NM450 vs NM500 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros NM450 y NM500 son aceros de alta resistencia y resistentes a la abrasión, producidos comercialmente y comúnmente especificados para aplicaciones donde conviven un desgaste severo y cargas de alto impacto; por ejemplo, en cucharones de movimiento de tierras, revestimientos de trituradoras y equipos de minería. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción los evalúan de forma rutinaria al considerar la vida útil, la tenacidad al impacto, la soldabilidad y el costo total del ciclo de vida.

La principal diferencia entre estos dos grados radica en la clásica decisión entre dureza y tenacidad: el NM500, de mayor designación, está diseñado para ofrecer una mayor dureza superficial y, por lo tanto, una mayor vida útil en numerosas aplicaciones de deslizamiento/indentación abrasivas, mientras que el NM450 suele conservar una mayor resistencia a la fractura por impacto y una ductilidad mejorada con un procesamiento comparable. Dado que ambos grados se procesan mediante temple y revenido controlados o laminación termomecánica, la selección a menudo depende de la geometría de la pieza, la energía de impacto prevista en servicio y los requisitos de fabricación posteriores.

1. Normas y designaciones

• Especificaciones industriales comunes y sistemas de referencia donde aparecen estos tipos de aceros resistentes a la abrasión:
• GB/T (normas nacionales chinas) — La nomenclatura de la serie NM tiene su origen aquí.
• EN (normas europeas): los aceros comparables a menudo se especifican como grados AR (resistentes a la abrasión) (por ejemplo, AR400/AR500) o mediante números EN específicos para aceros templados y revenidos.
• ASTM/ASME: varias designaciones ASTM cubren aceros templados y revenidos de alta resistencia; la correspondencia directa uno a uno requiere certificados del proveedor.
• JIS — Las normas japonesas pueden listar aceros resistentes al desgaste equivalentes bajo diferentes nombres.
• Clasificación: Estos grados son aceros de baja aleación, templados y revenidos de alta resistencia, diseñados para la resistencia al desgaste (no inoxidables); se describen mejor como aceros HSLA/templados y revenidos resistentes a la abrasión, en lugar de aceros para herramientas o grados inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los aceros resistentes a la abrasión de la serie NM son aleaciones diseñadas para lograr una microestructura dura y resistente al desgaste tras el temple y el revenido, manteniendo una tenacidad adecuada. En lugar de valores numéricos de composición estrictos (que varían según el proveedor y el tratamiento térmico), la tabla siguiente resume la presencia y función de cada elemento comúnmente especificado en los materiales NM450/NM500.

Elemento	nivel relativo típico	función metalúrgica principal
C (carbono)	Moderado	Templabilidad primaria y resistencia de la martensita; un mayor contenido de C aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, pero reduce la tenacidad y la soldabilidad.
Mn (manganeso)	Moderado	Aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción; también promueve la desoxidación y contribuye a la resistencia al desgaste.
Si (silicio)	Bajo–moderado	Desoxidante y potenciador de la resistencia; un exceso de Si puede perjudicar las propiedades superficiales y la soldabilidad.
P (fósforo)	Traza (bajo controlado)	Impureza; se mantiene baja para evitar la fragilidad.
S (azufre)	Traza (bajo controlado)	Generalmente se minimiza; los grados de corte libre tienen un S más alto, pero eso es indeseable aquí.
Cr (cromo)	De bajo a moderado (si está presente)	Mejora la templabilidad y la resistencia al revenido; pequeñas cantidades pueden mejorar el desgaste.
Ni (níquel)	Trazas bajas	Mejora la resistencia, especialmente a bajas temperaturas, cuando se incluye.
Mo (molibdeno)	Trazas bajas	Contribuye a una gran templabilidad y resistencia a altas temperaturas; ayuda a la resistencia al revenido.
V (vanadio)	trazas bajas (microaleación)	Forma carburos/nitruros para refinar el tamaño del grano, mejorando la tenacidad y la resistencia.
Nb (niobio)	Trazas (microaleación)	Refinamiento del grano y fortalecimiento por precipitación; ayuda a mantener la tenacidad después de la aplicación de calor.
Ti (titanio)	Rastro	Controla el nitrógeno y refina las inclusiones; ayuda a la tenacidad.
B (boro)	Muy bajo (ppm)	Potente potenciador de la endurecimiento a concentraciones muy bajas; usar con precaución.
N (nitrógeno)	bajo controlado	Elemento formador de nitruros; controlado para evitar la fragilización y para formar precipitados de microaleación beneficiosos.

