un revenido insuficiente puede dejar microestructuras frágiles.

4. Propiedades mecánicas

Se proporcionan como comparaciones cualitativas; las propiedades mecánicas exactas dependen de la forma del producto, el espesor y el tratamiento térmico de fabricación.

Propiedad	NM400	NM450
Resistencia a la tracción	Alto (orientado al servicio)	Superior a NM400
Fuerza de fluencia	Alto	Superior a NM400
Alargamiento (ductilidad)	Moderado — buen equilibrio	Ligeramente inferior a NM400 con una dureza comparable.
resistencia al impacto	Mejor equilibrio entre tenacidad y dureza	Puede ser menor si se maximiza la dureza; los fabricantes a menudo la adaptan para lograr una tenacidad adecuada.
Dureza (clasificación de dureza superficial)	Diseñado para un rendimiento de clase de dureza de ~400 HB (según la designación).	Diseñado para un rendimiento de clase de dureza de ~450 HB (según la designación).

¿Por qué se producen estas diferencias? - El NM450 busca una mayor dureza para la resistencia a la abrasión mediante un mayor contenido de carbono, aleación o un procesamiento diferente; esto aumenta la resistencia a la tracción y la resistencia a la fluencia, pero puede reducir la elongación y la tenacidad al impacto si no se equilibra con la aleación y el procesamiento térmico. - El NM400 se suele elegir cuando se requiere un equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste, especialmente cuando los impactos y los arañazos son significativos.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está determinada en gran medida por el equivalente de carbono y el contenido de microaleación. Dos fórmulas empíricas comunes utilizadas para evaluar el riesgo de fisuración en frío asistida por hidrógeno y el endurecimiento de la zona afectada por el calor son:

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

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

Interpretación (cualitativa) Un mayor contenido de carbono y manganeso, junto con la adición de Cr/Mo/V, incrementa los valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, lo que indica una mayor templabilidad y un mayor riesgo de endurecimiento y agrietamiento de la ZAT. El acero NM450 suele presentar índices más altos que el NM400, lo que implica requisitos más estrictos de precalentamiento, control de la temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura. La microaleación (Nb, V, Ti) aumenta la resistencia pero puede aumentar la templabilidad; sin embargo, los niveles controlados y los procedimientos de soldadura adecuados mitigan el riesgo de agrietamiento. - Recomendaciones prácticas: utilice consumibles de bajo hidrógeno, precaliente secciones más gruesas o aceros de alto $CE$, controle las temperaturas entre pasadas y considere el tratamiento térmico posterior a la soldadura o la gestión local de la entrada de calor al soldar NM450 en secciones gruesas.

6. Corrosión y protección de superficies

Los aceros NM400 y NM450 son aceros al carbono/aleados no inoxidables; su resistencia a la corrosión es limitada y no es intrínseca a su designación.

• Protección de materiales no inoxidables: las protecciones superficiales comunes incluyen pintura, recubrimientos resistentes a la abrasión, recubrimientos por proyección térmica y galvanizado en caliente (cuando sea apropiado para el entorno de servicio). En la mayoría de los entornos abrasivos, los recubrimientos de sacrificio se consumen rápidamente; con frecuencia, se utilizan revestimientos de desgaste como elementos de sacrificio reemplazables.
• Cuando se consideran índices de corrosión similares a los del acero inoxidable, se utiliza una fórmula PREN para los grados de acero inoxidable; no es aplicable a los grados NM:

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

• Aclaración: Los grados NM no están diseñados para la resistencia a la corrosión; los criterios PREN y de acero inoxidable son irrelevantes a menos que la composición química de la aleación incluya intencionalmente cantidades sustanciales de Cr/Mo y N (en cuyo caso el material no sería un NM400/NM450 típico).

