NM400 vs WNM400 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

NM400 y WNM400 son dos grados de acero resistentes a la abrasión (AR) estrechamente relacionados, comúnmente especificados para componentes críticos sometidos a desgaste, como cangilones, tolvas, revestimientos y piezas de transportadores. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre estos grados, donde las compensaciones incluyen la vida útil frente al coste de compra, la soldabilidad frente a la tenacidad en todo el espesor y la simplicidad de fabricación frente al rendimiento mecánico óptimo.

La principal diferencia práctica entre ambos es que el WNM400 se produce mediante un proceso de microaleación y/o fabricación controlado, diseñado para refinar la microestructura y mejorar el rendimiento (especialmente la tenacidad y la soldabilidad), manteniendo la misma clase de dureza nominal que el NM400. Dado que ambos se utilizan en aplicaciones de desgaste similares y suelen comercializarse en el mismo rango de dureza (valores HRC/HBW en torno a 400), se comparan habitualmente al especificar placas, piezas fabricadas o revestimientos de repuesto.

1. Normas y designaciones

• Normas nacionales y regionales comunes en las que aparecen los aceros AR:
• China: GB/T (común para la serie NM)
• Japón: Designaciones JIS y JFE/SSAB patentadas
• Europa: Normas EN y aceros AR patentados de los proveedores
• EE. UU.: ASTM/ASME suelen hacer referencia a los aceros resistentes a la abrasión por su nombre comercial o dureza, en lugar de por una única designación química ASTM.
• Clasificación:
• NM400: Acero al carbono-manganeso de alta dureza y resistente a la abrasión (acero AR), generalmente una categoría de baja aleación/HSLA orientada a la resistencia al desgaste.
• WNM400: Una variante de NM400 producida con microaleación y procesamiento controlado; sigue siendo un acero AR de la misma familia, pero con adiciones de microaleación diseñadas y/o procesamiento termomecánico para mejorar la tenacidad y/o la soldabilidad.

Nota: Ni el NM400 ni el WNM400 son aceros inoxidables; ambos están diseñados para ofrecer resistencia al desgaste en lugar de resistencia a la corrosión.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	NM400 (presencia típica)	WNM400 (presencia típica)	Función y comentarios
do	Bajo–moderado	Bajo-moderado (a menudo controlado de forma similar)	El carbono proporciona templabilidad y resistencia, pero empeora la soldabilidad y la resistencia al impacto a bajas temperaturas si es excesivo.
Minnesota	Moderado	Moderado	El manganeso aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción; es común en los aceros AR.
Si	Bajo–moderado	Bajo–moderado	El silicio es un desoxidante y contribuye a la resistencia.
PAG	Muy bajo (controlado)	Muy bajo (controlado)	El fósforo es perjudicial para la resistencia y se mantiene en niveles bajos.
S	Muy bajo (controlado)	Muy bajo (controlado)	El azufre reduce la maquinabilidad pero perjudica la tenacidad; los niveles controlados son estándar.
Cr	Menor o ninguna	Menor o ninguna	El cromo puede estar presente en cantidades traza; no es un componente principal de la resistencia a la corrosión.
Ni	Normalmente ninguno	Normalmente ninguno	No se utiliza generalmente en aceros AR tipo NM estándar.
Mes	Normalmente ninguna o trazas	Normalmente ninguna o trazas	El molibdeno se usa muy poco en estos grados; pueden aparecer cantidades mínimas.
V	Generalmente ninguno	Microaleación de trazas (posible)	El vanadio, como microaleación, refina el grano y contribuye al fortalecimiento por precipitación.
Nb (Nb/Ta)	Generalmente ninguno	Microaleación de trazas (posible)	El niobio refina el grano y mejora la tenacidad después del laminado controlado.
Ti	Generalmente ninguno	Microaleación de trazas (posible)	El titanio fija el nitrógeno y puede refinar el grano si se añade.
B	Generalmente ninguno	A veces se utiliza en trazas para mejorar la endurebilidad.	El boro se usa raramente, pero puede aumentar notablemente la templabilidad en cantidades muy pequeñas.
norte	Controlado (residual)	Controlado (a menudo más bajo a través de Ti)	El nitrógeno afecta la resistencia y la tenacidad; las adiciones de Ti pueden capturar N para mejorar las propiedades.