Explicación: La aleación de NM450 y NM500 se centra en un contenido moderado de carbono para permitir la formación de una matriz martensítica o bainítica tras el temple, con un contenido controlado de Mn, pequeñas cantidades de Cr/Mo/Ni para ajustar la templabilidad y la respuesta al revenido, y microaleaciones (V, Nb, Ti) para refinar el tamaño de grano y preservar la tenacidad tras el tratamiento térmico. Los proveedores ajustan la composición química exacta para cumplir con los criterios de dureza e impacto establecidos para los espesores de placa.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras finales típicas para NM450 y NM500 se diseñan mediante temple y revenido controlados (o laminación termomecánica más temple) para producir una matriz predominantemente de martensita revenida o bainita revenida con cantidades controladas de austenita retenida y carburos/nitruros finos procedentes de la microaleación.

• NM450:
• Microestructura objetivo: martensita revenida o martensita-bainita revenida mixta, con precipitación fina de carburos.
• El revenido se elige para equilibrar la dureza cerca del objetivo aproximado de 450 HB y para preservar la tenacidad al impacto; el revenido a temperaturas más altas reduce la dureza pero aumenta la ductilidad y la tenacidad a la fractura.

• El control termomecánico puede producir tamaños de grano de austenita previa más finos, mejorando la tenacidad.

• NM500:

• Microestructura objetivo: una martensita revenida de mayor dureza con mayor templabilidad mediante una aleación o intensidad de procesamiento ligeramente mayores; puede contener una mayor fracción de volumen de martensita y potencialmente una fina película de austenita retenida en algunas variantes de procesamiento.
• El revenido suele ser más ligero (temperatura de revenido más baja o revenido más corto) para mantener una mayor dureza, lo que reduce la ductilidad y la tenacidad al impacto en comparación con el NM450 a menos que se aplique una microaleación compensatoria o un refinamiento de grano.
• Para secciones gruesas, la templabilidad y el enfriamiento controlado son esenciales para evitar núcleos blandos o tensiones residuales excesivas.

Efecto de las rutas de tratamiento térmico: - Normalización: mejora la homogeneidad y el refinamiento del grano, pero por sí sola no produce la alta dureza final; aún se requiere un temple y revenido final. - Temple y revenido: vía principal para obtener el equilibrio deseado entre dureza y tenacidad; la severidad del temple y el programa de revenido definen las propiedades finales. - Laminación termomecánica: refina el tamaño del grano y puede mejorar la tenacidad a una dureza determinada, lo que permite un mejor equilibrio entre resistencia y tenacidad, especialmente en NM450.

4. Propiedades mecánicas

Los proveedores publican garantías de propiedades que varían según el espesor, el tratamiento térmico y las normas de ensayo. La dureza, indicada por grado, es un punto de referencia práctico, mientras que otras características mecánicas se comparan mejor de forma cualitativa.

Propiedad	NM450 (comportamiento típico)	NM500 (comportamiento típico)
Dureza	~450 HBW nominal (objetivo de diseño)	~500 HBW nominales (objetivo de diseño)
Resistencia a la tracción	Alto; adecuado para piezas de desgaste; inferior a NM500 para la misma intensidad de tratamiento térmico.	Mayor resistencia a la tracción máxima debido a una mayor dureza y fracción de martensita.
Fuerza de fluencia	Alto; relativamente inferior a NM500	Mayor límite elástico que refleja una microestructura más dura
Alargamiento (ductilidad)	Mayor ductilidad que el NM500 a espesores y temperaturas comparables.	Menor elongación en comparación con el NM450 debido a su mayor dureza.
resistencia al impacto	Generalmente mayor (mejor resistencia a la propagación de grietas bajo impacto)	Menor resistencia al impacto a menos que se utilice un microaleado o procesamiento específico para compensarla.

