NM400 vs JFE-EH400 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

NM400およびJFE-EH400は、主に摩耗抵抗が求められる用途に指定された高硬度の焼入れ焼戻し摩耗抵抗鋼として広く使用されています。調達およびエンジニアリングチームは、コスト、機械的特性の一貫性、溶接性、納入チェーンの要件をバランスさせる際に、しばしばこれらの間で決定を下します。典型的な決定の文脈には、バルク摩耗部品用に低コストで広く入手可能な材料を選択することと、より厳密なミル管理と文書化された靭性が必要なプレミアム生産者グレードを指定することが含まれます。

主な実用的な違いは、NM400が中国/アジアの規格（摩耗抵抗鋼のファミリー）に一般的に生産される摩耗抵抗鋼のクラスを表すのに対し、JFE-EH400はJFEスチールの日本の独自のEH（Easy-Handled/Enhanced Hardness）シリーズ製品で、文書化されたプロセス管理と製品の出所があります。両者は名目上同じ硬度レベル（≈400 HB）を目指しているため、設計者やバイヤーによって化学組成、熱処理反応、機械的性能、加工挙動の同等性が頻繁に比較されます。

1. 規格と指定

• NM400: 中国/アジアの規格および商業仕様（例：GB/Tおよび売り手特有の証明書）に一般的に供給されます。これは、摩耗抵抗として分類された焼入れ焼戻し高硬度低合金鋼です（ステンレスではありません）。摩耗抵抗のために設計されたHSLAバリアントのカテゴリに位置します。
• JFE-EH400: JFEの独自の指定「EH」シリーズの下で供給され、JIS/JFE製品文献で参照されることがあります。これも同様に、焼入れ焼戻しされた低合金摩耗抵抗鋼（摩耗サービス用のHSLAタイプ）です。

分類: 両者は低合金の焼入れ焼戻し摩耗抵抗鋼です（工具鋼ではなく、ステンレスでもありません）。通常、最終用途の硬度（名目400 HB）で参照されます。

2. 化学組成と合金戦略

これらの鋼の正確な化学組成は、ミル、板の厚さ、および特定の製品オプションによって異なります。以下の表は、NM400クラスの鋼およびJFE-EH400のためにミルおよび業界データシートで報告された典型的な組成範囲を示しています。これらは代表的な範囲として提示されており、常に注文のために供給者のミル試験証明書（MTC）と照合してください。

元素 (wt%)	NM400 — 典型的範囲	JFE‑EH400 — 典型的範囲
C	0.12 – 0.22	0.10 – 0.20
Mn	0.8 – 1.6	0.7 – 1.4
Si	0.2 – 0.9	0.2 – 0.6
P	≤ 0.035	≤ 0.03
S	≤ 0.035	≤ 0.02
Cr	0.2 – 0.7	0.2 – 0.7
Ni	trace – 0.5	trace – 0.4
Mo	trace – 0.25	trace – 0.2
V	0 – 0.08	0 – 0.08
Nb	0 – 0.03	0 – 0.03
Ti	0 – 0.02	0 – 0.02
B	0 – 0.002	0 – 0.002
N	通常 ≤ 0.015	通常 ≤ 0.015

説明: - 炭素、マンガン、シリコンは基準強度と硬化性を提供します。いくつかのNM400バリアントでは、やや高いMnが硬化性を高めますが、制御されていない場合は溶接性を低下させる可能性があります。 - 微合金元素（V、Nb、Ti）は、粒子を細かくし、強度と靭性のバランスを改善します。特に制御された圧延または焼戻し後に効果があります。 - Cr、Mo、時にはNiの少量添加は、硬化性と焼戻し抵抗を高め、厚い部分での均一な硬度を助けます。 - 微量のホウ素は、制御された低レベルで存在する場合に硬化性を改善するために使用できます。

3. 微細構造と熱処理反応

商業的な焼入れ焼戻し処理後の両グレードの典型的な微細構造は、保持されたベイナイト成分を含む焼戻しマルテンサイトです。微細構造は合金含有量、冷却速度、板の厚さによって異なります。

