HARDOX500 vs HARDOX600 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
HARDOX 500およびHARDOX 600は、表面摩耗が主な設計要因となる重作業用途で広く使用される、焼入れ・焼戻しされた耐摩耗性構造鋼です。エンジニア、調達専門家、製造プランナーは、摩耗寿命、構造性能、溶接および製造の制約、全体コストのバランスを取る際に、これらのグレードを頻繁に比較します。
両者の主な違いは、より高い名目硬度（したがって、より高い耐摩耗性）と保持された靭性および製造の容易さとのトレードオフです。HARDOX 600は、HARDOX 500よりも高い名目硬度クラスを提供するように設計されていますが、HARDOX 500は多くの溶接製作に対して強度と靭性のよりバランスの取れた組み合わせを提供します。これらの違いにより、両者はすべての用途に対して相互に交換可能ではなく、補完的な関係にあります。
1. 標準および指定
- 一般的な商業指定: HARDOX（製品名、SSAB）。
- プレートを指定またはテストする際の典型的な標準および規範的枠組み:
- EN（欧州規格） — サプライヤーが顧客指定の機械的および化学的要件に応じて納品できる。
- ASTM / ASME — 一般的な構造用途向け; HARDOXは専有グレードですが、ASTM規格に参照される材料証明書および試験方法が一般的に提供されます。
- JIS / GB — アジアで使用される地域標準; HARDOXプレートは、地元の試験基準に追跡可能な証明書と共に提供されることが多いです。
- 材料分類: 高強度、焼入れ・焼戻しされた低合金鋼（ステンレスではなく、工具鋼でもなく、非常に高い硬度と強度を達成するために熱処理されたHSLAとして分類されることがあります）。
2. 化学組成および合金戦略
メーカーは、耐摩耗鋼ファミリーの名目化学成分を公表しています; 正確な配合および熱処理スケジュールは専有です。絶対的な元素数の代わりに、以下の表はHARDOX 500およびHARDOX 600の典型的な合金役割と相対的存在を要約しています。
| 元素 | HARDOX 500（典型的な役割 / 相対レベル） | HARDOX 600（典型的な役割 / 相対レベル） |
|---|---|---|
| C（炭素） | 低–中; 焼入れおよび焼戻し後の硬化性と最終硬度を可能にする | 中; 達成可能な硬度をサポートするためにやや高い |
| Mn（マンガン） | 中程度; 硬化性と引張強度を促進する | 中程度; 硬化性のために同様またはやや増加 |
| Si（シリコン） | 小–中程度; 脱酸剤および強度の寄与者 | 小–中程度 |
| P（リン） | 制御された低レベル（不純物制約） | 制御された低レベル |
| S（硫黄） | 制御された低レベル（不純物制約） | 制御された低レベル |
| Cr（クロム） | 小さな添加; 硬化性と焼戻し抵抗を改善する | 小–中程度; より高い硬度の安定性をサポートする |
| Ni（ニッケル） | 低–微量; 一部のバリエーションで靭性を助ける | 低–微量; 一部の組成でやや高い可能性がある |
| Mo（モリブデン） | 微量の添加が可能; 硬化性を増加させる | 微量; より高い硬度での硬化性をサポートする |
| V, Nb, Ti（微合金化） | 粒子制御のために非常に低いレベルで存在する可能性がある | より細かい粒子および靭性制御のために同様に存在する可能性がある |
| B（ホウ素） | 使用される場合は微量; ppmレベルで硬化性に大きな影響を与える | 使用される場合は微量 |
| N（窒素） | 微合金化された炭化物/窒化物を安定させるために制御された低レベル | 制御された低レベル |
説明: HARDOX鋼は、焼入れおよび焼戻し後にマルテンサイトまたはベイナイト-マルテンサイト構造を達成するために、マンガンおよび硬化性元素（Cr、Mo、時にはNiおよび微合金化元素）の小さな添加と組み合わせた制御された炭素含有量に依存しています。HARDOX 600のより高い名目硬度は、硬化性とマルテンサイトの安定性を高める合金および熱処理の調整によって達成されます; これらの調整は靭性を低下させ、より厳格な溶接/製造管理を必要とします。
3. 微細構造および熱処理応答
- 典型的な微細構造（納品時）: 主に焼戻しされたマルテンサイトで、炭化物および微合金沈殿物の細かく分散した集団を持つ。微細構造は、制御された圧延および焼入れによって精製され、高い硬度を持ちながらもある程度の靭性を保持します。
- HARDOX 500: 熱処理および熱機械圧延は、与えられた硬度に対して比較的良好な衝撃靭性を持つ硬いマルテンサイトマトリックスを生成するように調整されています。プレートは通常、高温から焼入れされ、硬度と靭性を制御するために焼戻しされます。
