NM400 so với JFE-EH400 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

NM400 và JFE-EH400 là những loại thép chống mài mòn có độ cứng cao, tôi và ram, được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao. Các nhóm mua sắm và kỹ thuật thường cân nhắc lựa chọn giữa hai loại thép này khi cân nhắc chi phí, tính đồng nhất của các đặc tính cơ học, khả năng hàn và yêu cầu về dây chuyền sản xuất. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc lựa chọn vật liệu có giá thành thấp hơn, phổ biến rộng rãi cho các chi tiết chịu mài mòn số lượng lớn so với việc chỉ định loại thép cao cấp cho nhà sản xuất khi yêu cầu kiểm soát nhà máy chặt chẽ hơn và độ bền được ghi nhận.

Điểm khác biệt thực tế chính là NM400 đại diện cho một loại thép chống mài mòn thường được sản xuất theo tiêu chuẩn Trung Quốc/Châu Á (một họ thép chống mài mòn), trong khi JFE-EH400 là sản phẩm dòng EH (Dễ gia công/Độ cứng nâng cao) độc quyền của JFE Steel tại Nhật Bản, với quy trình kiểm soát và nguồn gốc sản phẩm được ghi chép rõ ràng. Vì cả hai đều hướng đến cùng một mức độ cứng (≈400 HB), nên các nhà thiết kế và người mua thường xuyên so sánh chúng về tính tương đương về thành phần hóa học, phản ứng xử lý nhiệt, hiệu suất cơ học và đặc tính chế tạo.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• NM400: Thường được cung cấp theo tiêu chuẩn Trung Quốc/Châu Á và các thông số kỹ thuật thương mại (ví dụ: GB/T và các chứng nhận cụ thể của nhà cung cấp). Đây là thép hợp kim thấp có độ cứng cao, được tôi và ram, được phân loại là thép chống mài mòn (không phải thép không gỉ). Thép này thuộc nhóm thép HSLA được thiết kế để chống mài mòn.
• JFE-EH400: Được cung cấp theo định danh độc quyền của JFE là "EH" và có thể được tham khảo trong tài liệu sản phẩm JIS/JFE. Đây cũng là loại thép hợp kim thấp, được tôi và ram, chống mài mòn (loại HSLA dùng cho ứng dụng chịu mài mòn).

Phân loại: cả hai đều là thép hợp kim thấp, chịu mài mòn, tôi và ram (không phải thép dụng cụ, không phải thép không gỉ). Chúng thường được phân loại theo độ cứng sử dụng cuối (400 HB danh nghĩa).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Thành phần hóa học chính xác của các loại thép này thay đổi tùy theo nhà máy, độ dày tấm và tùy chọn sản phẩm cụ thể. Bảng dưới đây liệt kê các dải thành phần điển hình được các nhà máy và bảng dữ liệu công nghiệp báo cáo cho thép loại NM400 và JFE-EH400. Các dải này được trình bày dưới dạng dải đại diện; luôn luôn đối chiếu với chứng chỉ thử nghiệm nhà máy (MTC) của nhà cung cấp cho đơn hàng.

Nguyên tố (wt%)	NM400 — Phạm vi điển hình	JFE‑EH400 — Phạm vi điển hình
C	0,12 – 0,22	0,10 – 0,20
Mn	0,8 – 1,6	0,7 – 1,4
Si	0,2 – 0,9	0,2 – 0,6
P	≤ 0,035	≤ 0,03
S	≤ 0,035	≤ 0,02
Cr	0,2 – 0,7	0,2 – 0,7
Ni	dấu vết – 0,5	dấu vết – 0,4
Mo	dấu vết – 0,25	dấu vết – 0,2
V	0 – 0,08	0 – 0,08
Lưu ý	0 – 0,03	0 – 0,03
Ti	0 – 0,02	0 – 0,02
B	0 – 0,002	0 – 0,002
N	thường là ≤ 0,015	thường là ≤ 0,015

