NM550 против HARDOX550 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

NM550 и HARDOX550 — это два широко сравниваемых сорта износостойкой стали, используемые в горнодобывающей, карьере, тяжелом оборудовании, земляных работах и обработке материалов. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства обычно выбирают между ними при спецификации износостойких пластин или конструктивных компонентов, подверженных абразивному воздействию. Типичные контексты принятия решений включают балансировку срока службы износа и стоимости покупки, оптимизацию свариваемости и обрабатываемости по сравнению с доставленной твердостью и прочностью, а также выбор между сертифицированными цепочками поставок и местными альтернативами.

Основное различие между ними заключается в том, как их химический состав, обработка и контроль качества сочетаются для достижения твердости, прочности и предсказуемой производительности на высоком уровне твердости 550. HARDOX550 — это коммерческий, закаленный и отпущенный, запатентованный продукт с жестким контролем обработки для достижения постоянного сочетания высокой твердости и проверенной прочности; NM550 — это непатентованное / рыночное обозначение, используемое в определенных регионах и представляющее собой стали, произведенные для достижения целевой твердости 550, но с более переменными легирующими и производственными практиками. Именно поэтому их часто сравнивают: оба нацелены на один и тот же номинальный уровень твердости, но обеспечивают разные гарантии на микроструктурную однородность, прочность и сертифицированные свойства.

1. Стандарты и обозначения

• Основные международные стандарты и системы, которые имеют значение при спецификации износостойких сталей, включают: ASTM/ASME, EN (европейские нормы), JIS (японские промышленные стандарты) и GB (национальные стандарты Китая). Кроме того, у патентованных марок сталей (например, HARDOX от SSAB) есть свои собственные системы качества и условия поставки.
• Классификация по семейству сталей:
• NM550: Обычно классифицируется как износостойкая сталь с высокой твердостью в общей категории закаленных и отпущенных высокопрочных низколегированных (HSLA) сталей / износостойких сталей. Часто идентифицируется по региональным стандартам и коммерческим спецификациям, а не по единому международному стандарту.
• HARDOX550: Брендированная износостойкая сталь, закаленная и отпущенная, поставляемая SSAB. Это износостойкая сталь с свойствами, разработанными и гарантированными производителем; технически это легированная, термообработанная конструкционная сталь, предназначенная для требовательных абразивных приложений.

2. Химический состав и стратегия легирования

Точный состав легирующих элементов этих сталей может варьироваться в зависимости от производителя. Вместо конкретных числовых значений таблица ниже обобщает типичные роли и относительное присутствие общих элементов в износостойких сталях класса 550 по твердости.

Как легирование влияет на производительность: - Углерод и легирующие элементы (Cr, Mo, Mn и т. д.) увеличивают закаляемость и позволяют достичь высокой твердости после термообработки, но более высокое содержание углерода и легирующих элементов, как правило, снижает свариваемость и может ухудшить ударную прочность, если не сбалансировано. - Элементы микроалюминирования (V, Nb) используются для уточнения размера зерна аустенита и увеличения прочности без значительного увеличения углерода. - Патентованные продукты (например, HARDOX) обычно более строго контролируют следовые элементы и качество включений, что обеспечивает более предсказуемую прочность и усталостную производительность.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Микроструктура при стандартной обработке: - Оба сорта производятся по маршрутам закалки и отпуска или по термомеханической обработке с последующим контролируемым охлаждением и отпуском. Цель — получить отпущенный мартенсит или мартенситно-бейнитную микроструктуру, обеспечивающую высокую твердость с приемлемой прочностью. - HARDOX550: Изготавливается по запатентованному циклу термообработки, который производит очень однородный отпущенный мартенсит с контролируемым остаточным аустенитом и низким содержанием включений. Процесс оптимизирован для обеспечения постоянных свойств по всей толщине. - NM550: Может производиться несколькими заводами с переменным контролем процесса. Типичная микроструктура, на которую нацеливаются, — отпущенный мартенсит/бейнит; однако однородность (по толщине и от пластины к пластине) может быть менее строго гарантирована среди поставщиков.

Эффект дальнейших термообработок: - Нормализация: Может уточнить размер зерна и гомогенизировать микроструктуру, но редко используется в качестве последнего этапа для износостойких пластин класса 550; чаще встречается в предварительных обработках пластин. - Закалка и отпуск: Основной промышленный маршрут для обоих; закалка устанавливает твердый мартенсит, отпуск снижает хрупкость и настраивает прочность. - Термомеханическая контролируемая обработка (TMCP): Используется для получения более тонких микроструктур с более низкими эквивалентами углерода и улучшенной прочностью для данной твердости. Патентованные стали часто используют TMCP для улучшения баланса прочности и прочности на разрыв.

4. Механические свойства

Вместо того чтобы представлять абсолютные числовые данные (которые зависят от поставщика, толщины и обработки), следующая сравнительная таблица предоставляет типичные, актуальные для отрасли дескрипторы для инженеров, выбирающих между двумя сортами.

Что сильнее, прочнее или более пластично, и почему: - Оба нацелены на схожую номинальную твердость (класс "550"). Прочность и твердость сопоставимы в номинальном смысле, но HARDOX550 обычно поставляется с более строгим контролем прочности и свойств по толщине, поэтому его сочетание прочности и ударной стойкости, как правило, более предсказуемо для критических приложений. NM550 может обеспечивать аналогичную твердость, но может демонстрировать большую изменчивость в прочности и пластичности в зависимости от качества поставщика и толщины пластины.

