XAR400 против NM400 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Выбор правильного износостойкого сорта стали является распространенной проблемой закупок и проектирования для инженеров, планировщиков производства и покупателей материалов. Решения обычно балансируют между твердостью и стойкостью к абразивному износу и свариваемостью, прочностью и стоимостью; производственный контекст (толщина, форма и последующая обработка) сильно влияет на правильный выбор.

XAR400 и NM400 — это оба высокотвердые, износостойкие стали, предназначенные для тяжелых условий эксплуатации, но они происходят из разных стандартов и коммерческих традиций и, следовательно, специфицируются и производятся с различными акцентами на легирующие добавки и обработку. Поскольку проектировщикам часто необходимо заменять или сравнивать эти сорта в цепочках поставок, понимание их химических стратегий, реакции на термическую обработку, механического поведения и последствий для изготовления является необходимым.

1. Стандарты и обозначения

• Общие международные и национальные стандарты, относящиеся к износостойким сталям:
• EN (Европейские нормы) — для конструкционных и износостойких плит (например, EN 10029, EN 10163 и отраслевые спецификации)
• ASTM/ASME — используется для механических испытаний, плит и общих ссылок (например, ASTM A514/A514, A572 семейство имеет разные намерения)
• JIS — японские промышленные стандарты для сталей и плит
• GB/T — китайские национальные стандарты для износостойких сталей (например, серия NM по стандарту GB/T 4171 или связанные спецификации)

• Коммерческие обозначения от производителей (например, XAR, WELDOX, AR, Hardox)

• Классификация материалов:

• Оба сорта XAR400 и NM400 являются высокопрочными, износостойкими углеродными/легированными сталями (обычно рассматриваются как износостойкие плиты, а не нержавеющие или инструментальные стали). Они являются частью семейства HSLA/AR, где акцент делается на контролируемую химию и термическую обработку для достижения твердой мартенситной/байнитной поверхности в сочетании с приемлемой прочностью.

2. Химический состав и стратегия легирования

Ниже представлена таблица типичных диапазонов легирующих элементов и общих следовых элементов для XAR400 и NM400. Эти диапазоны отражают типичную практику заводов для современных износостойких плит; составы могут варьироваться в зависимости от производителя и спецификации продукта. Всегда проверяйте с сертификатом завода для поставленной плиты.

Элемент	Типичный XAR400 (типичный диапазон)	Типичный NM400 (типичный диапазон)
C (в%)	0.08 – 0.20	0.08 – 0.20
Mn (в%)	0.5 – 1.6	0.6 – 1.6
Si (в%)	0.2 – 0.8	0.2 – 0.8
P (в%, макс)	≤ 0.03	≤ 0.03
S (в%, макс)	≤ 0.01 – 0.035	≤ 0.01 – 0.035
Cr (в%)	0.2 – 1.2 (часто низкий)	0.2 – 1.0 (часто низкий)
Ni (в%)	до ~0.6 (часто следовой)	до ~0.6 (часто следовой)
Mo (в%)	до ~0.3 (след в некоторых вариантах)	до ~0.3 (след в некоторых вариантах)
V (в%)	след – 0.10 (если микроалюминированный)	след – 0.10 (если микроалюминированный)
Nb (в%)	след (микроалюминирование)	след (микроалюминирование)
Ti (в%)	след (иногда)	след (иногда)
B (ppm)	след (иногда используется в микроалюминировании)	след (иногда)
N (ppm)	контролируемые уровни; актуально, когда N легирован	контролируемые уровни; актуально, когда N легирован

Примечания: - XAR400 — это коммерческая марка, где контроль процесса завода (термомеханическая обработка, закалка/отжиг) и собственная химия определяют конечные свойства. Некоторые варианты XAR подчеркивают немного другое микроалюминирование. - NM400 — это китайский стандартизированный сорт износа в серии NM, где химия установлена для достижения целевого класса твердости, позволяя варианты между заводами. - Легирующие элементы, такие как Cr, Mo, Ni, V, Nb и добавки микроалюминирования, улучшают закаливаемость, стойкость к отжигу и упрочнение зерна. Более высокий Mn и Cr увеличивают закаливаемость, но могут усложнить сварку.

Как легирование влияет на свойства: - Углерод и марганец в первую очередь контролируют твердость и закаливаемость в состоянии закалки. Более высокий углерод увеличивает твердость и стойкость к износу, но снижает свариваемость и прочность. - Хром, молибден и никель увеличивают закаливаемость и стойкость к отжигу, поддерживая более толстые секции и более высокую твердость по толщине. - Элементы микроалюминирования (V, Nb, Ti) могут улучшить размер зерна, повысить прочность и позволить увеличить прочность за счет упрочнения осаждением без избытка углерода. - Сера и фосфор поддерживаются на низком уровне, чтобы сохранить прочность и свариваемость.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

Типичные микроструктуры: - Оба сорта производятся для достижения преимущественно мартенситной или мартенситно-байнитной микроструктуры на поверхности поставляемой плиты для обеспечения стойкости к абразивному износу. Основная микроструктура и состояние по толщине зависят от толщины и термического маршрута завода. - XAR400 (коммерчески обработанный) часто использует контролируемую закалку, ускоренное охлаждение или термомеханическую прокатку, за которыми следует отжиг, чтобы получить твердую внешнюю микроструктуру с приемлемой прочностью. - NM400 обычно следует национальным производственным практикам (контролируемая прокатка и закалка/отжиг или ускоренное охлаждение), чтобы достичь требуемого класса твердости с смесью мартенсита и байнита.

