NM450 vs JFE-EH450 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
NM450 e JFE-EH450 são aços resistentes à abrasão (AR) comercialmente disponíveis, especificados para ambientes de alto desgaste onde são requeridas dureza elevada e boa tenacidade. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação comumente decidem entre eles ao equilibrar vida útil de desgaste, soldabilidade, custos de fabricação e considerações da cadeia de suprimentos. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de uma chapa para corpos e revestimentos de caminhões basculantes (desgaste vs. peso), escolha de material para caçambas de movimentação de terra (tenacidade e resistência ao impacto vs. dureza) ou especificação de chapa para calhas e funis (custo e disponibilidade vs. vida útil).
A principal distinção entre essas duas classes reside em suas estratégias de liga e tratamento térmico de design de usina: uma é frequentemente produzida para atender a uma especificação doméstica de aço AR com flexibilidade para adaptação da usina, enquanto a outra é uma classe proprietária de um fabricante com limites de composição definidos e processamento controlado para alcançar características mecânicas e microestruturais alvo. Essa diferença de composição e processamento gera variações sutis em endurecibilidade, tenacidade e soldabilidade que são importantes no design e na fabricação.
1. Normas e Designações
- NM450
- Comumente referenciado em linhas de produtos de aço AR proprietárias ou nacionais (frequentemente produzido para atender aos requisitos de dureza e tenacidade dos clientes, em vez de um único padrão internacional). É classificado como um aço resistente ao desgaste de baixa liga/alta dureza, tratado por têmpera e revenido.
- JFE-EH450
- A série EH da JFE (por exemplo, EH400, EH450) são aços resistentes à abrasão produzidos pela JFE Steel Corporation. O EH450 é um aço resistente ao desgaste de alta dureza, tratado por têmpera e revenido, com liga controlada e tratamento térmico.
- Normas e famílias relevantes nas quais classes comparáveis aparecem:
- ASTM/ASME: AR400/AR450 são comumente referenciados, mas são designações de tipo de produto em vez de padrões químicos rigorosos.
- JIS: As Normas Industriais Japonesas referenciam aços resistentes ao desgaste e classes proprietárias de usinas japonesas.
- EN: EN 10163 / EN 10029 / EN 10051 abordam aços estruturais ou resistentes ao desgaste em termos mais amplos.
- GB: Normas nacionais chinesas e especificações de fabricantes podem listar classes da série NM.
- Classificação: Ambos são aços de baixa liga, tratados por têmpera e revenido, de alta dureza (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não HSLA convencionais no sentido estrutural — são aços AR projetados para resistência ao desgaste e tenacidade aceitável).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: presença/papel típico dos elementos de liga (qualitativa; consulte o certificado da usina para valores exatos)
| Elemento | NM450 (estratégia típica) | JFE-EH450 (estratégia típica) |
|---|---|---|
| C | Controlado para alcançar dureza alvo na têmpera/revenido; conteúdo moderado | Controlado de forma semelhante; otimizado com outras ligas para endurecibilidade |
| Mn | Presente para aumentar a endurecibilidade e resistência; ajuda na desoxidação | Presente; a JFE tipicamente controla o Mn para endurecibilidade consistente |
| Si | Pequena adição para desoxidação; afeta a resistência | Pequenas quantidades controladas para desoxidação e resistência |
| P | Mantido baixo (controle de impurezas) para preservar a tenacidade | Mantido baixo; limites mais rigorosos frequentemente aplicados pela usina |
| S | Baixo, controle de inclusões de sulfeto; mantido ao mínimo | Baixo; controlado para melhorar a tenacidade/soldabilidade |
| Cr | Pode estar presente em pequenas quantidades para melhorar a endurecibilidade | Presente em nível controlado para aumentar a endurecibilidade e a resposta ao revenido |
| Ni | Pode ser adicionado em pequenas quantidades para tenacidade a baixa temperatura | Possivelmente presente em pequenas quantidades nas classes JFE para melhorar a tenacidade |
| Mo | Pequenas adições para melhorar a endurecibilidade e resistência ao revenido | Frequentemente usado pela JFE para ajustar o equilíbrio entre resistência e tenacidade |
| V | Microligação para refino de grão e resistência (traço) | Pode ser usado para refino de grão em quantidades controladas |
| Nb | Microligação em traço em algumas variantes de produto para controle de grão | Pode ser usado em quantidades de traço na química controlada pela usina |
| Ti | Traço para controle de inclusões/desoxidação se usado | Traço se necessário para prática de fabricação |
| B | Muito pequeno se usado para aumentar a endurecibilidade (controle cuidadoso) | Tipicamente não usado amplamente, mas possível em ligas específicas |
| N | Controlado; baixo N é preferido para evitar fragilização | Níveis de N controlados comumente especificados pelo fabricante |
Explicação - Ambas as classes são adaptadas para alcançar uma dureza alvo (~450 HB) através de uma combinação de carbono, manganês e pequenos elementos de liga (Cr, Mo, Ni) além do processamento térmico. A abordagem específica do fabricante (limites proprietários e adições de microligação) afeta a endurecibilidade (capacidade de formar martensita/bainita através da espessura da seção), resistência ao revenido (retenção de dureza após o revenido) e tenacidade a baixa temperatura. - Elementos de impureza (P, S) são minimizados porque promovem fragilização e reduzem a tenacidade ao impacto em aços de alta dureza. Elementos de microligação (V, Nb, Ti) são usados principalmente para controle do tamanho do grão e endurecimento por precipitação, ajudando a tenacidade sem excesso de carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura típica: Tanto o NM450 quanto o JFE-EH450 alcançam resistência ao desgaste principalmente através de uma microestrutura martensítica temperada e/ou bainítica inferior produzida por ciclos controlados de têmpera e revenido. O equilíbrio exato de fases (martensita temperada vs. bainita) depende da composição, espessura da seção e taxa de resfriamento.
