NM360対NM400HB - 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

NM360およびNM400HBは、鉱業、採石、土木工事、バルクハンドリング機器で広く使用されている耐摩耗性（AR）鋼種です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらの選択において耐摩耗性、靭性、溶接性、コストを考慮することがよくあります。典型的な意思決定の文脈には、部品がある程度の延性を犠牲にして厳しい摩耗に耐える必要があるか、繰り返しの衝撃や疲労がより靭性のある脆性の少ない材料を要求するかが含まれます。

両者の主な運用上の違いは、目標硬度と強度と靭性のバランスです：一方のグレードは、より良い延性と衝撃性能を持つやや低い硬度のために選択され、もう一方は、より高いブリネル硬度と優れた耐摩耗性のために指定されます。両者は摩耗用途向けに販売され、しばしば同様の商標の下で複数の製鋼所によって生産されるため、比較は化学戦略、熱処理によって生成される微細構造、機械的特性、溶接性、実際の製造に関する考慮事項に焦点を当てます。

1. 規格と指定

• 類似のグレードが現れる一般的な国内および国際的な文脈：
• GB（中国）：NMシリーズ（NM360、NM400など） — 中国の規格やサプライヤー仕様でよく使用されます。
• EN（ヨーロッパ）：EN 1.XXXの指定はAR鋼に対してあまり一般的ではありません；ARグレードは単一のEN番号ではなく、サプライヤーの規範にリストされることがあります。
• JIS（日本）：耐摩耗鋼は通常、単一のJIS番号ではなく、サプライヤーの商標名で指定されます。
• ASTM/ASME（アメリカ）：AR鋼は一般的に商標名（例：AR400、AR360）および板および硬度試験の製品規格によって参照されます。
• 分類：NM360およびNM400HBは、主に耐摩耗性（AR）鋼として配合された非ステンレスの低〜中合金高硬度鋼です；これらは工具鋼やステンレス鋼ではなく、耐摩耗性の炭素微合金鋼または合金鋼（強度制御のためのHSLA傾向）として扱うのが最適です。

2. 化学組成と合金戦略

NM360およびNM400HBの正確な化学組成は、サプライヤーおよび国の規格によって異なります。固定値を引用するのではなく、以下の表はこれらの目標硬度クラスのAR鋼で使用される一般的な元素の典型的な合金戦略と相対的な存在を要約しています。

元素	NM360における典型的な存在 / 役割	NM400HBにおける典型的な存在 / 役割
C（炭素）	低〜中程度；硬化性と強度を提供するが、靭性のためにバランスが取れている	中程度；より高い硬化性と硬度を達成するためにやや高い
Mn（マンガン）	中程度；脱酸、固溶体強化、硬化性を改善	中程度から高め；硬化性と引張強度を増加
Si（シリコン）	少量から中程度；脱酸剤、フェライトを強化	少量；同様の役割
P（リン）	靭性のために低く保たれる（不純物管理）	低く保たれる
S（硫黄）	靭性のために低く保たれる；マンガン硫化物は加工性を助ける場合がある	低く保たれる
Cr（クロム）	しばしば少量で存在するか、省略される；硬化性と摩耗特性を改善	硬化性と焼入れ抵抗を増加させるために小さな添加物としてしばしば存在する
Ni（ニッケル）	少量またはなし；低温での靭性改善が必要な場合に使用される	靭性改善のために時折少量使用される
Mo（モリブデン）	微量/低；硬化性と焼入れ抵抗を増加	微量/低；焼入れ後の硬化性と強度を増加させるために使用される
V（バナジウム）	微量の微合金化；存在する場合の粒子細化	微量の微合金化；粒子細化と析出強化
Nb（ニオブ）	粒子制御のためのいくつかの熱機械プロセスでの微量の微合金化	指定された場合の微量
Ti（チタン）	脱酸と包含物管理のための微量	微量
B（ホウ素）	ppmレベルで硬化性を高めるための微量添加が可能	いくつかの熱処理製品で微量が可能
N（窒素）	低；包含物およびCE/Pcm計算のために制御される	低

注：サプライヤーの仕様または国家基準が正確な範囲を提供します。Cr、Mo、V、またはBの少量添加は、硬化性と焼入れ応答を調整するために一般的に使用されます；ただし、これらは通常、低い絶対濃度で行われます。主要な組成戦略は、硬化性のために炭素とマンガンのバランスを取りながら、靭性を保持し、粒子サイズを細かくするために微合金化と小さな合金添加を使用することです。

合金化が特性に与える影響： - 炭素とマンガンは主に硬化性と焼入れ/焼戻し後に達成可能な硬度を制御します；それらを増加させると硬度と強度が上がりますが、延性と溶接性が低下する可能性があります。 - 微合金元素（V、Nb、Ti）は、前のオーステナイト粒子サイズを細かくし、靭性を大きく犠牲にすることなく強度を助けます。 - 小さなCrおよびMoの添加は焼戻し抵抗を増加させ、高温サービス温度および衝撃下での摩耗性能を改善します。