Notas: La tabla utiliza descriptores cualitativos debido a que los límites químicos exactos varían según el fabricante y las especificaciones. La estrategia clave para WNM400 consiste en la adición deliberada de pequeñas cantidades de elementos de microaleación (V, Nb, Ti o combinaciones) y/o un control más estricto de la química y el procesamiento para refinar la microestructura y reducir el equivalente de carbono para una dureza objetivo. Los niveles de microaleación son pequeños (ppm–cientos de ppm); están destinados a mejorar el control del grano, permitir objetivos de carbono más bajos para la misma dureza y mejorar el equilibrio entre resistencia y tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructura típica (laminada en caliente/templada y revenida o procesada mediante tratamiento térmico):
• NM400: Se produce para lograr una microestructura dura y resistente al desgaste (a menudo martensita revenida, bainita o una matriz mixta martensítica/bainítica revenida, según el espesor y el tratamiento térmico). El procesamiento convencional da como resultado una estructura de grano de grueso a moderado, dependiendo de las velocidades de laminación y enfriamiento.
• WNM400: La microaleación y el procesamiento termomecánico controlado (TMCP) tienden a producir una matriz bainítica/martensítica templada de grano más fino y más uniforme con dispersiones de precipitados de microaleación que ayudan a fijar los límites de grano y aumentar la tenacidad.
• Respuesta al tratamiento térmico:
• Normalización: Ambos grados responden a la normalización aliviando la segregación y refinando el tamaño del grano; el WNM400 se beneficia más porque los precipitados de microaleación estabilizan los granos finos.
• Temple y revenido: Posible para componentes más gruesos o donde se requiere mayor resistencia; el revenido ajusta la dureza y la tenacidad. Los aceros microaleados pueden alcanzar una dureza similar con un contenido de carbono ligeramente inferior, lo que hace que el revenido sea más favorable.
• Procesamiento de control termomecánico (TMCP): Si se aplica, el TMCP mejora la tenacidad y la resistencia en ambos aspectos; el concepto WNM400 generalmente se basa en el TMCP más la microaleación para optimizar las propiedades sin ciclos de tratamiento térmico más intensos.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	NM400 (comportamiento típico)	WNM400 (comportamiento típico)
Resistencia a la tracción	Alto (diseñado para usar)	Alto (similar o ligeramente superior debido a la microaleación y el refinamiento)
Fuerza de fluencia	Alto	Alto; la microaleación puede aumentar modestamente el rendimiento con una dureza equivalente.
Alargamiento (ductilidad)	De moderado a bajo (depende de la dureza y el grosor)	A menudo se mejora (mayor ductilidad con dureza equivalente mediante el refinamiento del grano).
resistencia al impacto	Variable; puede ser menor a bajas temperaturas.	En general, mejor; la microaleación y el procesamiento controlado mejoran la tenacidad a bajas temperaturas.
Dureza (clase nominal)	~400 HB clase (depende del proveedor)	Clase ~400 HB (misma dureza objetivo pero con mayor tenacidad)

Explicación: El objetivo mecánico principal para ambos materiales es la resistencia a la abrasión (dureza). El WNM400 busca mantener la dureza objetivo, mejorando a la vez la tenacidad y la ductilidad mediante procesos metalúrgicos, en lugar de aumentar el contenido de carbono u otros elementos perjudiciales. - En la práctica, el WNM400 puede permitir un uso más seguro en secciones más gruesas o en entornos más fríos donde el NM400 puede ser más quebradizo.

5. Soldabilidad

• Observaciones generales:
• La soldabilidad de los aceros AR está determinada por el contenido de carbono, el equivalente de carbono (templabilidad), el espesor y la presencia de elementos de microaleación.
• Los aceros microaleados pueden diseñarse para tener equivalentes de carbono efectivos más bajos para una dureza determinada, mejorando los requisitos de precalentamiento/postcalentamiento y reduciendo el riesgo de agrietamiento.
• Índices útiles:
• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (parámetro de soldabilidad): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación:
• Los valores más bajos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ indican una soldabilidad más fácil (menor riesgo de agrietamiento en frío y un control más fácil del aporte de calor).
• El WNM400 a menudo se diseña para lograr un equivalente de carbono efectivo menor para la misma dureza mediante precipitaciones de microaleaciones y control de procesos, lo que puede reducir las demandas de precalentamiento y las necesidades de tratamiento térmico posterior a la soldadura.
• No obstante, ambos grados requieren precauciones estándar: diseño adecuado de la junta, consumibles apropiados (metal de soldadura igual o más blando), aporte de calor controlado y precalentamiento/postcalentamiento donde lo dicte el espesor, la restricción o el servicio en frío.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el NM400 ni el WNM400 son inoxidables; la resistencia a la corrosión es limitada y no es un objetivo de diseño inherente.
• Estrategias de protección de superficies:
• Revestimientos protectores (pinturas, revestimientos de polímeros) o galvanizado cuando corresponda (nota: el galvanizado sobre placas AR es poco común debido al desgaste).
• Revestimiento o soldadura de recubrimiento con aleaciones resistentes a la corrosión cuando el servicio lo requiera.
• PREÑO: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• El PREN es relevante únicamente para las aleaciones inoxidables; no se aplica a las clases NM/WNM porque sus niveles de Cr/Mo/N no se encuentran dentro de los rangos de los aceros inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte:
• El corte por plasma o oxicorte y el corte por chorro de agua abrasivo son métodos comunes. Una mayor dureza reduce la velocidad de corte y aumenta el desgaste de los consumibles.
• Doblar/conformar:
• Los aceros AR son menos conformables que los aceros al carbono; la flexión localizada puede provocar fisuras si la ductilidad es baja. La mayor ductilidad del WNM400 ayuda, pero no elimina las limitaciones de conformado.
• Maquinabilidad:
• En general, su maquinabilidad es inferior a la de los aceros al carbono. Es habitual el uso de herramientas de carburo y velocidades de avance reducidas. El acero WNM400 puede ser ligeramente más mecanizable si se reduce su equivalente en carbono.
• Refinamiento:
• El rectificado y el granallado son procesos comúnmente necesarios para el acoplamiento de superficies y la preparación de soldaduras; el desgaste del material consumible aumenta con la dureza.