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: La mayor dureza del NM450 aumenta el desgaste de la herramienta durante el corte térmico y el mecanizado mecánico en comparación con el NM400. Los parámetros de corte por plasma y oxicorte deben ajustarse; puede ser necesario precalentar y reducir la velocidad de corte para evitar el agrietamiento.
• Doblado/conformado: Las reducciones de ductilidad a mayor dureza significan que el NM400 generalmente es más fácil de conformar; el NM450 requiere un control más preciso de los radios de curvatura y potencialmente precalentamiento o tratamiento térmico local para operaciones de conformado severas.
• Maquinabilidad: Ambos aceros son más difíciles de mecanizar que los aceros dulces; el NM450 suele ser el más complicado debido a su mayor dureza y a la presencia de carburos abrasivos. El uso de herramientas de carburo, configuraciones rígidas y parámetros conservadores es habitual.
• Acabado: El rectificado y el acabado superficial del NM450 requieren un acondicionamiento de herramientas más frecuente y una mayor atención a la generación de calor para evitar el revenido superficial.

8. Aplicaciones típicas

NM400 (usos comunes)	NM450 (usos comunes)
Revestimientos de cucharones de camiones y cargadoras donde se producen impactos y abrasión moderada	Revestimientos, conductos y cribas de alto desgaste sometidos a un desgaste abrasivo severo donde la vida útil es prioritaria.
Patines de transportadores, placas de desgaste en entornos de abrasión moderada	Revestimientos para molinos de molienda, mandíbulas de trituradoras de alta resistencia y aplicaciones donde predomina la abrasión por corte/molienda.
Piezas que requieren un mejor equilibrio entre resistencia y durabilidad (por ejemplo, rompedoras de rocas)	Piezas donde se requiere máxima resistencia a la abrasión y los intervalos de reemplazo deben minimizarse.

Justificación de la selección - Elija NM400 cuando las piezas estén expuestas a impactos y abrasión combinados, requieran mayor ductilidad y soldabilidad, o cuando se acepte un menor costo total del material con reemplazos más frecuentes. - Elija NM450 cuando el desgaste abrasivo sea el modo de fallo predominante y maximizar el tiempo entre servicios o sustituciones compense los costes adicionales de material y fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero NM450 suele tener un precio superior al del NM400 debido a su mayor aleación, un procesamiento más riguroso y la necesidad de un control de calidad más estricto. Las diferencias de precio exactas varían según el mercado, el espesor y la fábrica.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen ampliamente en forma de placas y revestimientos por las principales acerías, pero la disponibilidad para espesores y acabados superficiales específicos puede variar según la región. El NM400 suele estar más disponible en una gama más amplia de espesores; el NM450 puede encontrarse en placas de tamaño estándar y en ciertos rangos de espesor.

Consideraciones sobre el formato del producto Las placas, los revestimientos cortados a medida, los conjuntos soldados y los componentes fabricados son formatos de producto comunes. Los plazos de entrega y los tratamientos térmicos personalizados aumentan con la complejidad.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Característica	NM400	NM450
soldabilidad	Mejor (menor endurecimiento en promedio)	Más exigente (mayor capacidad de endurecimiento)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado (buena ductilidad y tenacidad)	Mayor resistencia y dureza; la tenacidad debe ser diseñada.
Costo	Menor (generalmente)	Mayor (generalmente)

Recomendación - Elija NM400 si: - El servicio incluye una combinación significativa de impacto y abrasión. La fabricación, la soldabilidad y la ductilidad son importantes para reducir la complejidad de las reparaciones. - Un menor coste de los materiales y una soldadura en obra más sencilla son prioridades.

• Elija NM450 si:
• El desgaste abrasivo es el modo de fallo predominante, y maximizar la vida útil es más valioso que el coste inicial del material y de fabricación.
• El proceso de diseño y fabricación permite un control más estricto de la soldadura y el tratamiento térmico.
• Las piezas son revestimientos o componentes reemplazables donde una mayor dureza se traduce directamente en menos intervenciones.

Consideraciones finales - Verifique siempre los certificados de fábrica para conocer las propiedades químicas y mecánicas reales antes de especificar o aceptar el material. - Para los componentes críticos, solicite mapas de dureza, registros de tratamiento térmico y, si es necesario, datos de resistencia al impacto a la temperatura de servicio prevista. - Las pruebas piloto, las pruebas de campo o las pruebas de desgaste en condiciones de servicio representativas suelen proporcionar la mejor base para la selección final del grado y los cálculos del costo total de propiedad.