5. Свариваемость

Соображения по свариваемости вращаются вокруг содержания углерода, легирования для закаляемости и присутствия микроалюминирования. Практическое руководство: - Эквиваленты углерода предоставляют первичное указание на потребности в предварительном нагреве и термообработке после сварки (PWHT). Общие используемые формулы: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Интерпретация (качественная): - Более высокий рассчитанный $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ указывает на повышенный риск жестких, хрупких термически измененных зон и необходимость контролируемого предварительного нагрева, температуры межпрохода и, возможно, PWHT или соответствующих расходных материалов. - Производители HARDOX550 обычно предоставляют рекомендации по сварке, рекомендуемые расходные материалы и квалифицированные процедуры; они также публикуют предельные толщины и рекомендации по предварительному нагреву. Поскольку HARDOX550 может иметь более высокую закаляемость из-за выбора легирующих элементов, важен тщательный контроль сварочной процедуры. - Свариваемость NM550 зависит от его эквивалента углерода; некоторые пластины NM550 могут быть сварены стандартными практиками и минимальным предварительным нагревом, если CE умеренный, в то время как другие требуют предварительного нагрева и контролируемого охлаждения, чтобы избежать трещин. - Практические советы: - Всегда консультируйтесь с рекомендациями завода по сварке и проводите квалификацию процедуры, когда есть сомнения. - Используйте электроды/наполнители с низким содержанием водорода и контролируйте температуру межпрохода. - Рассмотрите возможность штамповки или механической обработки для удаления жестких поверхностных слоев, если термическая резка приводит к чрезмерной твердости.

6. Коррозия и защита поверхности

• Обе стали NM550 и HARDOX550 являются не нержавеющими износостойкими сталями; их внутренняя коррозионная стойкость ограничена и не должна рассматриваться как защита от атмосферного или химического воздействия.
• Типичные меры по снижению коррозии:
• Защитные покрытия: системы окраски, эпоксидные грунтовки, полиуретановые верхние покрытия для атмосферных условий.
• Гальванизация: возможна для определенных изготовленных компонентов, но может потребовать специальных процессов контроля из-за высокой твердости и потенциальной деформации.
• Коррозионные запасы: использование жертвенных слоев или проектных запасов, где ожидается износ покрытия.
• PREN (эквивалентный номер устойчивости к коррозии) имеет значение только для нержавеющих материалов с заметным содержанием Mo и N и не применим к не нержавеющим износостойким сталям. Для справки:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• В кратце, для обоих сортов планируйте защиту поверхности в коррозионных условиях; они не являются заменой нержавеющим сталям.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Плазменная, кислородно-газовая и лазерная резка широко используются. Стали с высокой твердостью могут образовывать жесткие перезаливные слои или термически измененные зоны — может потребоваться последующая механическая обработка или шлифовка.
• Сгибание/формование: При твердости класса 550 холодное формование ограничено; сгибание больших деформаций обычно не рекомендуется без специализированного инструмента или местного предварительного нагрева. Формование более просто на более мягких начальных пластинах или с использованием инкрементальных методов формования.
• Обрабатываемость: Оба сорта сложнее обрабатывать, чем мягкие стали. Используйте карбидные инструменты, сниженные скорости подачи и контролируемые параметры резки. Запасы на механическую обработку часто указываются для удаления закаленных поверхностей.
• Финиш: Шлифовка и дробеструйная обработка являются обычными. Износостойкие пластины могут требовать выравнивания или фрезерования для строгих допусков по плоскостности — это зависит от однородности твердости и толщины.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте пластины на основе абразивной нагрузки, степени удара, геометрии компонента, необходимого срока службы и возможности ремонта. Если износ является доминирующим, а сервис не является критическим по ударам, решение NM550 от надежного поставщика может быть экономически эффективным. Если сервис включает удары, нагрузку на края или критические соображения безопасности/эксплуатации, решение HARDOX550 с проверенной прочностью и поддержкой поставщика обычно предпочтительнее.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: Патентованные брендированные стали (HARDOX550) часто имеют премию из-за НИОКР, сертификации и глобальных цепочек поставок. NM550, будучи региональным непатентованным сортом, может быть менее дорогим по первоначальной цене покупки.
• Доступность по форме: Оба доступны в виде пластин; HARDOX550 широко доступен в Европе, Америке и других рынках через дистрибуцию SSAB, часто с полной технической поддержкой. Доступность NM550 сильна в регионах, где местные заводы производят стали серии NM; сроки поставки и стабильные допуски по толщине/твердости могут варьироваться в зависимости от поставщика.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное)

Заключение и рекомендации по выбору: - Выбирайте NM550, если: - Вам требуется износостойкая пластина класса 550 и вы работаете в рамках бюджета, чувствительного к стоимости, с доступом к надежным региональным заводам. - Приложение в основном связано с абразивным износом с ограниченным высоким энергичным ударом или критической производительностью безопасности; и вы можете принять некоторую изменчивость и провести квалификацию поставщика. - У вас есть возможности для сварки/обработки, чтобы управлять эквивалентом углерода и требованиями к предварительному нагреву, где это необходимо.

• Выбирайте HARDOX550, если:
• Вам требуются гарантированные, документированные механические свойства (прочность по всей толщине, твердость и усталостное поведение) и техническая поддержка от поставщика.
• Компонент будет подвергаться сильным ударам, нагрузке на края или критическому обслуживанию, где важна предсказуемая производительность и отслеживаемость.
• Вы предпочитаете уверенность в качестве патентованной обработки — даже по более высокой цене покупки — потому что последствия простоя или поломки дорогостоящи.

Заключительная заметка: Для любого критического приложения запрашивайте сертификаты завода, результаты испытаний на прочность, относящиеся к ожидаемой температуре и толщине обслуживания, и рекомендации по сварке. Проводите полевые испытания, где это возможно, и квалифицируйте поставщиков и процедуры, чтобы согласовать производительность выбранного сорта с требованиями дизайна.