Interpretación: El NM500 está diseñado para ofrecer la máxima resistencia al desgaste y, por lo tanto, presenta mayor dureza y resistencia estática que el NM450 cuando ambos se procesan según sus valores nominales. El NM450 suele ofrecer una mejor absorción de energía en ensayos de impacto y una mayor ductilidad, lo cual puede ser decisivo en aplicaciones con impactos severos o cargas de choque.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del equivalente de carbono y de la microaleación/templabilidad. Dos índices empíricos de uso común son el equivalente de carbono IIW y el más elaborado Pcm.

• Ejemplo de equivalencia de carbono: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• PCM (más completo): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Un mayor contenido de carbono y aleación para aumentar la templabilidad (como en NM500) elevan $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ y, por lo tanto, aumentan el riesgo de zonas afectadas por el calor (ZAC) duras y quebradizas y de agrietamiento en frío después de la soldadura. - El NM450, con una dureza objetivo ligeramente inferior y a menudo una intensidad de aleación reducida, tiende a ser más fácil de soldar con procedimientos estándar, menores requisitos de precalentamiento y una mayor variedad de consumibles. - Para ambos grados, es esencial una buena práctica de soldadura: precalentamiento, control de la temperatura entre pasadas, selección de consumibles con tenacidad y resistencia adecuadas, y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) o alivio de tensiones apropiado cuando sea necesario. - Las secciones gruesas y los objetivos de grado NM500 a menudo requerirán un precalentamiento más alto, temperaturas entre pasadas controladas, consumibles con bajo contenido de hidrógeno y posiblemente tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar la fragilización de la zona afectada por el calor (ZAC).

6. Corrosión y protección de superficies

Los aceros NM450 y NM500 no son aceros inoxidables; no tienen una resistencia a la corrosión diseñada más allá de la que proporciona el acero base de carbono/baja aleación.

• Estrategias de protección típicas:
• Pintura (imprimaciones y capas de acabado epoxi/uretano) para uso general.
• Recubrimientos metalúrgicos (el galvanizado en caliente es posible, pero menos común en placas muy duras, templadas y revenidas, debido al cambio dimensional y al riesgo de microfisuras; consulte al proveedor).
• La proyección térmica (metalización), el revestimiento duro o la soldadura de recubrimiento pueden combinar capas superficiales resistentes al desgaste con un sustrato más resistente.
• Aplicabilidad de PREN: El índice PREN $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Se utiliza únicamente para aceros inoxidables; no es aplicable a NM450/NM500 ya que sus niveles de cromo, molibdeno y nitrógeno son demasiado bajos para conferir resistencia a la corrosión propia del acero inoxidable.

Recomendaciones: Para ambientes exteriores y húmedos, utilice una protección de superficie adecuada a la exposición; para ambientes altamente corrosivos, considere recubrimientos de acero inoxidable resistentes al desgaste o aleaciones alternativas de acero inoxidable resistentes al desgaste.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Se utilizan comúnmente el corte por plasma, oxicorte, láser y chorro de agua. Los niveles de dureza (entre 450 y 500 HBW) aumentan el desgaste de la herramienta y pueden requerir consumibles de corte resistentes a la abrasión y velocidades de avance más lentas.
• Maquinabilidad: Ambos grados son difíciles de mecanizar en estado endurecido; el mecanizado suele realizarse en estado laminado o con temple posterior al mecanizado, o mediante rectificado. La selección de la herramienta (carburo/PCD) y la refrigeración son cruciales.
• Conformado y doblado: El conformado en frío está limitado por la alta resistencia y la baja ductilidad en estado endurecido; el doblado y el conformado se realizan normalmente antes del endurecimiento final o con materiales de menor dureza. Si las piezas deben conformarse después del endurecimiento, se requiere calentamiento localizado (por inducción) o adaptaciones de diseño.
• Acabado: El esmerilado, el granallado y las operaciones especializadas de soldadura/recubrimiento son comunes para la restauración o el ajuste final de la superficie.

