NM400 vs NM450 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
NM400 dan NM450 adalah baja tahan aus (AR) berkekuatan tinggi yang banyak digunakan untuk aplikasi di mana keausan permukaan mendominasi umur komponen: ember, saluran, pelapis, penghancur, dan alat berat yang terlibat dengan tanah. Insinyur dan profesional pengadaan sering kali memutuskan antara keduanya berdasarkan trade-off antara ketahanan aus, ketangguhan, kemampuan pengelasan, kemampuan manufaktur, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah biaya material awal yang lebih tinggi untuk ketahanan aus yang lebih besar dibenarkan oleh umur layanan yang lebih lama, atau apakah ketangguhan dampak yang lebih baik dan kemudahan fabrikasi lebih penting.
Perbedaan praktis utama antara kedua grade ini adalah tingkat ketahanan aus yang dirancang: NM450 ditentukan dan diproses untuk memberikan kekerasan yang lebih tinggi dan ketahanan aus yang lebih baik dibandingkan NM400, sedangkan NM400 dioptimalkan untuk profil kekuatan–ketangguhan–fabrikasi yang lebih seimbang. Karena kedua grade ini menargetkan keluarga produk yang serupa (pelat, pelapis, dan bagian), mereka sering dibandingkan saat mengoptimalkan umur komponen, interval perbaikan, dan total biaya kepemilikan.
1. Standar dan Penunjukan
Baja tipe NM paling umum ditemukan dalam standar nasional dan regional untuk baja tahan aus karbon/legasi daripada standar baja alat internasional atau baja tahan karat.
- GB (Cina): NM400, NM450 muncul dalam standar Cina yang mencakup baja tahan aus (sering dirujuk dalam sertifikat pengadaan dan pabrik).
- EN (Eropa): Produk setara dipasarkan dengan nama seperti AR400 / AR450 atau sebagai keluarga EN 10029/10051; kesesuaian langsung satu-ke-satu memerlukan pemeriksaan sertifikat pabrik.
- JIS (Jepang) / ASTM/ASME (AS): Standar ini menyediakan keluarga terpisah untuk baja tahan aus dan pelat berkekerasan tinggi (misalnya, ASTM A611, A514, atau setara AR400), tetapi sekali lagi, nama grade berbeda — periksa kimia dan mekanik daripada hanya nama.
Klasifikasi: NM400 dan NM450 adalah baja tahan aus karbon/legasi, sering dianggap dalam keluarga produk berkekuatan tinggi rendah legasi (HSLA) dan produk yang dikeraskan/ditemper daripada baja alat atau grade tahan karat.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Legasi
Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif dari pendekatan desain kimia umum untuk setiap grade. Komposisi yang tepat bervariasi menurut pabrik dan harus dikonfirmasi oleh sertifikat material untuk aplikasi kritis apa pun.
| Elemen | NM400 (niat desain tipikal) | NM450 (niat desain tipikal) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon rendah–sedang untuk menyeimbangkan kekerasan dan ketangguhan | Karbon sedang, biasanya lebih tinggi dari NM400 untuk membantu kekerasan yang lebih tinggi |
| Mn (Mangan) | Mn sedang untuk kekuatan dan kemampuan pengerasan | Mn sedang–tinggi untuk mendukung kemampuan pengerasan dan kekuatan |
| Si (Silikon) | Penambahan kecil untuk deoksidasi dan kekuatan | Mirip dengan NM400; tingkat terkontrol |
| P (Fosfor) | Dijaga rendah (pengendalian kotoran) | Dijaga rendah |
| S (Belerang) | Rendah, terkontrol (inklusif diminimalkan) | Rendah, terkontrol |
| Cr (Krom) | Mungkin ada dalam jumlah kecil untuk meningkatkan ketahanan aus | Sering sedikit lebih tinggi atau terkontrol untuk kemampuan pengerasan dan ketahanan aus |
| Ni (Nikel) | Biasanya minimal atau tidak ada | Minimal atau terkontrol jika peningkatan ketangguhan ditargetkan |
