NM450 vs NM400A – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

NM450 e NM400A são dois aços resistentes ao desgaste comumente especificados, utilizados em indústrias pesadas onde o desgaste abrasivo é um dos principais fatores de projeto. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam um compromisso entre maior dureza para melhorar a vida útil contra desgaste e a necessidade de tenacidade e soldabilidade adequadas em ambientes de fabricação exigentes. Os contextos típicos de seleção incluem equipamentos de mineração e movimentação de terra (placas de desgaste e caçambas), revestimentos de alto desgaste em manuseio de materiais e componentes estruturais sujeitos a impacto e abrasão.

A principal diferença entre essas duas classes é que o NM450 é focado principalmente em uma dureza maior ao ser entregue (e, portanto, maior resistência à abrasão), enquanto o NM400A representa uma evolução da família NM400 com ligações e processamento ajustados para melhorar a tenacidade e o desempenho de fabricação sem um grande sacrifício na resistência ao desgaste. Como ambos são usados para resistência à abrasão, eles são comumente comparados ao especificar revestimentos ou peças que devem equilibrar a vida útil contra desgaste, resistência a trincas e facilidade de fabricação.

1. Normas e Designações

• Designações nacionais e internacionais comuns encontradas em compras e especificações:
• GB/T (normas nacionais chinesas) frequentemente definem aços resistentes ao desgaste da série NM (por exemplo, NM400, NM450).
• EN / DIN: equivalentes europeus geralmente especificam aços resistentes ao desgaste ou abrasão por dureza ou propriedades mecânicas, em vez da nomenclatura "NM".
• JIS: normas japonesas tratam aços resistentes à abrasão sob diferentes nomes de família e especificações.
• ASTM/ASME: normas ASTM podem ser referenciadas para métodos de teste e requisitos de propriedades mecânicas, mas não há um equivalente direto um a um da ASTM para as classes NM; elas são frequentemente especificadas por dureza e propriedades mecânicas requeridas.
• Classificação: Tanto o NM450 quanto o NM400A são aços resistentes ao desgaste de alta resistência e baixa liga (HSLA) (baseados em carbono-manganês com microligação e processamento controlado), em vez de aços inoxidáveis, de ferramentas ou de alta liga.

2. Composição Química e Estratégia de Ligações

Abaixo está uma tabela que resume a estratégia típica de ligações expressa qualitativamente (níveis relativos) em vez de porcentagens exatas. Isso evita apresentar valores numéricos fabricados, enquanto ainda mostra como as duas classes diferem na ênfase dos elementos.

Explicação: - A ligações nas classes NM é conservadora: a estratégia é usar principalmente carbono e manganês com pequenas adições de outros elementos (Cr, Mo, Ni, elementos de microligação) para ajustar a endurecibilidade, refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade. - O NM450 tende a uma composição e janela de processamento que alcança maior dureza ao ser entregue (para resistência à abrasão). O NM400A é uma iteração do NM400 com ajustes—frequentemente em microligação e resfriamento controlado—que visam aumentar a tenacidade e reduzir a sensibilidade a trincas, preservando a resistência ao desgaste eficaz.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• Aços NM laminados ou normalizados geralmente contêm uma mistura de martensita temperada, bainita e ferrita temperada, dependendo da taxa de resfriamento e do teor de liga. A microestrutura controlada visa fornecer uma combinação de dureza e tenacidade.
• NM450: produzido e processado para resultar em uma microestrutura mais dura (maior fração de constituintes martensíticos/bainíticos). O refino do grão e o resfriamento controlado são usados para alcançar níveis de dureza mais altos.
• NM400A: o processamento foca na produção de uma estrutura de martensita bainítica/temperada de grão mais fino com tenacidade melhorada. O controle termo-mecânico ou precipitados de microligação (Nb, V, Ti) são usados para limitar o crescimento do grão e melhorar a resistência à fratura.
• Tratamento térmico e sensibilidade ao processo:
• Normalização: refina o tamanho do grão e reduz tensões residuais; ambas as classes se beneficiam da normalização antes da entrega para melhorar a tenacidade.
• Resfriamento e têmpera: não é tipicamente aplicado a placas inteiras por razões de custo; tratamento térmico localizado pode ser usado para peças críticas. O resfriamento aumenta a endurecibilidade, mas requer têmpera para reduzir a fragilidade.
• Laminação termo-mecânica: usada industrialmente para controlar a temperatura de acabamento da laminação e o resfriamento para alcançar dureza e tenacidade alvo. Variantes do NM400A frequentemente exploram laminação controlada/resfriamento acelerado para produzir propriedades equilibradas.
• Nota prática: a elevada endurecibilidade aumenta a suscetibilidade a trincas a frio após a soldagem; assim, o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) ou práticas de pré-aquecimento podem ser mais críticos para o NM450 do que para o NM400A.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela a seguir contrasta a ênfase típica das propriedades sem fornecer valores numéricos fabricados — em vez disso, a tabela usa descritores qualitativos para indicar o comportamento relativo.