Реакция на термические обработки: - Нормализация: улучшит размер зерна, но не обеспечит надежно высокую твердость, ожидаемую от AR сталей, если не будет следовать контролируемая закалка. - Закалка и отжиг: используются для повышения твердости, а затем отжига для получения желаемого баланса между твердостью и прочностью. Температура отжига контролирует сохраненную прочность: более высокая температура отжига снижает твердость, но улучшает прочность и пластичность. - Термомеханическая обработка: контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение на заводе могут производить мелкие байнитные или мартенситные структуры с хорошей прочностью и сниженной необходимостью в термической обработке после прокатки. - Тепловая обработка после сварки (PWHT): часто избегается для AR плит в поле; местная PWHT может быть указана для снижения твердости HAZ и риска водородного растрескивания, но осуществимость зависит от размера компонента и условий эксплуатации.

Эффекты толщины: - В более толстых плитах закаливаемость (содержание легирующих элементов и скорость охлаждения) определяет глубину закаленного слоя; как XAR400, так и NM400 спроектированы для оптимизации твердости при типичных толщине плит, но сертификаты завода должны быть проверены для гарантированных свойств по толщине.

4. Механические свойства

Ниже приведены типичные диапазоны механических свойств, встречающиеся в производстве для этих классов износостойких плит. Это репрезентативные диапазоны и могут варьироваться в зависимости от завода, практики отжига и толщины.

Свойство	Типичный XAR400 (типичный диапазон)	Типичный NM400 (типичный диапазон)
Твердость (HBW)	~360 – 440	~360 – 440
Устойчивость к растяжению (МПа)	~900 – 1400	~900 – 1400
Устойчивость к текучести (МПа)	~600 – 1100 (в зависимости от определения и толщины)	~600 – 1100
Удлинение (%)	8 – 20 (в зависимости от толщины)	8 – 20 (в зависимости от толщины)
Ударная прочность (Charpy V, Дж)	Переменная: низкая до умеренной при низких температурах; специфично для завода (например, 10–40 Дж индикативно для тонких секций)	Переменная: низкая до умеренной; специфично для завода

Интерпретация: - Твердость является основным контролируемым атрибутом для обоих сортов; приведенные выше числа указывают на класс "400 HB". - Устойчивость к растяжению и текучести масштабируются с твердостью и отжигом; более высокая твердость коррелирует с более высокой прочностью, но меньшей пластичностью. - Прочность (ударная энергия) чувствительна к составу, графику прокатки и охлаждения, а также толщине; некоторые коммерческие варианты XAR могут предлагать улучшенную прочность по толщине благодаря собственному процессу. - Ни один из сортов не является по своей природе "нержавеющим". Коррозионная стойкость ограничена и требует защиты поверхности в коррозионных средах.

5. Свариваемость

Оценка свариваемости сосредоточена на содержании углерода, легировании и закаливаемости. Два часто используемых эмпирических индекса — это эквивалент углерода IIW и формула Pcm.

• Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Dearden–Baxter / Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - Более высокие значения $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ указывают на больший риск закалки HAZ и холодного растрескивания; требуется предварительный подогрев, контролируемая температура межпрохода и низкогидрогеновые расходные материалы по мере роста индексов. - Оба сорта XAR400 и NM400 обычно имеют умеренное содержание углерода с легированием, настроенным для обеспечения закаливаемости; однако комбинированный эффект может привести к значительной твердости HAZ, если используются стандартные практики сварки мягкой стали. Поэтому: - Предварительный подогрев и контролируемые процедуры сварки обычно требуются для толщин выше определенных пределов. - Рекомендуется использовать низкогидрогеновые электроды/флюсовые дуги и соответствующие или более низкие по прочности filler materials, чтобы избежать чрезмерной закалки HAZ. - При соединении износостойких плит с мягкой сталью проектирование переходных соединений или термическое кондиционирование сварных швов снижает риск растрескивания. - Практический совет: всегда проверяйте предоставленные заводом рекомендации по сварке и квалифицируйте спецификации процедуры (WPS/PQR) для собранной толщины и условий эксплуатации.

6. Коррозия и защита поверхности

• Оба сорта являются углеродными/легированными сталями (не нержавеющими); коррозионная стойкость ограничена. Типичные стратегии защиты:
• Покраска или эпоксидные покрытия на растворителях для общих условий.
• Горячее цинкование для компонентов, подверженных атмосферному воздействию, где цинкование возможно (учитывайте ограничения по толщине и адгезии для сильно твердых поверхностей).
• Металлизирование (термическое распыление) или обшивка, где необходимы как стойкость к износу, так и коррозии.