| Mo (Molybdenum) | Mungkin digunakan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan kemampuan pengerasan | Digunakan dalam beberapa resep untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan temper |
| V, Nb, Ti (mikrolegasi) | Penambahan mikrolegasi yang mungkin untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan | Mungkin termasuk mikrolegasi untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan pada kekerasan yang lebih tinggi |
| B (Boron) | Tidak biasanya menjadi fitur desain utama tetapi dapat digunakan dalam jumlah jejak untuk meningkatkan kemampuan pengerasan | Penambahan jejak mungkin di beberapa pabrik |
| N (Nitrogen) | Terkontrol untuk menghindari kerapuhan | Terkontrol |
Bagaimana legasi mempengaruhi sifat - Karbon dan mangan adalah pengungkit utama untuk kekerasan dan kemampuan pengerasan. Karbon yang lebih tinggi menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi yang dapat dicapai untuk perlakuan panas tertentu tetapi cenderung mengurangi keuletan dan menyulitkan pengelasan. - Penambahan kecil Cr dan Mo meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan aus serta meningkatkan ketahanan temper. - Unsur mikrolegasi (V, Nb, Ti) memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan hasil tanpa karbon yang berlebihan, meningkatkan ketangguhan pada tingkat kekerasan yang lebih tinggi. - Belerang dan fosfor dikendalikan karena mereka mengurangi ketangguhan dan dapat mempengaruhi kemampuan pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Rute manufaktur yang khas termasuk penggulungan terkontrol/proses termo-mekanis, pendinginan dan tempering (Q&T), dan dalam beberapa kasus pendinginan yang dipercepat untuk menghasilkan struktur bainitik atau martensitik yang ditemper.
NM400 - Diproduksi untuk mencapai matriks martensit yang ditemper atau bainit halus/martensit tergantung pada pemrosesan. - Penggulungan termo-mekanis dengan pendinginan terkontrol menghasilkan struktur ferrit–pearlit atau bainitik yang diperhalus dengan fase keras lokal; varian Q&T menghasilkan martensit yang ditemper untuk kekerasan yang lebih tinggi. - Respons terhadap perlakuan panas: kemampuan pengerasan sedang memungkinkan pencapaian kekerasan target dengan siklus pendinginan konvensional; tempering mengembalikan ketangguhan.
NM450 - Diproses untuk mencapai tingkat kekerasan yang lebih tinggi; mikrostruktur tipikal menargetkan bainit yang lebih halus dan lebih kuat atau martensit yang ditemper dengan proporsi konstituen keras yang lebih besar. - Penggulungan termo-mekanis dengan pendinginan yang lebih agresif atau Q&T yang dirancang untuk kemampuan pengerasan yang lebih tinggi adalah hal yang umum. - Respons terhadap perlakuan panas: memerlukan siklus termal yang sedikit berbeda untuk menghindari kerapuhan yang berlebihan sambil memaksimalkan kekerasan; tempering sangat penting untuk menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan.
Konsekuensi praktis - Mikrostruktur NM450 didorong menuju fase yang lebih keras dan tahan aus; ini meningkatkan umur aus tetapi memerlukan pengendalian yang lebih ketat terhadap perlakuan panas dan laju pendinginan untuk mempertahankan ketangguhan. - Siklus normalisasi atau pelepasan stres digunakan secara berbeda: over-tempering atau pendinginan yang tidak tepat dapat mengurangi kinerja aus; tempering yang tidak memadai dapat meninggalkan mikrostruktur yang rapuh.
4. Sifat Mekanik
Diberikan sebagai perbandingan kualitatif; sifat mekanik yang tepat tergantung pada bentuk produk, ketebalan, dan perlakuan panas pabrik.