• NM400: 様々な熱機械制御を持つミルによって生産されます。焼入れ焼戻し後の典型的な微細構造は、微合金元素が存在する場合、炭化物と微細沈殿物の分散を伴う焼戻しマルテンサイトです。熱機械制御加工（TMCP）によって生産されたバリアントは、前オーステナイト粒子サイズが細かくなり、靭性が向上する可能性があります。
• JFE‑EH400: JFEは、分離を最小限に抑え、炭化物の沈殿を制御するために、制御された化学組成と熱処理を強調しています。EH生産ルートは、供給された厚さ範囲全体で予測可能な硬度と靭性性能を持つ均一な微細構造を通常生成します。

熱処理の効果: - 正常化の後に焼戻しを行うことで靭性が向上する可能性がありますが、焼戻しパラメータが調整されていない場合は硬度が低下する可能性があります。 - 焼入れ＆焼戻し（Q＆T）は、~400 HBに到達するための商業的なルートです。焼戻しパラメータは靭性と硬度のトレードオフを制御します。 - Q＆Tの前に熱機械制御加工（TMCP）を行うことで、粒子の細化と沈殿の制御により、同等の硬度で靭性が向上します。

4. 機械的特性

機械的特性は、厚さ、正確な化学組成、およびミルの熱処理慣行によって異なります。以下の表は、焼入れ焼戻しされた400 HBクラスの板の典型的な特性範囲を示しています。

特性	NM400 — 典型的	JFE‑EH400 — 典型的
硬度 (HBW)	360 – 440 (名目400 HB)	360 – 440 (名目400 HB)
引張強度 (MPa)	~1000 – 1400	~1000 – 1400
降伏強度 (0.2%証明, MPa)	~800 – 1200	~800 – 1200
伸び (A5, %)	~8 – 16	~8 – 16
シャルピーVノッチ (室温または指定温度, J)	加工依存性が高い; 室温での典型的な値は20–80 J; 低温評価は変動します	制御された加工により、通常は比較可能または優れた一貫性

解釈: - 両者の硬度は~400 HBを目指しています; 引張強度と降伏強度の範囲は、同じ硬度目標が達成されているため、かなり重なります。 - 一貫性において違いが現れます: JFE‑EH400は、特に重要な用途において靭性と特性のばらつきに対してより厳密な管理で指定され、供給されることが一般的です。 - 同じ名目硬度の場合、高い合金化/硬化性により、厚い部分が目標硬度に達することが可能ですが、硬化性の向上は管理されない場合、溶接性を低下させる可能性があります。

5. 溶接性

これらの高硬度鋼の溶接性は、炭素含有量、合金化（硬化性）、厚さ、および前後の溶接熱処理によって制御されます。

関連する経験的指標: - 炭素当量 (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (国際): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈: - 両グレードは中程度の炭素と合金化を持ち、CEおよびPcmは正確な化学組成に応じて中程度から高めになる可能性があります。高いCE/Pcmは、冷間割れのリスクが高く、予熱または溶接後熱処理（PWHT）が必要であることを示します。 - JFE‑EH400は、しばしば予熱/PWHTの文書化された推奨事項と共に到着し、時には改善された溶接性のために最適化されたバージョンを提供します（制御された低S、P、および厳密なC範囲）。 - NM400バリアントはミルによって異なり、一部は溶接性のために設計されている（低C、微合金化）一方、他は硬化性と摩耗寿命を優先しています。 - ベストプラクティス: 低水素消耗品、適切な予熱、制御されたインターパス温度、および厚さやCE/Pcmの閾値によって要求される場合の焼戻しPWHTを使用します。溶接手順の資格（WPS/PQR）は不可欠です。

6. 腐食と表面保護

これらは非ステンレスの摩耗鋼であり、内在的な腐食抵抗はステンレスグレードに比べて限られています。

• 表面保護方法: 塗装、工業コーティング、メタライジング、犠牲的オーバーレイ、または大気保護のための亜鉛メッキ（亜鉛メッキは厚さや用途によって制限される場合があります）。ハードフェイシングオーバーレイ（溶接オーバーレイ）は、基材の靭性と表面の摩耗抵抗を組み合わせるために頻繁に使用されます。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は非ステンレス鋼には適用されません; 参考のために、PRENの公式は次の通りです: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• 重い摩耗と攻撃的な化学または塩素環境が組み合わさるサービスでは、腐食抵抗のあるオーバーレイまたは別の腐食抵抗部品を使用してください。