• Для слябовых сред могут быть указаны жертвенные или жесткие наплавочные покрытия (нержавеющие или на основе кобальта).

• PREN не применим к не нержавеющим сталям; он рассчитывается как: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс имеет смысл только для коррозионно-стойких нержавеющих сплавов и, следовательно, не актуален для XAR400 или NM400.

7. Изготовление, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Износостойкие плиты резаются с использованием кислородно-газового, плазменного, лазерного или водоструйного резания. Твердость и возможная поверхностная закалка требуют соответствующих расходных материалов (плазма с высокой мощностью, водоструйная резка для точности).
• Обрабатываемость: Высокая твердость снижает обрабатываемость — рекомендуется использовать карбидные инструменты, сниженные скорости подачи и соответствующее охлаждение для постобработки.
• Сгибание/формование: Холодное формование AR плит ограничено; пружинная деформация и риск растрескивания увеличиваются с твердостью. Формование обычно выполняется либо с использованием нагретых процессов формования, либо путем сгибания на заготовках с большими радиусами; некоторые операции выбирают формование в более мягком предзакаленном состоянии с последующим местным упрочнением.
• Обработка поверхности: Шлифовка или дробеструйная обработка могут потребоваться для подготовки поверхностей к сварке или покрытию. Имейте в виду, что шлифовка может локально удалить слой жесткой отделки и изменить характеристики износостойкости.

8. Типичные применения

XAR400 — Типичные применения	NM400 — Типичные применения
Кромки ковшей экскаваторов, кузова самосвалов, вкладыши для желобов и бункеров	Износостойкие плиты для ковшей землеройной техники, вкладыши дробилок, оборудование для сортировки
Вкладыши дробилок и мельниц в горнодобывающей и агрегатной промышленности	Износостойкие вкладыши в цементных заводах, угольной обработке и дноуглубительном оборудовании
Боковые доски конвейеров и износостойкие полосы в условиях сильного удара	Износостойкие плиты в тяжелом оборудовании, производимом в рамках местных/региональных цепочек поставок
Применения, где специфицирована собственная обработка завода для прочности в заданной толщине	Применения, где приоритет отдается стандартизированному национальному классу и широкому кругу поставщиков

Обоснование выбора: - Выберите сорт (и поставщика), чьи характеристики твердости и прочности были проверены для конкретной толщины и условий нагрузки. Для условий сильного удара учитывайте компромисс между твердостью и прочностью; немного более низкая твердость с лучшей прочностью предпочтительнее в приложениях с сильным ударом. - Закупка часто зависит от доступных размеров плит, знакомства с местными поставщиками и сертификации (отчеты о испытаниях завода).

9. Стоимость и доступность

• Факторы стоимости: обработка на заводе (термомеханическая прокатка, закалка/отжиг), добавки легирующих элементов, толщина плиты и логистика.
• Доступность: XAR — это коммерческая марка, доступная от заводов с установленными экспортными каналами; NM400 производится широко в Китае и соседних рынках по стандартизированным спецификациям NM и может быть более доступным и экономически эффективным в этих регионах.
• Форма продукта: оба сорта доступны в виде плит; доступность в нарезанных по длине, предварительно просверленных или сварных сборках варьируется в зависимости от поставщика и рынка.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное):

Атрибут	XAR400	NM400
Свариваемость	Умеренная; требует квалифицированных процедур и рекомендаций по предварительному подогреву; инструкции завода варьируются	Умеренная; аналогичные соображения; проверьте рекомендации конкретного завода
Баланс прочности и прочности	Спроектировано заводом; некоторые варианты XAR подчеркивают улучшенную прочность для заданной твердости	Разработано для достижения стандартизированного класса твердости; прочность варьируется в зависимости от практики завода
Стоимость / Местная доступность	Может быть выше или варьироваться в зависимости от марки и региона	Часто конкурентоспособна по цене и широко доступна в регионах, охваченных национальными производителями

Рекомендации: - Выберите XAR400, если вам нужна коммерчески брендированная плита с документированной обработкой, контролируемой заводом, где проверенная прочность по толщине при заданной твердости критична, и вы можете закупить марку в пределах приемлемой стоимости и времени выполнения. - Выберите NM400, если вы предпочитаете стандартизированную, широко доступную износостойкую плиту с ценовыми преимуществами на местных/региональных рынках и когда сертификаты завода и испытания на производительность (твердость, удар) соответствуют требованиям приложения.

Заключительные практические заметки: - Всегда получайте отчеты о испытаниях завода (химический анализ, карты твердости и механические испытания) для конкретной толщины плиты и номера термической обработки. - Предварительно квалифицируйте сварочные процедуры и подтверждайте производительность с помощью репрезентативных образцов для предполагаемой толщины и условий эксплуатации. - Для критически важных компонентов, подверженных комбинированной коррозии и абразивному износу или сильному удару, рассмотрите возможность использования износостойких покрытий или инженерных композитов, а не полагайтесь исключительно на твердость базовой плиты.