NM400対NM360 - 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
NM360とNM400は、耐摩耗性が主な要求事項である用途向けに製造された、広く使用されている焼入れ焼戻し鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらのグレードの間で選択のジレンマに直面することが一般的です：溶接性、成形性、コストに対して硬度と耐摩耗性を高めることのトレードオフです。典型的な意思決定の文脈には、最大の耐摩耗性が必要な鉱業や採石用の摩耗部品のグレードを選択することと、製造や衝撃靭性が絶対的な硬度よりも重要な用途向けの材料を選択することが含まれます。
この2つのグレードの主な実用的な違いは、NM400がNM360よりも高い硬度と耐摩耗性を提供するように指定されていることです。その違いは、主に炭素および/または合金のわずかな増加と、熱機械処理および熱処理の厳密な管理を通じて達成されます。結果として生じるトレードオフは、設計および調達の際に行われる一般的な比較を促進します。
1. 標準および指定
- 耐摩耗性鋼およびその同等物が見つかる一般的な国内および国際標準：
- GB（中国）：NM360、NM400は、耐摩耗性鋼のGB/T標準で一般的に使用される中国の指定です。
- EN（ヨーロッパ）：EN指定の耐摩耗性鋼（例：AR/Hardox同等物）と比較されることが多いですが、直接の1対1のマッピングには化学成分と硬度の確認が必要です。
- JIS（日本）：独自の耐摩耗性鋼の指定があります。
- ASTM/ASME（アメリカ）：直接のNMシリーズ名はなく、典型的な同等物は硬度または機能グレード（例：AR400）で指定されます。
- 分類：NM360とNM400は、焼入れ焼戻し（焼入れおよび焼戻し炭素/低合金鋼）によって製造された高強度低合金（HSLA）耐摩耗性炭素鋼であり、ステンレス鋼や工具鋼ではありません。
2. 化学組成および合金戦略
以下の表は、NM型耐摩耗性鋼の通常の焦点要素を要約しています。単一の数値（生産者や標準によって異なる）ではなく、表は典型的な供給者の慣行を反映した定性的な存在または相対レベルの注釈を使用しています。
| 元素 | NM360（典型的） | NM400（典型的） | 役割 / 注記 |
|---|---|---|---|
| C（炭素） | 中程度（NM400より低い） | 中程度–高い（NM360より高い） | 主な焼入れ性および硬度の寄与者；Cが高いと強度/硬度が増加しますが、溶接性と延性が低下します。 |
| Mn（マンガン） | 中程度 | 中程度–高い | 強化、焼入れ性、脱酸；過剰はCEを上昇させます。 |
| Si（シリコン） | 低–微量 | 低–微量 | 脱酸剤；微小な固溶体硬化。 |
| P（リン） | 微量 / 制御された低 | 微量 / 制御された低 | 不純物；靭性のために低く保たれます。 |
| S（硫黄） | 微量 / 制御された低 | 微量 / 制御された低 | 不純物；脆化や加工問題を避けるために制御されます。 |
| Cr（クロム） | 微量–低 | 微量–低から低 | 焼入れ性と焼戻し抵抗を改善します。 |
| Ni（ニッケル） | 微量 | 微量 | 存在する場合、低温での靭性を向上させます。 |
| Mo（モリブデン） | 微量–低 | 微量–低 | 焼入れ性と焼戻し安定性を向上させます。 |
| V（バナジウム） | 微量 | 微量 | 粒子を細かくし、強度を改善するための微合金化。 |
| Nb（ニオブ） | 微量 | 微量 | 粒子の細化、存在する場合は靭性の向上。 |
| Ti（チタン） | 微量 | 微量 | 脱酸および粒子の細化。 |
| B（ホウ素） | 微量（時折） | 微量（時折） | 非常に少量であれば、焼入れ性を劇的に向上させます。 |
| N（窒素） | 微量 | 微量 | 制御された；微合金化元素と相互作用します。 |
合金化が性能に与える影響 - 焼入れ性と強度：C、Mn、Cr、Moなどの元素およびB/Nb/Vの少量の添加は、鋼が焼入れ時にマルテンサイト/ベイナイトを形成する能力を高め、硬度と引張強度を向上させます。 - 靭性：低い不純物レベル（P、S）と慎重な微合金添加（Nb、V、Ti）および最適化された熱処理は、衝撃靭性を保持します。 - 腐食：これらは非ステンレス鋼です；ここでの合金化は腐食抵抗に焦点を当てていません。