8. Aplicaciones típicas

NM400 (usos típicos)	WNM400 (usos típicos)
Placas de desgaste de uso general para trituradoras, tolvas, conductos y cangilones donde la vida útil estándar y el control de costes son prioritarios.	Placas de desgaste y componentes estructurales en aplicaciones que requieren mayor resistencia al impacto, secciones más gruesas o mejor rendimiento a bajas temperaturas (por ejemplo, cucharones pesados ​​para movimiento de tierras, revestimientos en climas gélidos).
Canaletas transportadoras, carrocerías de camiones volquete, placas de cribado con necesidades de resistencia moderada.	Piezas de desgaste sometidas a cargas de choque, impactos dinámicos o conjuntos soldados donde se desea un precalentamiento/postcalentamiento reducido.
Suelos y revestimientos antidesgaste en plantas donde la sustitución está programada y el coste es un factor crítico.	Componentes críticos fabricados donde los costes de tiempo de inactividad justifican un mayor coste de material para una mayor fiabilidad.

Justificación de la selección: - Elija NM400 cuando la resistencia al desgaste al menor costo sea el factor principal y las condiciones de servicio no sean extremas (impacto moderado, temperaturas ambiente). - Elija WNM400 cuando una mayor resistencia, fiabilidad en conjuntos soldados o un mejor rendimiento a bajas temperaturas reduzcan el coste del ciclo de vida.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo:
• NM400: Generalmente, menor costo por tonelada debido a una química más simple y una mayor familiaridad con la producción.
• WNM400: Suele ser más caro debido a la microaleación controlada, un control de proceso más estricto y ciclos de laminación/procesamiento potencialmente más exigentes.
• Disponibilidad:
• Las placas tipo NM400 están ampliamente disponibles en múltiples proveedores en espesores y tamaños comunes.
• El WNM400 podría estar disponible a través de los principales fabricantes y proveedores con capacidad TMCP; los plazos de entrega y las cantidades mínimas de pedido pueden ser mayores. La disponibilidad en el mercado local varía según la región y el inventario del proveedor.

10. Resumen y recomendación

Atributo	NM400	WNM400
soldabilidad	Buenas (precauciones estándar)	Mejor (diseñado para una soldabilidad mejorada con una dureza equivalente)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Alta dureza, tenacidad moderada	Dureza similar, tenacidad mejorada gracias a la microaleación y el procesamiento.
Costo	Menor (generalmente)	Mayor (generalmente)

Conclusión: - Elija NM400 si: su requisito principal es la resistencia a la abrasión al precio más económico, las condiciones de servicio son moderadas (carga de choque limitada y temperaturas moderadas) y la fabricación utiliza prácticas estándar de soldadura y corte. - Elija WNM400 si: necesita la misma dureza clasificada pero también requiere una tenacidad mejorada a través del espesor, un mejor comportamiento en fabricaciones soldadas (necesidades reducidas de precalentamiento/postcalentamiento) o un rendimiento mejorado en secciones más gruesas o entornos más fríos que justifiquen el precio superior.

Nota final: Debido a que las composiciones químicas y los procesos de los fabricantes varían, solicite siempre las hojas de datos específicas del proveedor (análisis químico, mapas de dureza, datos de tenacidad Charpy y procedimientos de soldadura recomendados) y, cuando sea posible, solicite una pieza de prueba o soldaduras de cupones para validar el rendimiento para su aplicación particular.