NM400 vs WNM400 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

NM400 e WNM400 são duas classes de aço resistentes à abrasão (AR) intimamente relacionadas, comumente especificadas para componentes críticos de desgaste, como caçambas, calhas, funis, revestimentos e partes de transportadores. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre essas classes, onde as compensações incluem vida útil de desgaste versus custo de compra, soldabilidade versus tenacidade através da espessura, e simplicidade de fabricação versus desempenho mecânico otimizado.

A principal distinção prática entre os dois é que o WNM400 é produzido com um microaleamento controlado e/ou rota de processo destinada a refinar a microestrutura e melhorar o desempenho (especialmente tenacidade e soldabilidade) enquanto mantém a mesma classe de dureza nominal que o NM400. Como ambos são usados para aplicações de desgaste semelhantes e frequentemente vendidos na mesma faixa de dureza (em torno dos valores HRC/HBW na classe 400), eles são comumente comparados ao especificar chapas, peças fabricadas ou revestimentos de reposição.

1. Normas e Designações

• Normas nacionais e regionais comuns onde os aços AR aparecem:
• China: GB/T (comum para a série NM)
• Japão: JIS e designações proprietárias JFE/SSAB
• Europa: normas EN e aços AR proprietários de fornecedores
• EUA: ASTM/ASME frequentemente referenciam aços resistentes à abrasão pelo nome comercial ou dureza, em vez de uma única designação química ASTM
• Classificação:
• NM400: Aço carbono-manganês resistente à abrasão de alta dureza (aço AR) — tipicamente uma categoria de baixo liga/HSLA orientada para resistência ao desgaste.
• WNM400: Uma variante do NM400 produzida com microaleamento e processamento controlado — ainda um aço AR na mesma família, mas com adições de microaleamento projetadas e/ou processamento termo-mecânico para melhorar a tenacidade e/ou soldabilidade.

Nota: Nem NM400 nem WNM400 são aços inoxidáveis; ambos são projetados para resistência ao desgaste em vez de resistência à corrosão.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - A tabela usa descritores qualitativos porque os limites químicos exatos variam de acordo com o fabricante e a especificação. A estratégia definidora para o WNM400 é a adição deliberada de pequenas quantidades de elementos de microaleamento (V, Nb, Ti ou combinações) e/ou controle mais rigoroso da química e do processamento para refinar a microestrutura e reduzir o equivalente de carbono para uma dureza alvo. - Os níveis de microaleamento são pequenos (ppm–centenas de ppm); eles visam melhorar o controle do grão, permitir alvos de carbono mais baixos para a mesma dureza e melhorar o equilíbrio entre resistência e tenacidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica (como laminado/tempered ou processado AR):
• NM400: Produzido para alcançar uma microestrutura dura resistente ao desgaste (frequentemente martensita temperada, bainita, ou uma matriz mista de martensita/bainita temperada dependendo da espessura e do tratamento térmico). O processamento convencional resulta em uma estrutura de grão grosso a moderado dependendo das taxas de laminação e resfriamento.
• WNM400: O microaleamento e o processamento termo-mecânico controlado (TMCP) tendem a produzir uma matriz de martensita bainítica temperada de grão mais fino e mais uniforme com dispersões de precipitados de microaleamento que ajudam a fixar os limites de grão e aumentar a tenacidade.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Normalização: Ambas as classes respondem à normalização aliviando a segregação e refinando o tamanho do grão; o WNM400 se beneficia mais porque os precipitados de microaleamento estabilizam grãos finos.
• Resfriamento e tempera: Possível para componentes mais espessos ou onde maior resistência é necessária; a têmpera ajustará a dureza e a tenacidade. Aços microaleados podem alcançar dureza semelhante a equivalentes de carbono ligeiramente mais baixos, tornando a resposta à têmpera mais favorável.
• Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): Se aplicado, o TMCP melhora a tenacidade e a resistência em ambos; o conceito WNM400 geralmente depende do TMCP mais microaleamento para otimizar propriedades sem ciclos de tratamento térmico mais pesados.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: - O principal alvo mecânico para ambos é a resistência à abrasão (dureza). O WNM400 visa manter a dureza alvo enquanto melhora a tenacidade e a ductilidade por meios metalúrgicos, em vez de aumentar o carbono ou outros elementos prejudiciais. - Na prática, o WNM400 pode permitir um uso mais seguro em seções mais espessas ou em ambientes mais frios onde o NM400 pode ser mais quebradiço.