Giải thích: - Cacbon, mangan và silic tạo nên độ bền cơ bản và khả năng tôi luyện. Hàm lượng Mn cao hơn một chút trong một số biến thể NM400 làm tăng khả năng tôi luyện nhưng có thể làm giảm khả năng hàn nếu không được kiểm soát. - Các nguyên tố hợp kim vi mô (V, Nb, Ti) làm mịn hạt và cải thiện sự cân bằng độ bền-độ dẻo dai, đặc biệt là sau khi cán hoặc ram có kiểm soát. - Việc bổ sung một lượng nhỏ Cr, Mo và đôi khi là Ni sẽ làm tăng khả năng tôi cứng và khả năng chịu nhiệt, giúp tạo ra độ cứng đồng đều ở các phần dày hơn. - Có thể sử dụng vết Bo để cải thiện khả năng tôi luyện khi có ở mức thấp được kiểm soát.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô điển hình cho cả hai loại sau quá trình tôi và ram thương mại là martensite ram với một số thành phần bainit được giữ lại; cấu trúc vi mô phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim, tốc độ làm nguội và độ dày của tấm.

• NM400: Được sản xuất bằng nhiều loại máy cán với khả năng kiểm soát nhiệt cơ học khác nhau. Cấu trúc vi mô điển hình sau khi tôi và ram là martensite ram với sự phân tán của các cacbua và kết tủa mịn nếu có các nguyên tố vi hợp kim. Các biến thể được sản xuất bằng phương pháp gia công kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) có thể có kích thước hạt austenite trước mịn hơn, cải thiện độ dai.
• JFE‑EH400: JFE chú trọng vào quy trình hóa học và xử lý nhiệt được kiểm soát để đạt được ma trận martensitic được tôi luyện đồng nhất với độ phân tách tối thiểu và kết tủa carbide được kiểm soát. Quy trình sản xuất EH thường tạo ra cấu trúc vi mô đồng nhất với hiệu suất độ cứng và độ dai có thể dự đoán được trên các dải độ dày được cung cấp.

Hiệu ứng xử lý nhiệt: - Chuẩn hóa sau đó ram có thể cải thiện độ dẻo dai nhưng có thể làm giảm độ cứng nếu các thông số ram không được điều chỉnh. - Làm nguội và ram (Q&T) là con đường thương mại để đạt được ~400 HB; các thông số ram kiểm soát sự đánh đổi giữa độ dẻo dai và độ cứng. - Xử lý kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) trước khi xử lý Q&T mang lại độ dẻo dai được cải thiện ở độ cứng tương đương nhờ tinh chế hạt và kiểm soát lượng mưa.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học thay đổi tùy theo độ dày, thành phần hóa học chính xác và quy trình xử lý nhiệt của nhà máy. Bảng dưới đây cung cấp các dải tính chất điển hình của các tấm thép loại 400 HB đã được tôi và ram.

Tài sản	NM400 — Điển hình	JFE‑EH400 — Điển hình
Độ cứng (HBW)	360 – 440 (danh nghĩa 400 HB)	360 – 440 (danh nghĩa 400 HB)
Độ bền kéo (MPa)	~1000 – 1400	~1000 – 1400
Giới hạn chảy (0,2% proof, MPa)	~800 – 1200	~800 – 1200
Độ giãn dài (A5, %)	~8 – 16	~8 – 16
Charpy V-notch (nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ quy định, J)	Phụ thuộc nhiều vào quá trình xử lý; điển hình là 20–80 J ở nhiệt độ phòng; mức đánh giá nhiệt độ thấp thay đổi	Độ đồng nhất thường tương đương hoặc cao hơn do quá trình xử lý được kiểm soát

Giải thích: - Độ cứng được nhắm tới ~400 HB cho cả hai; phạm vi kéo và giới hạn chảy chồng chéo đáng kể vì cùng đạt được mục tiêu độ cứng. - Sự khác biệt xuất hiện ở tính nhất quán: JFE‑EH400 thường được chỉ định và cung cấp với khả năng kiểm soát chặt chẽ hơn về độ dẻo dai và độ phân tán tính chất, đặc biệt là đối với các ứng dụng quan trọng. - Với cùng độ cứng danh nghĩa, hợp kim hóa/khả năng làm cứng cao hơn cho phép các phần dày hơn đạt được độ cứng mục tiêu; tuy nhiên, khả năng làm cứng tăng lên có thể làm giảm khả năng hàn nếu không được quản lý.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của các loại thép có độ cứng cao này được quyết định bởi hàm lượng cacbon, hợp kim kết hợp (khả năng làm cứng), độ dày và xử lý nhiệt trước/sau khi hàn.