- HARDOX 600: より高い炭素/強化された硬化性元素を持つ硬い焼戻しマルテンサイトを生成するように処理され、焼戻し後にマルテンサイトの割合が高く、保持されたオーステナイトの割合が低くなります。これにより、より高い耐摩耗性が得られますが、伸びが低下し、衝撃靭性が減少します。
- 処理の影響:
- 正規化: 靭性を均一に高めますが、これらのグレードに必要な高い硬度は達成できません。
- 焼入れおよび焼戻し: 主な処理経路; 焼入れによりマルテンサイトが生成され、焼戻しにより脆さが低下し、硬度/靭性のバランスが調整されます。
- 熱機械圧延（TMCP）: 焼入れ前の細かいフェライト/パーライトの前構造を生成するのに役立ち、靭性と均一性を改善します; HARDOXの生産に一般的に使用されます。
4. 機械的特性
以下は、絶対的な保証数値ではなく、比較的なアプリケーション指向の要約です（プロジェクト指定の値についてはサプライヤーの証明書を参照してください）。
| 特性 | HARDOX 500（典型的な挙動） | HARDOX 600（典型的な挙動） |
|---|---|---|
| 引張強度 | 高い — 中程度の高負荷に対して堅牢な構造能力を提供 | より高い — より高い負荷および変形摩耗に抵抗するための引張強度が増加 |
| 降伏強度 | 高い — 構造用途に対して相当な降伏を提供 | より高い — 降伏が増加することで、荷重下での弾性変形が減少 |
| 伸び（%） | 中程度 — HARDOX 600よりも優れた延性を持ち、一部の製造を容易にする | 低い — より高い硬度とマルテンサイト含有量により伸びが減少 |
| 衝撃靭性 | 高硬度鋼に対して良好; HARDOX 600よりも保持された靭性が優れている | HARDOX 500と比較して減少; 名目硬度が増加するにつれて靭性が低下 |
| 硬度 | 名目上約500 HBWクラス | 名目上約600 HBWクラス |
理由: HARDOX 600は、より高い硬度クラスで生産されており、耐摩耗性が優れ、静的強度が高くなります。その高い硬度は、硬化性を高める（合金化および熱処理）ことによって達成されますが、これによりHARDOX 500と比較して靭性および衝撃エネルギー吸収が減少します。
5. 溶接性
主要な溶接性の要因: 炭素含有量、効果的な硬化性、および微合金化元素の存在。
有用な経験的指標（この文脈で定性的に解釈）:
-
炭素当量（IIW）: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm（冷間割れの感受性をより保守的に予測）: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
解釈: - 両方のHARDOXグレードは工具鋼と比較して相対的に低い絶対的な炭素を持っていますが、硬化性はMn、Cr、Moおよび微合金化によって増加しています。その結果、予測される$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値は、HARDOX 600がHARDOX 500に対して上昇傾向にあります。 - 実際の溶接の影響: - 予熱およびインターパス温度: HARDOX 600は一般的に、冷間割れを避け、HAZ硬度を制御するために、より高い予熱およびより厳格なインターパス温度を必要とします。 - フィラー選択: 強度に合わせるか、やや下回るように設計された互換性のある溶接消耗品を使用し、より靭性のある溶接金属を生成します。 - 溶接後熱処理（PWHT）: 大型製作物には適用されないことが多い; 代わりに、熱入力、予熱、および多重パス溶接戦略の使用を制御することが好まれます。 - HAZの硬度: 十分な予熱なしで溶接する場合、HARDOX 600では特に顕著に硬く脆いHAZに注意が必要です。 - 実用的なガイダンス: 両方のグレードは標準的な業界手順で成功裏に溶接できますが、HARDOX 600はより厳格な手順、より保守的な移動速度または予熱、および検証された溶接手順資格記録（WPS/PQR）を必要とします。
6. 腐食および表面保護
- HARDOX 500もHARDOX 600もステンレスではありません; それらは耐摩耗性のために設計された炭素/合金鋼であり、腐食抵抗のためではありません。
- 典型的な表面保護戦略:
- 大気保護のための塗装および工業コーティング（エポキシ、ポリウレタン）。
- 摩耗および腐食環境のための熱スプレーコーティング。
- 形状と機能が許す部品に対しては亜鉛メッキが可能ですが、前処理および後処理はプレートの厚さおよび熱処理の影響を考慮する必要があります。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、ステンレス合金に適用されるため適用できません。参考のために: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 明確化: 腐食が懸念されるHARDOXアプリケーションでは、犠牲的コーティングまたは阻害剤の使用が一般的です; 腐食抵抗は仮定されるべきではありません。