3. 微細構造と熱処理応答
NM型鋼の典型的な初期微細構造は、組成と冷却速度に応じてフェライト–パーライトまたはベイナイト–フェライトです。最終的な特性は、制御された焼入れ焼戻しまたは熱機械制御処理（TMCP）によって生成されます。
- NM360：硬度と靭性のバランスを達成するように設計されています。焼入れ焼戻し後、微細構造は通常、焼戻しマルテンサイトおよび/または細かい炭化物分散を含む低ベイナイトを含みます。NM400に対する低い炭素および合金含有量は、わずかに高い保持延性と一般的に容易な焼戻し応答を生み出します。
- NM400：より硬く、より耐摩耗性の微細構造を目指しています—通常は焼戻しマルテンサイトで、より高い転位密度と細かい炭化物沈殿を持っています。高い炭素と制御された合金化または微合金化は焼入れ性を高め、焼入れおよび焼戻しまたはTMCP後の所定の厚さでより高い硬度を可能にします。
熱処理の効果 - 正常化：粒子を細かくし、強度と硬度をわずかに増加させますが、目標の耐摩耗硬度に達するには不十分であり、通常は両グレードに対して焼入れ焼戻しが続きます。 - 焼入れおよび焼戻し：硬度と靭性の望ましい組み合わせを生成します。焼戻し温度の上昇は硬度を低下させますが、靭性を改善します。 - 熱機械処理（TMCP）：優れた靭性を持つ細粒ベイナイト/マルテンサイト微細構造を高硬度で生成でき、特に厚板において過度の硬いゾーンを避けるために重要です。
4. 機械的特性
NM360とNM400の機械的特性は、主に硬度目標によって区別されます。硬度は、耐摩耗寿命が多くの摩耗条件で硬度と強く相関するため、指定された性能指標であることが多いです。
| 特性 | NM360（典型的） | NM400（典型的） |
|---|---|---|
| 硬度 | ~360 HBW目標 | ~400 HBW目標 |
| 引張強度 | 高い | NM360より高い |
| 降伏強度 | 高い | NM360より高い |
| 伸び（延性） | NM400より良い | NM360に対してわずかに低下 |
| 衝撃靭性 | 良好（バランスが取れている） | 良好ですが、同等の厚さ/焼戻しで高硬度のためにやや低下する可能性があります |
解釈 - NM400は意図的にNM360よりも強く硬く、延性の一部を犠牲にして耐摩耗性を向上させています。適切に処理されない場合、衝撃靭性が低下する可能性があります。 - トレードオフの大きさは、厚さ、熱処理、正確な化学組成に依存します；現代のTMCPおよび微合金化はこれらのトレードオフを減少させることができます。
5. 溶接性
溶接性は主に炭素含有量、合金化、および焼入れ性によって決まります。炭素および合金含有量が高いほど、冷間割れのリスクが増加し、より厳格な予熱およびインターパス制御が必要です。
有用な炭素等価指標： - IIW炭素等価（定性的な溶接性指標）： $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - 国際溶接協会Pcm式（予熱ガイダンス用）： $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
定性的な解釈 - NM400は、より高い名目上の炭素/合金化および硬度目標を持つため、通常、NM360よりも高い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$を持ち、より制限的な溶接手順（より高い予熱、遅いインターパス冷却、低水素消耗品の使用）を示します。 - 緩和策：制御された予熱およびインターパス温度、適切な靭性を持つマッチまたはオーバーマッチのフィラー金属、必要に応じた溶接後熱処理（PWHT）、および拡散水素を制限するための湿気の厳格な管理。 - 重工業では、溶接手順は、HAZ硬化および冷間割れの感受性を避けるために、板の厚さとグレードに対して認定される必要があります。
6. 腐食および表面保護
- 非ステンレス：NM360とNM400は、非ステンレスの炭素/低合金鋼です。腐食抵抗のために設計されていません。