Các chỉ số thực nghiệm có liên quan: - Carbon tương đương (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (Quốc tế): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Cả hai loại đều có hàm lượng cacbon và hợp kim ở mức trung bình; CE và Pcm có thể ở mức vừa phải đến trung bình tùy thuộc vào thành phần hóa học chính xác. CE/Pcm cao hơn cho thấy nguy cơ nứt nguội cao hơn và cần xử lý nhiệt trước hoặc sau hàn (PWHT). - JFE‑EH400 thường đi kèm với các khuyến nghị được ghi chép về quá trình gia nhiệt trước/PWHT và đôi khi cung cấp các phiên bản được tối ưu hóa để cải thiện khả năng hàn (phạm vi S, P thấp được kiểm soát và phạm vi C chặt chẽ hơn). - Các biến thể NM400 khác nhau tùy theo nhà máy—một số được thiết kế để có thể hàn (C thấp hơn, hợp kim vi mô) trong khi những biến thể khác ưu tiên khả năng làm cứng và tuổi thọ chịu mài mòn. - Thực hành tốt nhất: sử dụng vật tư tiêu hao có hàm lượng hydro thấp, gia nhiệt trước phù hợp, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và ram PWHT khi cần thiết theo độ dày hoặc ngưỡng CE/Pcm. Việc thẩm định quy trình hàn (WPS/PQR) là điều cần thiết.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

Đây là loại thép không gỉ chịu mài mòn; khả năng chống ăn mòn nội tại bị hạn chế so với thép không gỉ.

• Các phương pháp bảo vệ bề mặt: sơn, phủ công nghiệp, mạ kim loại, phủ lớp hy sinh hoặc mạ kẽm để bảo vệ khỏi khí quyển (mạ kẽm có thể bị giới hạn bởi độ dày và ứng dụng). Lớp phủ cứng (lớp phủ hàn) thường được sử dụng để kết hợp độ bền của vật liệu nền với khả năng chống mài mòn bề mặt.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho thép không gỉ; để tham khảo, công thức PREN là: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Sử dụng lớp phủ chống ăn mòn hoặc các thành phần chống ăn mòn riêng biệt khi dịch vụ kết hợp môi trường mài mòn nặng và hóa chất hoặc clorua mạnh.

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Cắt: Cả hai loại đều khó gia công vật tư tiêu hao và dụng cụ hơn; cắt plasma/Oxy-nhiên liệu/laser là phổ biến; cắt tỉa có thể cần phải mài sau khi hàn.
• Khả năng gia công: Thấp — đây là loại thép có thể tôi cứng; nên gia công ở trạng thái ủ mềm nếu có thể. Gia công tấm thép tôi và ram đòi hỏi dụng cụ cacbua và tốc độ chạy dao thấp.
• Uốn/Tạo hình: Việc tạo hình nguội tấm thép đã tôi và ram được giao hàng bị hạn chế; khả năng tạo hình thấp ở độ cứng ~400 HB. Việc tạo hình nên được thực hiện trong điều kiện tôi mềm hơn, đã được tôi trước hoặc các chi tiết nên được chế tạo từ phôi mềm hơn, sau đó được làm cứng hoặc xử lý nhiệt đến độ cứng cuối cùng.
• Hoàn thiện: Mài và xử lý cần có vật liệu mài mòn và PPE phù hợp do tạo ra hạt; cắt bằng ngọn lửa hoặc plasma cần xem xét đến vùng HAZ và các đặc tính còn lại.

8. Ứng dụng điển hình

NM400 — Công dụng điển hình	JFE‑EH400 — Ứng dụng điển hình
Gầu xúc, ống lót, máng xối, phễu, thùng xe ben, thiết bị nghiền trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn hiệu quả về mặt chi phí	Tấm và lớp lót chịu mài mòn cho máy móc khai thác, máy nghiền, lớp lót máy nghiền và các bộ phận chịu mài mòn cao, trong đó hiệu suất nhất quán và khả năng truy xuất nguồn gốc của nhà cung cấp được ưu tiên
Thiết bị nông nghiệp, thiết bị san lấp mặt bằng, xử lý quặng khi việc thay thế tại chỗ thường xuyên là chấp nhận được	Các bộ phận hao mòn thiết bị quay quan trọng, OEM chỉ định độ bền được chứng nhận bởi nhà máy và các đặc tính đồng nhất cho các công trình lắp đặt quan trọng về an toàn
Nền cứng (thép nền cho lớp phủ hàn)	Các ứng dụng yêu cầu độ dẻo dai được xác nhận ở nhiệt độ và phân tán tính chất được kiểm soát (ví dụ: các thành phần chịu mài mòn cấu trúc lớn)