- Resposta ao processamento:
- Normalização: Refina o tamanho do grão e homogeneiza a microestrutura, mas não produzirá a dureza alvo; usado como um passo preparatório.
- Têmpera e revenido: Rota principal para produzir ~450 HB. A têmpera cria uma estrutura martensítica/bainítica dura; o revenido ajusta a tenacidade e alivia tensões. A temperatura e o tempo de revenido influenciam significativamente a tenacidade ao impacto final e a troca de dureza.
- Processamento termo-mecânico: Laminação controlada seguida de resfriamento acelerado pode produzir bainita fina ou martensita temperada com tenacidade aprimorada — uma estratégia às vezes usada em produtos proprietários para obter maior tenacidade a uma dureza dada.
- Diferenças entre fabricantes: A série EH da JFE tipicamente usa ciclos de tratamento térmico e liga controlados de forma rigorosa para garantir propriedades consistentes através da espessura; variações de fornecedor para fornecedor nos suprimentos de NM450 podem resultar em microestruturas ligeiramente diferentes para a mesma dureza nominal.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: comparação qualitativa e dureza alvo típica
| Propriedade | NM450 (típico) | JFE-EH450 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência à Tração | Alta (depende do tratamento térmico; projetado para desgaste) | Alta; nominalmente comparável, com controle de especificação mais rigoroso |
| Resistência ao Escoamento | Alta; valores de projeto variam por fornecedor | Alta; geralmente similar ou marginalmente superior para classes controladas |
| Alongamento | Menor que aços estruturais convencionais; aceitável para aços AR | Similar; a JFE frequentemente controla a tenacidade/ductilidade de forma mais rigorosa |
| Tenacidade ao Impacto | Projetado para tenacidade razoável a baixa temperatura a 450 HB, dependente do fornecedor | Tipicamente projetado para tenacidade melhorada e consistente através da espessura da chapa |
| Dureza (alvo) | ~450 HB (nominal) | ~450 HB (nominal) |
Notas - Números mecânicos absolutos variam com o fornecedor, espessura da chapa e tratamento térmico específico. A dureza é a métrica definidora (classe 450 HB). As propriedades de tração e impacto devem ser verificadas no relatório de teste da usina certificado (MTR). - Em geral, um fabricante com controle proprietário (JFE) visa um equilíbrio de resistência-tenacidade mais consistente através da composição e processamento.
5. Soldabilidade
- Considerações: O equivalente de carbono e a endurecibilidade ditam a pré-aquecimento, temperatura entre passes e risco de trincas a frio. Elementos de microligação e tensões residuais também afetam o comportamento da solda.
- Fórmulas de avaliação comuns (interprete qualitativamente; não calcule sem a composição exata):
- Equivalente de carbono (forma IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm para soldabilidade:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretação:
- Ambas as classes terão equivalentes de carbono moderados a elevados em comparação com o aço macio; portanto, pré-aquecimento e temperaturas controladas entre passes são comumente requeridos para soldas de penetração total e para reduzir o risco de trincas a frio.
- O JFE-EH450, produzido com controle químico mais rigoroso, pode oferecer parâmetros de soldagem mais previsíveis e desempenho consistente na HAZ. A soldabilidade do NM450 depende da química específica do fornecedor e da espessura da seção.
- Use metais de adição e procedimentos de soldagem apropriados projetados para aços AR de alta dureza; considere pré-aquecimento, processos de baixo hidrogênio e revenido pós-solda quando necessário.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto o NM450 quanto o JFE-EH450 são aços de baixa liga não inoxidáveis, selecionados principalmente por resistência ao desgaste, não por resistência à corrosão.