- 表面保護オプション：亜鉛メッキ（熱浸漬または前処理）、保護塗料、粉体コーティング、および犠牲的コーティング。亜鉛メッキや強い熱コーティングは、表面硬度に影響を与えたり、局所的な応力を引き起こす可能性があるため、最終的な硬度および摩耗要件とのコーティングプロセスの互換性を考慮してください。
- PREN：ピッティング抵抗等価数、 $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ は、これらの非ステンレスグレードには適用されません；腐食保護は、適切なコーティング選択および陰極保護戦略によって処理されるべきです。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性：NM400は、硬度と強度が高いため、NM360よりも加工が難しく、工具の摩耗が増加します。カーバイド工具を使用し、送り速度を減少させ、切削パラメータを最適化します。最終熱処理の前に前加工を行うことが有利です。
- 成形性：低炭素の軟鋼と比較して、両グレードの冷間成形は制限されています；NM360はNM400よりも曲げ性が良好です。複雑な成形が必要な場合は、最終的な焼入れ焼戻しの前に柔らかい状態で成形するか、成形性を改善する熱/機械的経路を使用してください。
- 接合および組立：溶接が局所的な摩耗性能を損なう可能性がある用途では、機械的な締結が一般的です；交換可能な摩耗部品を持つボルト留めのアセンブリを検討してください。
8. 典型的な用途
| NM360の使用例 | NM400の使用例 |
|---|---|
| トラックおよびトレーラーのボディ、中程度の摩耗を伴うライナー | クラッシャーライナー、鉱業用の重-dutyバケットおよび歯 |
| 中程度の摩耗用のシュート、ホッパー、コンベヤ | 一次クラッシャー、ピーク摩耗が厳しい粉砕ミルの摩耗プレート |
| 農業部品、スクリーン、ブレード | 掘削機およびローダーバケットのエッジ、交換可能なライナーを持つ重い摩耗部品 |
| 中程度の摩耗用のコンベヤ部品 | 長い耐摩耗寿命を必要とする高摩耗、高衝撃の鉱業用途 |
選択の理由 - 中程度の耐摩耗性、より良い延性/成形性、より容易な溶接が優先される場合や、部品が薄く衝撃荷重が中程度の場合はNM360を選択してください。 - 厳しい摩耗条件下での寿命延長が、より高い材料および加工コストを正当化し、製造方法がより厳格な溶接/成形制御に対応できる場合はNM400を選択してください。
9. コストと入手可能性
- コスト：NM400は、合金化/硬度目標が高く、より厳格な加工が必要なため、一般的にNM360よりもキログラムあたりのコストが高くなります。実際のコストは、供給者、板の厚さ、および熱処理の一貫性に依存します。
- 入手可能性：両グレードは主要な製鋼メーカーから板状で一般的に入手可能ですが、非常に高い硬度の板は大きな厚さで長いリードタイムや限られた在庫があるかもしれません。NM360は、より広範な厚さと寸法でより容易に在庫される可能性があります。
10. まとめと推奨
まとめ表
| 基準 | NM360 | NM400 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好（低いCE） | より難しい（高いCE） |
| 強度–靭性のバランス | バランスが取れている（より良い延性） | より高い強度と硬度、わずかに低い延性 |
| コスト | 低い | 高い |
推奨 - 最大の耐摩耗性と厳しいサービスにおける長い耐摩耗寿命（例：岩の掘削、一次破砕、重い鉱業部品）が必要な場合はNM400を選択し、より制限的な溶接/成形手順と高い材料コストに対応できる場合。 - 耐摩耗性とより良い溶接性、成形性、低い初期コストのバランスが必要な場合はNM360を選択してください—コンベヤ、トラックボディ、シュート、中程度の摩耗部品に適しています。
結論ノート いずれのグレードを指定する場合でも、化学組成と硬度の詳細を記載した供給者のミル証明書を要求し、意図した厚さとサービス条件に対する溶接手順の認定（PQR/WPS）を必要とし、摩耗部品を交換可能に設計してライフサイクルコストを最適化することを検討してください。