Cơ sở lựa chọn: - Chọn vật liệu dựa trên chế độ mài mòn (trượt hay mài mòn do va đập), độ bền cần thiết và liệu có thể sửa chữa cục bộ bằng phương pháp hàn hay không. Nếu mài mòn do va đập chiếm ưu thế, hãy cân nhắc các loại vật liệu có độ bền đã được chứng minh hoặc sử dụng lớp phủ dày hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Thép loại NM400 được sản xuất rộng rãi bởi nhiều nhà máy, đặc biệt là ở Trung Quốc và Châu Á, và nhìn chung có giá thành cạnh tranh hơn ở dạng tấm rời và thị trường nội địa. Độ dày phổ biến và dạng cắt theo kích thước cũng rất đa dạng.
• JFE‑EH400 là sản phẩm thương hiệu từ một nhà máy lớn của Nhật Bản và có thể được định giá cao nhờ quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, tính nhất quán được ghi chép đầy đủ và dịch vụ hậu cần xuất khẩu. Sản phẩm có sẵn trên toàn cầu, nhưng thời gian giao hàng và chi phí phản ánh mức giá cao này.
• Hình thức sản phẩm: Cả hai đều có dạng tấm, nhưng các dòng sản phẩm của JFE có thể cung cấp thêm tài liệu (hồ sơ xử lý nhiệt, phân tích hóa học, thử nghiệm độ bền) giúp tăng thêm giá trị và chi phí.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Diện mạo	NM400	JFE‑EH400
Khả năng hàn	Biến đổi; phụ thuộc vào hóa chất nhà máy và CE/Pcm	Thông thường được ghi chép đầy đủ kèm theo hướng dẫn; khả năng kiểm soát nói chung tương đương hoặc tốt hơn
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Tốt, thay đổi theo nhà sản xuất và quy trình	Tốt với khả năng kiểm soát chặt chẽ và tính nhất quán thường thấy
Trị giá	Thường thấp hơn/cạnh tranh hơn	Thông thường cao hơn (cao cấp)
Khả dụng	Rộng, đặc biệt là ở Châu Á	Tốt, có chuỗi cung ứng và tài liệu cụ thể cho từng thương hiệu

Kết luận / Khuyến nghị: - Chọn NM400 nếu: chi phí và tính khả dụng rộng rãi là những yếu tố chính, ứng dụng chủ yếu là mài mòn hơn là khả năng chịu va đập quan trọng, và dự án có khả năng chịu được sự thay đổi cao hơn hoặc bạn có thể lựa chọn nhà cung cấp cụ thể. NM400 là lựa chọn thiết thực cho các chi tiết hao mòn số lượng lớn, yêu cầu thay thế và sửa chữa thường xuyên. - Chọn JFE‑EH400 nếu: bạn yêu cầu kiểm soát đặc tính chặt chẽ hơn, khả năng truy xuất nguồn gốc nhà máy được ghi chép lại và độ bền đồng đều trên mọi độ dày; ứng dụng quan trọng về an toàn hoặc hiệu suất (ví dụ: OEM khai thác mỏ nặng, kết cấu lớn) hoặc bạn muốn sử dụng vật liệu có thương hiệu với hỗ trợ kỹ thuật vững chắc. JFE‑EH400 được ưu tiên khi yêu cầu chất lượng quy trình hàn và khả năng dự đoán nhiệt độ thấp là quan trọng.

Lưu ý cuối cùng: Cả hai loại thép này đều được thiết kế để chống mài mòn hơn là chống ăn mòn hoặc tạo hình nguội rộng. Đối với bất kỳ quyết định mua sắm nào, hãy xin và xem xét chứng chỉ kiểm tra nhà máy của nhà cung cấp, chỉ định nhiệt độ va đập yêu cầu, nhu cầu WPS/PQR, và thực hiện các mối hàn thử và xác nhận tại hiện trường trong điều kiện vận hành khắc nghiệt.