8. Aplicaciones típicas

NM450 — Usos típicos	NM500 — Usos típicos
Cucharas y revestimientos de excavadoras donde se presenta una combinación de abrasión e impacto y se requiere cierta ductilidad	Mandíbulas, cribas y tolvas de trituradoras donde predomina la abrasión severa y se busca la máxima vida útil.
Carrocerías de camiones, placas de protección donde se prevé un impacto moderado	Placas de desgaste en el procesamiento de minerales donde predomina la abrasión por deslizamiento
Piezas para labranza y arado agrícola que requieren resistencia a los impactos	Conductos transportadores de alto desgaste y revestimientos desgastados con acción predominantemente abrasiva

Justificación de la selección: Elija NM450 cuando los impactos repetidos, los choques o la posible fractura frágil sean una preocupación y se acepte una vida útil ligeramente reducida; elija NM500 cuando la prioridad sea maximizar la vida útil bajo deslizamiento/indentación abrasiva y el diseño minimice el riesgo de fractura frágil (por ejemplo, a través de la geometría, el espesor y el respaldo de soporte).

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El NM500 suele ser más caro por tonelada que el NM450, ya que para alcanzar mayores niveles de dureza se requiere un control de proceso más estricto, posiblemente mayores adiciones de aleación/microaleación y, en ocasiones, un tratamiento térmico más intensivo. Sin embargo, el coste por vida útil puede resultar más ventajoso para el NM500 si prolonga significativamente la vida útil del componente.
• Formatos y disponibilidad: Ambos grados suelen estar disponibles en forma de placas, láminas y revestimientos fabricados por acerías y distribuidores especializados. La disponibilidad y los plazos de entrega dependen del espesor, el tamaño de la placa y las propiedades mecánicas certificadas requeridas. Los tratamientos térmicos o ensayos personalizados (por ejemplo, placas de gran sección sometidas a ensayos de impacto a temperaturas específicas) pueden incrementar el coste y el plazo de entrega.

10. Resumen y recomendación

Criterio	NM450	NM500
soldabilidad	Mejor (menor CE) en muchas condiciones de los proveedores; procedimientos más sencillos	Más exigente; a menudo se requiere un precalentamiento y control más elevados.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor resistencia y ductilidad a temperaturas de servicio comparables.	Mayor dureza y resistencia; menor tenacidad sin procesamiento compensatorio.
Costo (material)	De bajo a moderado	Coste del ciclo de vida más elevado (pero potencialmente menor si predominan las mejoras en la vida útil).

Conclusiones y recomendaciones prácticas: Elija NM450 si la aplicación incluye impactos frecuentes, cargas de choque o estructuras soldadas complejas donde la tenacidad a la fractura, la ductilidad y una soldabilidad más tolerante son importantes. NM450 suele ser la opción más segura para piezas que experimentan desgaste en modo mixto con cargas dinámicas sustanciales. - Elija NM500 si: el servicio está dominado por el desgaste abrasivo (deslizamiento/indentación), el diseño minimiza las tensiones a través del espesor y el riesgo de fractura frágil, y el objetivo de adquisición es maximizar la vida útil y reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento, siempre que los procedimientos de soldadura, precalentamiento y fabricación se gestionen estrictamente.

Nota final: Las garantías mecánicas exactas, las normas de precalentamiento para soldadura y la composición química varían según el fabricante y el espesor de la placa. Siempre obtenga y revise el certificado de fábrica y los procedimientos de soldadura y fabricación recomendados por el proveedor para las condiciones de entrega específicas antes del diseño final o la adquisición.