NM400 против WNM400 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

NM400 и WNM400 — это два тесно связанных класса стали, устойчивых к абразивному износу (AR), которые обычно указываются для компонентов, критичных к износу, таких как ковши, желоба, бункеры, вкладыши и части конвейеров. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с дилеммой выбора между этими классами, где компромиссы включают срок службы против стоимости покупки, свариваемость против прочности на сжатие и простоту изготовления против оптимизированной механической производительности.

Основное практическое отличие между двумя классами заключается в том, что WNM400 производится с контролируемым микроаллоированием и/или технологическим процессом, направленным на улучшение микроструктуры и повышение производительности (особенно прочности и свариваемости) при сохранении того же номинального класса твердости, что и NM400. Поскольку оба класса используются для аналогичных приложений по износу и часто продаются в одном диапазоне твердости (около значений HRC/HBW в классе 400), их обычно сравнивают при спецификации плит, изготовленных частей или заменяющих вкладышей.

1. Стандарты и обозначения

• Общие национальные и региональные стандарты, в которых появляются AR стали:
• Китай: GB/T (общий для серии NM)
• Япония: JIS и собственные обозначения JFE/SSAB
• Европа: стандарты EN и собственные AR стали поставщиков
• США: ASTM/ASME часто ссылаются на стали, устойчивые к абразивному износу, по торговому названию или твердости, а не по единому химическому обозначению ASTM
• Классификация:
• NM400: Углеродистая сталь с высокой твердостью, устойчивая к абразивному износу (AR сталь) — обычно относится к категории низколегированных/HSLA, ориентированной на устойчивость к износу.
• WNM400: Вариант NM400, произведенный с микроаллоированием и контролируемой обработкой — все еще AR сталь в той же семье, но с добавлением микроаллоев и/или термомеханической обработкой для улучшения прочности и/или свариваемости.

Примечание: Ни NM400, ни WNM400 не являются нержавеющей сталью; обе предназначены для устойчивости к износу, а не к коррозии.

2. Химический состав и стратегия легирования

Примечания: - Таблица использует качественные описания, поскольку точные химические пределы варьируются в зависимости от производителя и спецификации. Определяющей стратегией для WNM400 является преднамеренное добавление небольших количеств микроаллоидных элементов (V, Nb, Ti или их комбинаций) и/или более строгий контроль химии и обработки для улучшения микроструктуры и снижения углеродного эквивалента для целевой твердости. - Уровни микроаллоирования малы (ppm–сотни ppm); они предназначены для улучшения контроля зерна, обеспечения более низких углеродных целей для той же твердости и улучшения баланса прочности и вязкости.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

• Типичная микроструктура (как прокатанная/закаленная и отожженная или AR-обработанная):
• NM400: Производится для достижения твердой износостойкой микроструктуры (часто закаленный мартенсит, бейнит или смешанная закаленная мартенситно-бейнитная матрица в зависимости от толщины и термической обработки). Обычная обработка дает грубую до умеренной зернистую структуру в зависимости от скорости прокатки и охлаждения.
• WNM400: Микроаллоирование и контролируемая термомеханическая обработка (TMCP) обычно приводят к более мелкозернистой, более однородной бейнитной/закаленной мартенситной матрице с дисперсиями микроаллоидных осадков, которые помогают закрепить границы зерен и повысить вязкость.
• Реакция на термическую обработку:
• Нормализация: Оба класса реагируют на нормализацию, снимая сегрегацию и улучшая размер зерна; WNM400 получает больше преимуществ, потому что микроаллоидные осадки стабилизируют мелкие зерна.
• Закалка и отжиг: Возможны для более толстых компонентов или там, где требуется высокая прочность; отжиг будет регулировать твердость и вязкость. Микроаллоидные стали могут достигать аналогичной твердости при немного более низких углеродных эквивалентах, что делает реакцию на отжиг более благоприятной.
• Термомеханическая контрольная обработка (TMCP): Если применяется, TMCP улучшает вязкость и прочность в обоих случаях; концепция WNM400 обычно основывается на TMCP плюс микроаллоирование для оптимизации свойств без более тяжелых циклов термической обработки.

4. Механические свойства

Объяснение: - Основная механическая цель для обоих классов — это устойчивость к абразивному износу (твердость). WNM400 стремится сохранить целевую твердость, улучшая вязкость и пластичность за счет металлургических средств, а не за счет повышения углерода или других вредных элементов. - На практике WNM400 может позволить более безопасное использование в толстых секциях или в холодных условиях, где NM400 может быть более хрупким.