3. 微細構造と熱処理応答

360 HBおよび400 HBをターゲットとしたAR鋼の典型的な微細構造は、処理に強く依存します：

• NM360（低硬度ターゲット）：
• 典型的な微細構造：テンパー処理されたマルテンサイトおよび/またはベイナイトで、比較的細かい炭化物の分布；いくつかの配合には保持されたオーステナイトが含まれる場合があります。

• 処理：通常、制御された熱間圧延の後に焼入れと焼戻しを行うか、より穏やかな焼入れまたは低い焼戻し温度で焼入れと焼戻しを行い、硬度と靭性のバランスを得ます。熱機械圧延は、靭性が改善された細かいベイナイト構造を生成できます。

• NM400HB（高硬度ターゲット）：

• 典型的な微細構造：マルテンサイトおよびより硬いベイナイト成分の割合が高い；炭化物の分散と保持されたオーステナイトの可能性は鋼の化学組成と冷却速度に依存します。
• 処理：より高いブリネル硬度に達するためには、より強い焼入れまたは低い焼戻しが必要です；一部の製造者は、より厚いセクションが均一な高硬度を達成できるように硬化性を増加させるために合金添加（Cr、Mo、B）を使用します。焼入れと焼戻しのサイクルは、脆化を制限するように調整されます。

熱処理経路の影響： - 正常化：粒子サイズを細かくし、時には前処理として指定されますが、最終的な硬度目標には単独では達しません。 - 焼入れと焼戻し：指定された硬度レベルを達成するための主要な経路；焼戻し温度は硬度と靭性のトレードオフを制御します。 - 熱機械圧延（制御圧延）：特定の硬度で優れた靭性を持つベイナイト/テンパー処理された微細構造を生成でき、粗粒の焼入れテンパー鋼と比較して衝撃抵抗を改善します。

4. 機械的特性

正確な機械的特性は、組成、熱処理、および板の厚さに依存します。以下の表は、単一の保証された数値ではなく、比較的な挙動を示します；硬度値はグレードの目標を反映しています。

特性	NM360（典型的な挙動）	NM400HB（典型的な挙動）
引張強度	中程度から高い；摩耗部品に適している；硬度仕様で製造された場合、NM400HBより低い	より高い引張強度は高硬度に一致
降伏強度	中程度；熱処理に依存	より高い降伏強度
伸び（延性）	NM400HBと比較して高い延性/伸び	高硬度のために延びが減少
衝撃靭性	同等の厚さでより良い衝撃および破壊靭性	化学組成と熱処理が最適化されない限り、衝撃靭性が低い
硬度（ブリネル）	約350〜370 HBの範囲（グレード名の目標）	約400 HBの目標（指定はより高いHBを示す）

解釈： - NM400HBは通常、より強く、優れた耐摩耗性を提供しますが、これは延性と衝撃抵抗を犠牲にすることになります。これは、慎重な化学組成と熱機械処理によって緩和されない限りです。 - NM360は、部品が衝撃と摩耗の両方にさらされる場合や、サービス前に変形や成形が必要な場合に、より好ましいバランスを提供します。

5. 溶接性

AR鋼の溶接性は、炭素当量（硬化性）および微合金含有量に依存します；厚いセクションおよび高い硬化性は、溶接ゾーンの亀裂や脆化のリスクを増加させます。一般的な予測式は、定性的な解釈に役立ちます：

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

および

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

• 解釈：$CE_{IIW}$または$P_{cm}$の値が高いほど、硬く脆い熱影響部（HAZ）のリスクが高く、予熱、制御されたインターパス温度、または溶接後の熱処理（PWHT）が必要です。
• 相対的な溶接性：NM360は、より低い炭素/硬化性のターゲットのため、一般的にNM400HBよりも溶接が容易です；NM400HBは、より厳格な溶接手法、低い熱入力、予熱、または厚いセクションのHAZでの軟化処理を必要とする場合があります。
• 実用的なガイダンス：低水素溶接消耗品を使用し、インターパス温度を制御し、厚い板や要求の厳しいサービスの場合はPWHTまたは溶接後の焼戻しを検討してください。重要な部品には予備資格溶接手順が推奨されます。

6. 腐食および表面保護

• NM360およびNM400HBは、非ステンレスの炭素/合金鋼であり、比較可能な基本的な腐食抵抗を持っています；保護なしでは腐食環境には適していません。
• 一般的な保護戦略：塗装、プライマーシステム、メタライジング、または適切な場合の熱浸漬亜鉛メッキ。摩耗にさらされる部品には、保護コーティングが摩耗に適合している必要があります；犠牲的コーティングは、重い摩耗サービスでは長持ちしないことが多いです。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの非ステンレス鋼には適用されません。ステンレス合金が考慮される場合の参考として、次の式が使用されます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• 明確化：腐食保護の選択は、環境曝露とサービス寿命の期待によって推進されます；しばしば、厚い材料と計画された交換サイクルが、重い摩耗や腐食サービスに選ばれます。