7. 製造、加工性、および成形性
- 切断: プラズマおよび酸素燃料切断が一般的; レーザー切断は実行可能ですが、パラメータの調整が必要です。硬度は消耗品の寿命および切断速度に影響を与えます。
- 加工: 両方とも軟鋼よりも加工が難しい; HARDOX 600はより高い硬度のために要求が厳しくなります—より低い切断速度、より堅牢な工具、および潜在的に低温またはカーバイド工具戦略を期待してください。
- 曲げ/成形: HARDOX 600では硬度によって冷間成形が制限され、スプリングバックおよび亀裂のリスクが増加します。曲げ半径および工具は保守的に選択する必要があり、複雑な形状には予熱または熱成形戦略が時々使用されます。
- 表面仕上げ: HARDOX 600では研削および表面準備に時間がかかり、研磨ホイールの摩耗が大きくなります。
- 取り扱い: 高い硬度は、応力集中部での脆さの可能性を高めます—HARDOX 600ではエッジ準備および面取りがより重要です。
8. 典型的な用途
| HARDOX 500 | HARDOX 600 |
|---|---|
| ダンプトラックのボディ、ホッパー、シュート、靭性と耐摩耗性のバランスが必要な摩耗ライナー | 最大の摩耗抵抗が必要な岩砕き用の顎、重作業用の掘削機バケット面、高摩耗用ライナーなどの高摩耗用途 |
| クラッシャー、スクリーン、および一部の成形および溶接が必要な輸送シュート | 最短のダウンタイムと最高の摩耗寿命が主な目的の交換用摩耗部品 |
| 衝撃抵抗が必要な構造摩耗部品 | 主に滑りまたはスコアリング摩耗環境で、成形ニーズが限られている非常に摩耗性の高い環境 |
選択の理由: HARDOX 500は、設計が摩耗抵抗と靭性のバランスを必要とする場合に選択してください（モバイルおよび溶接構造に典型的）。HARDOX 600は、最大の摩耗抵抗が主要な設計基準であり、製造制約を管理できる場合に選択してください。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト: HARDOX 600は、合金化の増加、処理の厳格化、および生産量の低下により、通常HARDOX 500よりもキログラムまたは平方メートルあたりのコストが高くなります。
- 入手可能性: HARDOX 500は、より広範なプレート厚さおよび仕上げの範囲で一般的に広く入手可能です。HARDOX 600は一般的なプレートサイズでの入手可能性が良好ですが、非常に厚いプレートやニッチな厚さ/幅の組み合わせでは制限される場合があります。
- 製品形態: シートおよびプレート、摩耗ライナー、成形済み部品。カスタムサイズや表面処理には長いリードタイムが発生することがあります。
10. まとめと推奨
| 属性 | HARDOX 500 | HARDOX 600 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れている（予熱が少なく、HAZ制御が容易） | 要求が厳しい（予熱/インターパス制御が高い） |
| 強度–靭性のバランス | 強く、比較的靭性がある | より高い強度と硬度、低い靭性 |
| コスト | 低い（多くの用途に対してより経済的） | 高い（より高い摩耗寿命のためのプレミアム） |
HARDOX 500を選択する場合: - あなたのアプリケーションが摩耗抵抗と靭性のバランスを必要とする場合（例: モバイル機器のボディ、大型溶接構造）。 - 溶接、成形、または曲げ操作が頻繁でコストに敏感な場合。 - より広い入手可能性と部品あたりの材料コストが低いことを要求する場合。
HARDOX 600を選択する場合: - 摩耗が支配的な故障モードであり、摩耗寿命を最大化することがより高い材料および製造管理を正当化する場合（例: 厳しい採掘、一次破砕面）。 - 部品の形状が単純であるか、非常に硬いプレートの複雑な成形/溶接を避けるために事前製作された摩耗部品が使用される場合。 - より厳格な溶接手順に従う準備ができており、より長いサービス寿命を得るために、より高い交換/修理コストを受け入れる可能性がある場合。
最終的な注意: HARDOXは、専有の高性能焼入れ・焼戻し鋼のファミリーです。設計、製造、および調達のために、常にサプライヤーの最新のデータシートおよび証明書を参照して、正確な化学組成、保証された機械的特性、推奨される溶接手順、および取り扱い指示を確認してください。現場試験—トライアルインサートまたはパイロットラン—は、特定の摩耗および衝撃環境に対するグレード選択を検証する最も信頼性の高い方法となることがあります。