Explicação: - O NM450 é tipicamente mais forte e mais duro, favorecido onde a abrasão superficial domina e o impacto é limitado ou gerenciado pelo projeto. - O NM400A é ajustado para uma combinação mais tolerante de tenacidade e resistência ao desgaste satisfatória, útil em aplicações com impacto e abrasão combinados, onde a trinca é uma preocupação.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade dependem do equivalente de carbono e do conteúdo de microligação, em vez do nome da classe sozinho. Índices preditivos comuns incluem:

• Equivalente de carbono usado para estimar a sensibilidade a trincas a frio: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Um parâmetro mais detalhado que leva em conta elementos adicionais: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação: - Valores mais altos de $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ indicam maior endurecibilidade e um maior risco de formação de martensita dura e frágil na ZTA (zona afetada pelo calor) — aumentando o risco de trincas a frio. - O NM450, projetado para maior dureza, tipicamente tem maior endurecibilidade e, portanto, requisitos de pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e potencialmente requisitos de PWHT mais exigentes do que o NM400A. - O NM400A tende a ser mais amigável à soldagem porque sua liga/microestrutura visa melhorar a tenacidade e reduzir os picos de dureza da ZTA. - Orientação prática: para ambas as classes, adira a procedimentos de soldagem qualificados, controle de hidrogênio (use consumíveis de baixo hidrogênio) e aplique pré-aquecimento ou PWHT conforme necessário pelas espessuras e cálculos de CE/Pcm.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Essas classes NM não são aços inoxidáveis e não possuem resistência à corrosão intrínseca significativa. As estratégias de proteção incluem:
• Pintura e sistemas de revestimento compatíveis com serviço abrasivo (por exemplo, revestimentos sacrificial ou de alta espessura).
• A galvanização a quente é possível para fabricação, mas pode ser limitada pela geometria da peça, dureza de superfície requerida e potenciais problemas de hidrogênio dos processos de revestimento.
• Revestimentos poliméricos ou sobreposições de desgaste podem ser usados onde tanto a abrasão quanto a corrosão representam problemas.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a aços NM resistentes ao desgaste não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use isso apenas para classes inoxidáveis; NM400A e NM450 não dependem dessas métricas.
• Ao especificar, inclua requisitos de tratamento de superfície nos documentos de compras para garantir proteção contra abrasão sem comprometer a soldabilidade (por exemplo, evite limpeza carregada de cloretos antes da soldagem).

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade:
• Dureza mais alta (NM450) reduz a usinabilidade; ferramentas especializadas, taxas de avanço reduzidas e montagens rígidas são necessárias.
• O NM400A, sendo comparativamente mais macio e tenaz, é um pouco mais fácil de usinar.
• Formabilidade e dobra:
• A conformação a frio é limitada para classes de alta dureza; o NM450 pode exigir raios de dobra maiores, menor deformação de dobra ou abordagens de conformação a quente.
• O NM400A geralmente permite dobras mais apertadas e melhor controle de retorno devido à tenacidade melhorada.
• Acabamento:
• Desbaste e jateamento são comuns para ambas as classes; o desgaste da ferramenta é maior no NM450. Corte abrasivo (plasma, oxi-combustível) e jato de água são usados dependendo da espessura, mas requerem atenção à ZTA e ao potencial de trincas.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha a classe cuja ênfase nas propriedades corresponda ao modo de falha dominante: abrasão superficial (NM450) vs. impacto/abrasão combinados ou condições de soldagem/reparo exigentes (NM400A).

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo:
• O NM450 geralmente tem um preço premium em relação aos aços de desgaste de menor dureza devido ao processamento e controle mais rigoroso necessários para alcançar dureza mais alta e consistente.
• O NM400A geralmente está abaixo do NM450 em custo de material, mas acima de aços de carbono simples ou genéricos resistentes à abrasão devido à sua química e processamento otimizados.
• Disponibilidade:
• Ambas as classes estão comumente disponíveis em forma de placas de grandes produtores de aço, mas tamanhos específicos de placas, espessuras e relatórios de teste de moinho certificados podem variar. Os prazos de entrega dependem da demanda, capacidade do moinho e cadeias de suprimento regionais.
• Formas de produto:
• As formas de fornecimento padrão são placas, tiras e seções cortadas sob medida. Variantes proprietárias ou especiais (por exemplo, variantes do NM400A com certificações específicas de tenacidade) podem exigir prazos de aquisição mais longos.

10. Resumo e Recomendação

Conclusão e orientação: - Escolha o NM450 se: - Seu requisito de projeto principal for máxima resistência à abrasão e você puder gerenciar procedimentos de fabricação/soldagem mais exigentes; apropriado para aplicações dominadas por desgaste deslizante ou abrasivo onde a substituição de peças é aceitável. - Escolha o NM400A se: - Sua aplicação envolver impacto e abrasão combinados, exigir melhor soldabilidade ou reparos no local, ou você precisar de um material mais resistente a fraturas sem sacrificar muito a vida útil contra desgaste.

Nota prática final: Sempre especifique a dureza de entrega requerida, critérios de tenacidade da ZTA (por exemplo, energia Charpy a uma determinada temperatura, se relevante) e condições de soldagem/pré-aquecimento/PWHT nos documentos de compras. Sempre que possível, consulte relatórios de teste de moinho e solicite rotas de processamento confirmadas (normalização, laminação controlada) para garantir que a microestrutura entregue esteja alinhada com as expectativas em serviço.