- Métodos típicos de proteção: pintura, jateamento com granalha mais primers, revestimentos de spray térmico e galvanização para ambientes leves (nota: a galvanização pode ser problemática com aços de alta dureza devido a efeitos térmicos e possível fragilização — consulte o fornecedor).
- A fórmula PREN não é aplicável para esses aços não inoxidáveis; para referência, o desempenho inoxidável é frequentemente julgado por:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Orientação de seleção: Para ambientes combinados de desgaste e corrosão, considere sobreposições (hardfacing), revestimentos sacrificial ou especificar uma liga resistente ao desgaste inoxidável se a corrosão for um fator chave.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Corte: O corte a plasma ou a laser é comum. Alta dureza requer consumíveis apropriados e taxas de alimentação mais lentas; a qualidade da borda e as zonas afetadas pelo calor devem ser controladas.
- Dobragem/formação: Formabilidade limitada devido à alta dureza; a formação antes do tratamento térmico final ou o uso de técnicas de aquecimento local podem ser necessários. Raios de dobra agudos aumentam o risco de fratura.
- Maquinabilidade: Difícil em relação ao aço macio; o desgaste das ferramentas é maior. Use ferramentas de carbeto, velocidades de corte reduzidas e configurações rígidas.
- Acabamento: Moagem e polimento para remover rebarbas e melhorar superfícies de acoplamento são comuns; soldas de hardfacing podem ser aplicadas para proteção contra desgaste localizado.
8. Aplicações Típicas
| NM450 (usos típicos) | JFE-EH450 (usos típicos) |
|---|---|
| Corpos de caminhões, revestimentos de caçambas e laterais onde proteção contra desgaste custo-efetiva é necessária | Revestimentos de alto desempenho, equipamentos de movimentação de terra e caçambas que requerem vida útil previsível e controle de qualidade rigoroso |
| Funis e calhas em mineração e manuseio de agregados | Componentes críticos de desgaste em mineração e indústria pesada onde rastreabilidade do fornecedor e tenacidade consistente são requeridas |
| Placas de desgaste onde intervalos de substituição são aceitáveis e o fornecimento local é priorizado | Aplicações que requerem procedimentos de soldagem/fabricação compatíveis e consistência de fornecimento internacional |
Racional de seleção: Escolha com base no tipo de carga (deslizamento vs. impacto), necessidade de propriedades consistentes através da espessura, restrições de custo e suporte do fornecedor para soldagem/fabricação.
9. Custo e Disponibilidade
- NM450: Frequentemente disponível de várias usinas domésticas; tipicamente custo mais baixo e mais flexível em prazo de entrega para fornecimento local. A qualidade e a consistência do processamento podem variar por fornecedor.
- JFE-EH450: Geralmente posicionado como um produto premium, proprietário, com dados de material consistentes e controle de processo mais rigoroso. Pode custar mais por tonelada, mas oferece entrega e documentação previsíveis. A disponibilidade depende da distribuição regional e considerações de importação.
- Formas de produto: Chapas, painéis cortados sob medida e revestimentos fabricados são comuns. Prazos de entrega e quantidades mínimas de pedido variam por fornecedor.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: instantâneo comparativo (qualitativo)
| Critério | NM450 | JFE-EH450 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa a moderada; depende da química do fornecedor e da espessura | Mais previsível; frequentemente procedimentos de soldagem melhor documentados |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Alta dureza com tenacidade aceitável; dependente do fornecedor | Otimizado para tenacidade consistente na dureza alvo |
| Custo | Frequentemente mais baixo, boa disponibilidade local | Preço premium por qualidade e documentação consistentes |
Recomendação - Escolha NM450 se você precisar de uma chapa resistente ao desgaste custo-efetiva e puder aceitar variação do fornecedor, ou se cadeias de suprimento locais e custo unitário mais baixo forem fatores primários. É adequado para aplicações onde a substituição frequente é aceitável e onde procedimentos de soldagem/fabricação podem ser qualificados localmente. - Escolha JFE-EH450 se você precisar de maior confiança na tenacidade através da espessura, química controlada pela usina consistente, procedimentos de solda documentados e qualidade rastreável para aplicações críticas ou de exportação. Prefira EH450 quando desempenho previsível, esforço de qualificação reduzido e suporte do fornecedor justificarem um custo de material mais alto.
Nota final: Para qualquer aplicação crítica, obtenha o relatório de teste da usina, revise a composição química exata e os registros de tratamento térmico, e realize soldas de qualificação específicas para a aplicação e testes de tenacidade. Os nomes dos materiais (NM450, EH450) são designações de tipo de produto; a especificação adequada deve referenciar a ficha técnica do fornecedor e os critérios de aceitação para dureza, energia de impacto e qualificação do procedimento de solda.