| Sifat | NM400 | NM450 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi (berorientasi layanan) | Lebih tinggi dari NM400 |
| Kekuatan hasil | Tinggi | Lebih tinggi dari NM400 |
| Peregangan (keuletan) | Sedang — keseimbangan yang baik | Sedikit lebih rendah dari NM400 pada kekerasan yang sebanding |
| Ketangguhan dampak | Keseimbangan yang lebih baik antara ketangguhan dan kekerasan | Dapat lebih rendah jika kekerasan dimaksimalkan; produsen sering menyesuaikan untuk ketangguhan yang memadai |
| Kekerasan (permukaan/penilaian kekerasan) | Dirancang untuk kinerja kelas kekerasan ~400 HB (dasar penunjukan) | Dirancang untuk kinerja kelas kekerasan ~450 HB (dasar penunjukan) |
Mengapa perbedaan ini terjadi - NM450 menargetkan kekerasan yang lebih tinggi untuk ketahanan aus dengan meningkatkan karbon, legasi, atau pemrosesan yang berbeda; itu meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan hasil tetapi dapat mengurangi peregangan dan ketangguhan dampak jika tidak seimbang dengan legasi dan pemrosesan termal. - NM400 sering dipilih di mana kompromi antara ketangguhan dan ketahanan aus diperlukan, terutama di mana dampak dan goresan signifikan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan sebagian besar ditentukan oleh setara karbon dan kandungan mikrolegasi. Dua rumus empiris umum yang digunakan untuk menilai risiko retak dingin yang dibantu hidrogen dan pengerasan zona yang terpengaruh panas adalah:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif) - Karbon yang lebih tinggi, Mn yang lebih tinggi, dan penambahan Cr/Mo/V meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan risiko yang lebih tinggi dari pengerasan dan retak HAZ. NM450 biasanya menunjukkan indeks yang lebih tinggi daripada NM400, yang menyiratkan pengendalian suhu preheat, suhu antar-passing, dan persyaratan perlakuan panas pasca-las yang lebih ketat. - Mikrolegasi (Nb, V, Ti) meningkatkan kekuatan tetapi dapat meningkatkan kemampuan pengerasan; namun, tingkat yang terkontrol dan prosedur pengelasan yang tepat mengurangi risiko retak. - Rekomendasi praktis: gunakan bahan habis pakai rendah hidrogen, preheat bagian yang lebih tebal atau baja $CE$ tinggi, kontrol suhu antar-passing, dan pertimbangkan PWHT atau manajemen input panas lokal saat mengelas NM450 di bagian yang berat.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
NM400 dan NM450 adalah baja karbon/legasi non-tahan karat; ketahanan korosi terbatas dan tidak bersifat intrinsik terhadap penunjukan mereka.
- Perlindungan non-tahan karat: perlindungan permukaan umum termasuk pengecatan, pelapis tahan aus, overlay semprotan termal, dan galvanisasi celup panas (di mana sesuai untuk lingkungan layanan). Di sebagian besar lingkungan abrasif, pelapis pengorbanan akan cepat habis; seringkali, pelapis aus digunakan sebagai elemen pengorbanan yang dapat diganti.
- Ketika indeks korosi mirip tahan karat dipertimbangkan, rumus PREN digunakan untuk grade tahan karat; ini tidak berlaku untuk grade NM:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Klarifikasi: grade NM tidak dirancang untuk ketahanan korosi; kriteria PREN dan tahan karat tidak relevan kecuali kimia legasi secara sengaja mencakup Cr/Mo dan N yang substansial (dalam hal ini material tidak akan menjadi NM400/NM450 yang khas).
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: Kekerasan yang lebih tinggi dari NM450 meningkatkan keausan alat selama pemotongan termal dan pemesinan mekanis dibandingkan dengan NM400. Parameter pemotongan plasma dan oksigen-bahan bakar harus disesuaikan; preheat dan pemotongan yang lebih lambat mungkin diperlukan untuk menghindari retak.
- Pembengkokan/pembentukan: Pengurangan keuletan pada kekerasan yang lebih tinggi berarti NM400 umumnya lebih mudah dibentuk; NM450 memerlukan kontrol jari-jari bengkok yang lebih ketat dan mungkin preheating atau perlakuan panas lokal untuk operasi pembentukan yang parah.
- Kemudahan pemesinan: Keduanya lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja lunak; NM450 biasanya lebih menantang karena kekerasan yang lebih tinggi dan karbida abrasif. Penggunaan alat karbida, pengaturan kaku, dan parameter konservatif adalah standar.
- Penyelesaian: Penggilingan dan penyelesaian permukaan untuk NM450 memerlukan lebih sering penyesuaian alat dan perhatian terhadap pembangkitan panas untuk menghindari tempering permukaan.