7. 加工性、機械加工性、および成形性

• 切断: 両グレードは消耗品や工具に対して硬く、プラズマ/酸素燃料/レーザー切断が一般的です; トリミングには溶接後の研削が必要な場合があります。
• 機械加工性: 低い — これらは硬化可能な鋼です; 可能であれば、柔らかくアニーリングされた状態で機械加工を行うべきです。焼入れ焼戻しされた板の機械加工には、カーバイド工具と減速した送り速度が必要です。
• 曲げ/成形: 提供された焼入れ焼戻し板の冷間成形は制限されており、硬度が~400 HBのとき成形性は低いです。成形は、柔らかい、予め焼入れされた条件で行うか、部品は柔らかいブランクから製造し、その後ハードフェイシングまたは熱処理を行って最終硬度にします。
• 仕上げ: 研削およびドレッシングには、粒子生成のために適切な研磨剤とPPEが必要です; 炎またはプラズマ切断は、HAZおよび残留特性の考慮が必要です。

8. 典型的な用途

NM400 — 典型的な用途	JFE‑EH400 — 典型的な用途
コスト効率の良い摩耗抵抗が求められる用途における掘削機のバケット、ライナー、シュート、ホッパー、ダンプトラックのベッド、破砕機装置	一貫した性能と供給者のトレーサビリティが優先される鉱業機械、破砕機、ミルライナー、および高摩耗部品のための摩耗プレートとライナー
農業機械、土木機械、頻繁なローカル交換が許容される鉱石処理	安全クリティカルな設置のためにミル認証された靭性と均一な特性を指定する重要な回転機器の摩耗部品、OEM
ハードフェイシング基材（溶接オーバーレイ用の基鋼）	温度での検証された靭性と制御された特性のばらつきが要求される用途（例：大規模構造摩耗部品）

選択の理由: - 摩耗モード（滑り対衝撃摩耗）、必要な靭性、溶接による局所修理が期待されるかどうかに基づいて材料を選択してください。衝撃摩耗が支配的な場合は、証明された靭性を持つグレードを検討するか、より厚いオーバーレイを使用してください。

9. コストと入手可能性

• NM400クラスの鋼は、多くのミルによって広く生産されており、特に中国およびアジアで、一般的にバルク板形式および地域市場でよりコスト競争力があります。一般的な厚さおよびカットサイズ形式での入手可能性は広範です。
• JFE‑EH400は、日本の主要なミルからのブランド製品であり、厳格な品質管理、文書化された一貫性、および輸出ロジスティクスによりプレミアムを要求する場合があります。入手可能性はグローバルですが、リードタイムとコストはプレミアムを反映しています。
• 製品形状: 両者は板として入手可能ですが、JFE製品ファミリーは、価値とコストを追加する熱処理記録、化学分析、靭性試験などの追加文書を提供する場合があります。

10. 概要と推奨

側面	NM400	JFE‑EH400
溶接性	変動; ミルの化学組成とCE/Pcmに依存	通常、ガイダンスが文書化されており; 一般的に比較可能またはより良い制御性
強度–靭性バランス	良好、製造者およびプロセスによって変動	良好で、通常はより厳密な制御と一貫性
コスト	通常は低い / より競争力がある	通常は高い（プレミアム）
入手可能性	広範、特にアジアで	良好で、ブランド特有のサプライチェーンと文書があります

結論 / 推奨: - NM400を選択する場合: コストと広範な入手可能性が主なドライバーであり、用途が摩耗に支配されている場合、またはプロジェクトが高い変動を許容する場合、または特定の供給者を資格付けできる場合。NM400は、頻繁な交換と修理が予想されるバルク摩耗部品にとって実用的な選択です。 - JFE‑EH400を選択する場合: より厳密な特性管理、文書化されたミルのトレーサビリティ、および厚さ全体での一貫した靭性が必要であり、用途が安全または性能クリティカル（例：重鉱業OEM、大規模構造）である場合、または確立された技術サポートを持つブランド供給を好む場合。溶接手順の資格付けと予測可能な低温挙動が重要な場合は、JFE‑EH400が望ましいです。

最終的な注意: 両グレードは、腐食抵抗や広範な冷間成形よりも摩耗抵抗を目的としています。調達の決定においては、供給者のミル試験証明書を取得し、レビューし、必要な衝撃温度、WPS/PQRのニーズを指定し、サービス条件が厳しい場合は試験溶接と現場検証を行ってください。