7. 製造、加工性、および成形性

• 切断：NM400HBの高硬度は工具の摩耗を増加させます；耐摩耗性の板は、柔らかい構造鋼と比較して、炭化物またはセラミック工具および遅い切断速度を必要とすることがよくあります。
• 曲げ/成形：NM360は、低硬度と高延性により、曲げや冷間成形が容易です。NM400HBは成形性が低下しており、曲げは大きな曲げ半径や温間成形技術を使用しない限り、亀裂を引き起こす可能性があります。
• 加工性：両者は軟鋼よりも加工が難しい；NM400HBは一般的により挑戦的です。消耗品および工具の選択は、摩耗と硬い微細構造を考慮する必要があります。
• 仕上げ：研削および表面仕上げはNM400HBでより集中的です；研削媒体の摩耗が早くなることを予測して、研磨剤の選択とドレッシング頻度を考慮する必要があります。

8. 典型的な用途

NM360（典型的な用途）	NM400HB（典型的な用途）
衝撃と摩耗が共存するローダー用バケットライナー	厳しい摩耗が支配するクラッシャーライナーおよびグリズリーバー
中程度の摩耗と時折の衝撃が発生するシュートおよびホッパーライナー	高摩耗のコンベヤーおよび粉砕機で高硬度が寿命を延ばす摩耗プレート
製造においてある程度の成形性が必要な土木機器部品	事前成形され、アセンブリに溶接される高摩耗表面
スクリーニングプレートおよび軽〜中程度の負荷のライナー	摩耗に対する最大のサービス寿命が要求され、交換コストが高い用途

選択の理由： - 部品が摩耗抵抗と靭性のバランスを必要とする場合、または製造操作（曲げ、成形）が設置前に行われる場合はNM360を選択してください。 - 摩耗に対する抵抗を最大化することが優先され、部品が衝撃や壊滅的な過負荷を避けるように設計され、製造されている場合はNM400HBを選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：NM400HBは、通常、NM360に対してプレミアムを要求します。これは、より高い硬度を達成するためには通常、より厳密な化学管理、より多くの処理（制御された焼入れ/焼戻し）、および潜在的に高い合金含有量または熱機械処理が必要だからです。ただし、コストの差は製鋼所、地域、板のサイズによって異なります。
• 入手可能性：両グレードは主要なサプライヤーから板の形で広く入手可能であり、在庫サイズとリードタイムは市場の需要と製鋼所の能力に依存します。NM360のバリエーションは、混合摩耗用途でより一般的です；NM400（HB）は、高硬度のAR板が要求される市場で生産されます。
• 製品形態：板、製造されたライナー、時には溶接されたアセンブリやオーバーレイ部品として入手可能です；特殊なサイズや厳しい硬度公差は、リードタイムとコストを増加させる可能性があります。

10. 要約と推奨

基準	NM360	NM400HB
溶接性	より良い（低い硬化性リスク）	より要求される（高いHAZ亀裂リスク）
強度–靭性のバランス	作業硬度でより良い靭性と延性	より高い硬度/強度；最適化されない限り、延性が低い
コスト（相対的）	通常は低い	通常は高い（高硬度処理による）

次の条件に該当する場合はNM360を選択してください： - コンポーネントが衝撃と摩耗の両方にさらされ、靭性と延性が重要な場合。 - 部品が曲げ、冷間成形、またはより簡単な製造を必要とする場合。 - 溶接性と低い予熱/PWHTの要求が好ましい場合。 - やや低い材料コストとより簡単な加工が優先される場合。

次の条件に該当する場合はNM400HBを選択してください： - 摩耗抵抗が最も重要な要件であり、より高いブリネル硬度がサービス寿命を意味的に延ばす場合。 - 部品が重い衝撃や脆い破損を避けるように設計され、製造されている場合（例：交換可能な摩耗ライナー、厳しいサービス用に計画されたボルトまたは溶接アセンブリ）。 - プロジェクトがより厳格な溶接管理、より集中的な加工/仕上げ、および長い摩耗寿命と引き換えに潜在的に高い材料費を受け入れることができる場合。

最終的な注意：実際の化学範囲、熱処理スケジュール、および機械的保証はサプライヤーによって異なるため、エンジニアは製鋼所の証明書を要求し、重要な用途に提案された特定の板バッチおよび厚さの溶接手順と機械試験を確認する必要があります。材料選択は、グレード名だけに依存するのではなく、ライフサイクルコスト、製造の実用性、およびサービス環境のバランスを取るべきです。