8. Aplikasi Tipikal
| NM400 (penggunaan umum) | NM450 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Pelapis ember truk dan loader di mana dampak dan keausan sedang terjadi | Pelapis tahan aus tinggi, saluran, dan layar yang terkena keausan abrasif yang parah di mana umur layanan diprioritaskan |
| Skid konveyor, pelat aus di lingkungan keausan sedang | Pelapis pabrik penggilingan, rahang penghancur berat, dan aplikasi di mana keausan pemotongan/penggilingan mendominasi |
| Bagian yang memerlukan keseimbangan yang lebih baik antara ketangguhan dan keausan (misalnya, pemecah batu) | Bagian di mana ketahanan aus maksimum diperlukan dan interval penggantian harus diminimalkan |
Alasan pemilihan - Pilih NM400 ketika bagian mengalami kombinasi dampak dan keausan, memerlukan keuletan dan kemampuan pengelasan yang lebih baik, atau ketika biaya material total yang lebih rendah dengan penggantian yang lebih sering dapat diterima. - Pilih NM450 ketika keausan abrasif adalah mode kegagalan yang dominan dan memaksimalkan waktu antara layanan atau penggantian lebih berharga daripada biaya material dan fabrikasi tambahan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: NM450 biasanya memiliki harga premium dibandingkan NM400 karena legasi yang lebih tinggi, pemrosesan yang lebih ketat, dan kebutuhan untuk pengendalian kualitas yang lebih ketat. Perbedaan harga yang tepat bervariasi dengan pasar, ketebalan, dan pabrik.
- Ketersediaan: Kedua grade diproduksi secara luas dalam bentuk pelat dan pelapis oleh pabrik besar, tetapi ketersediaan untuk ketebalan dan kondisi permukaan tertentu dapat bervariasi secara regional. NM400 sering kali lebih mudah tersedia dalam rentang ketebalan yang lebih luas; NM450 mungkin disimpan dalam ukuran pelat standar dan pita ketebalan tertentu.
Pertimbangan bentuk produk - Pelat, pelapis yang dipotong sesuai ukuran, rakitan yang dilas, dan komponen yang dibuat adalah bentuk produk umum. Waktu tunggu dan perlakuan panas khusus meningkat seiring dengan kompleksitas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Karakteristik | NM400 | NM450 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik (kemampuan pengerasan lebih rendah rata-rata) | Lebih menuntut (kemampuan pengerasan lebih tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang (keuletan dan ketangguhan yang baik) | Kekuatan dan kekerasan lebih tinggi; ketangguhan harus dirancang |
| Biaya | Lebih rendah (umumnya) | Lebih tinggi (umumnya) |
Rekomendasi - Pilih NM400 jika: - Layanan mencakup kombinasi dampak dan keausan yang signifikan. - Fabrikasi, kemampuan pengelasan, dan keuletan penting untuk mengurangi kompleksitas perbaikan. - Biaya material yang lebih rendah dan pengelasan lapangan yang lebih mudah menjadi prioritas.
- Pilih NM450 jika:
- Keausan abrasif adalah mode kegagalan yang dominan dan memaksimalkan umur layanan lebih berharga daripada biaya material dan fabrikasi awal.
- Proses desain dan fabrikasi dapat mengakomodasi pengendalian pengelasan dan perlakuan panas yang lebih ketat.
- Bagian adalah pelapis atau komponen yang dapat diganti di mana kekerasan yang lebih tinggi langsung diterjemahkan menjadi lebih sedikit intervensi.
Pertimbangan akhir - Selalu verifikasi sertifikat pabrik untuk kimia dan sifat mekanik yang sebenarnya sebelum menentukan atau menerima material. - Untuk komponen kritis, minta peta kekerasan, catatan perlakuan panas, dan, jika perlu, data ketangguhan dampak pada suhu layanan yang dimaksud. - Uji coba pilot, uji lapangan, atau pengujian keausan di bawah kondisi layanan yang representatif sering kali memberikan dasar terbaik untuk pemilihan grade akhir dan perhitungan total biaya kepemilikan.