5. Soldabilidade

• Observações gerais:
• A soldabilidade dos aços AR é determinada pelo teor de carbono, equivalente de carbono (endurecimento), espessura e presença de elementos de microaleamento.
• Aços microaleados podem ser projetados para ter equivalentes de carbono efetivos mais baixos para uma dureza dada, melhorando os requisitos de pré-aquecimento/pós-aquecimento e reduzindo o risco de trincas.
• Índices úteis:
• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (parâmetro de 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:
• Menores $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil (menor risco de trincas a frio e controle mais fácil da entrada de calor).
• O WNM400 é frequentemente projetado para alcançar um equivalente de carbono efetivo mais baixo para a mesma dureza por meio de precipitações de microaleamento e controle de processo, o que pode reduzir as demandas de pré-aquecimento e as necessidades de tratamento térmico pós-solda.
• No entanto, ambas as classes requerem precauções padrão: projeto de junta adequado, consumíveis apropriados (metal de solda correspondente ou mais macio), controle da entrada de calor e pré/pós-aquecimento onde a espessura, restrição ou serviço a frio ditarem.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, NM400 ou WNM400, é inoxidável; a resistência à corrosão é limitada e não é um objetivo de design inerente.
• Estratégias de proteção de superfície:
• Revestimentos protetores (tintas, revestimentos poliméricos) ou galvanização onde apropriado (nota: galvanização sobre chapas AR é incomum devido ao desgaste).
• Revestimento ou soldagem de sobreposição com ligas resistentes à corrosão quando o serviço exigir.
• PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN é relevante apenas para ligas inoxidáveis; não se aplica às classes NM/WNM porque seus níveis de Cr/Mo/N não estão nas faixas inoxidáveis.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte:
• Corte a plasma ou oxicombustível e jato d'água abrasivo são comuns. Dureza mais alta reduz a velocidade de corte e aumenta o desgaste dos consumíveis.
• Dobra/formação:
• Aços AR são menos formáveis do que aços macios; a dobra localizada pode trincar se a ductilidade for baixa. A ductilidade melhorada do WNM400 ajuda, mas não elimina as restrições de formação.
• Usinabilidade:
• Geralmente ruim em comparação com aços macios. Ferramentas de carboneto e reduções de avanço/velocidade são típicas. O WNM400 pode ser ligeiramente mais usinável se o equivalente de carbono for reduzido.
• Acabamento:
• Desbaste e jateamento são comumente necessários para superfícies de acoplamento e preparação de solda; o desgaste dos consumíveis aumenta com a dureza.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha NM400 onde a resistência ao desgaste ao menor custo é o principal motivador e as condições de serviço não são extremas (impacto moderado, temperaturas ambientes). - Escolha WNM400 onde a tenacidade melhorada, confiabilidade em montagens soldadas ou melhor desempenho em baixa temperatura reduzem o custo do ciclo de vida.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo:
• NM400: Geralmente custo mais baixo por tonelada devido à química mais simples e maior familiaridade de produção.
• WNM400: Tipicamente custa mais devido ao microaleamento controlado, controle de processo mais rigoroso e ciclos de laminação/processamento potencialmente mais exigentes.
• Disponibilidade:
• Chapinhas do tipo NM400 estão amplamente disponíveis de vários fornecedores em espessuras e tamanhos comuns.
• WNM400 pode estar disponível de grandes fabricantes e fornecedores com capacidade TMCP; os prazos de entrega e as quantidades mínimas de pedido podem ser maiores. A disponibilidade no mercado local varia por região e inventário do fornecedor.

10. Resumo e Recomendação

Conclusão: - Escolha NM400 se: seu requisito principal é resistência à abrasão ao preço mais econômico, as condições de serviço são moderadas (cargas de choque limitadas e temperaturas moderadas), e a fabricação utiliza práticas padrão de soldagem e corte. - Escolha WNM400 se: você precisa da mesma dureza classificada, mas também requer melhor tenacidade através da espessura, melhor comportamento em fabricados soldados (reduzidas necessidades de pré-aquecimento/pós-aquecimento), ou desempenho aprimorado em seções mais espessas ou ambientes mais frios que justifiquem o prêmio.

Nota final: Como as químicas e rotas de processo dos fabricantes variam, sempre solicite folhas de dados específicas do fornecedor (análise química, mapas de dureza, dados de tenacidade Charpy e procedimentos de soldagem recomendados) e, quando possível, exija uma peça de teste ou soldas de cupom para validar o desempenho para sua aplicação específica.