5. Свариваемость

• Общие замечания:
• Свариваемость AR сталей определяется содержанием углерода, углеродным эквивалентом (закаляемостью), толщиной и наличием микроаллоидных элементов.
• Микроаллоидные стали могут быть спроектированы так, чтобы иметь более низкие эффективные углеродные эквиваленты для данной твердости, улучшая требования к предварительному/последующему нагреву и снижая риск трещин.
• Полезные индексы:
• Углеродный эквивалент (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (параметр свариваемости): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Интерпретация:
• Низкие $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ указывают на более легкую свариваемость (меньший риск холодных трещин и более легкий контроль теплового ввода).
• WNM400 часто проектируется для достижения более низкого эффективного углеродного эквивалента для той же твердости за счет микроаллоидных осадков и контроля процесса, что может снизить требования к предварительному нагреву и потребности в термической обработке после сварки.
• Тем не менее, оба класса требуют стандартных мер предосторожности: правильное проектирование соединений, соответствующие расходные материалы (совпадающий или более мягкий сварочный металл), контролируемый тепловой ввод и предварительный/последующий нагрев, где толщина, ограничение или холодное обслуживание диктуют.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни NM400, ни WNM400 не являются нержавеющими; коррозионная стойкость ограничена и не является врожденной целью дизайна.
• Стратегии защиты поверхности:
• Защитные покрытия (краски, полимерные покрытия) или оцинковка, где это уместно (примечание: оцинковка над AR плитами не распространена из-за износа).
• Облицовка или наплавка с коррозионно-стойкими сплавами, когда это требуется.
• PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN имеет значение только для нержавеющих сплавов; он не применяется к классам NM/WNM, поскольку их уровни Cr/Mo/N не находятся в диапазонах нержавеющих сталей.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка:
• Плазменная или кислородно-газовая резка и абразивная водоструйная резка являются распространенными. Более высокая твердость снижает скорость резки и увеличивает износ расходных материалов.
• Сгибание/формование:
• AR стали менее формуемы, чем мягкие стали; локализованное сгибание может привести к трещинам, если пластичность низкая. Улучшенная пластичность WNM400 помогает, но не устраняет ограничения формования.
• Обрабатываемость:
• Как правило, плохая по сравнению с мягкими сталями. Карбидные инструменты и сниженные подачи/скорости являются типичными. WNM400 может быть немного более обрабатываемым, если углеродный эквивалент снижен.
• Финишная обработка:
• Шлифовка и дробеструйная обработка обычно требуются для сопрягаемых поверхностей и подготовки к сварке; износ расходных материалов увеличивается с твердостью.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте NM400, если устойчивость к износу по самой низкой цене является основным фактором, а условия эксплуатации не являются экстремальными (умеренные удары, окружающие температуры). - Выбирайте WNM400, если улучшенная вязкость, надежность в сварных сборках или лучшая производительность при низких температурах снижают стоимость жизненного цикла.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость:
• NM400: Обычно более низкая стоимость за тонну из-за более простой химии и более широкого опыта производства.
• WNM400: Обычно стоит дороже из-за контролируемого микроаллоирования, более строгого контроля процесса и потенциально более требовательных циклов прокатки/обработки.
• Доступность:
• Плиты типа NM400 широко доступны от нескольких поставщиков в общих толщине и размерах.
• WNM400 может быть доступен от крупных производителей и поставщиков с возможностью TMCP; сроки поставки и минимальные объемы заказа могут быть больше. Доступность на местном рынке варьируется в зависимости от региона и запасов поставщика.

10. Резюме и рекомендации

Заключение: - Выбирайте NM400, если: ваше основное требование — это устойчивость к абразивному износу по самой экономичной цене, условия эксплуатации умеренные (ограниченные ударные нагрузки и умеренные температуры), а обработка использует стандартные методы сварки и резки. - Выбирайте WNM400, если: вам нужна та же классифицированная твердость, но также требуется улучшенная прочность на сжатие, лучшее поведение в сварных конструкциях (сниженные требования к предварительному/последующему нагреву) или улучшенная производительность в толстых секциях или холодных условиях, что оправдывает премию.

Заключительная заметка: Поскольку химия и технологические процессы производителей различаются, всегда запрашивайте конкретные технические паспорта поставщиков (химический анализ, карты твердости, данные о вязкости по Шарпи и рекомендуемые процедуры сварки) и, где это возможно, требуйте пробный образец или сварочные образцы для проверки производительности для вашего конкретного применения.