NM400 so với NM360 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

NM360 và NM400 là hai loại thép chống mài mòn được tôi và ram rộng rãi, được sản xuất cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn hàng đầu. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường phải đối mặt với tình huống khó xử khi lựa chọn giữa các loại thép này: đánh đổi độ cứng và tuổi thọ chịu mài mòn cao hơn với khả năng hàn, khả năng tạo hình và chi phí. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc lựa chọn loại thép cho các chi tiết chịu mài mòn trong khai thác mỏ và khai thác đá (nơi cần khả năng chống mài mòn tối đa) so với việc lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền va đập và chế tạo quan trọng hơn độ cứng tuyệt đối.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai loại thép này là NM400 được thiết kế để mang lại độ cứng và khả năng chống mài mòn cao hơn NM360. Sự khác biệt này chủ yếu đạt được thông qua việc tăng nhẹ hàm lượng carbon và/hoặc hợp kim, đồng thời kiểm soát chặt chẽ hơn quá trình xử lý nhiệt cơ và nhiệt luyện. Những đánh đổi này thúc đẩy những so sánh thường thấy trong quá trình thiết kế và mua sắm.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế phổ biến nơi bạn có thể tìm thấy thép chống mài mòn và các sản phẩm tương đương:
• GB (Trung Quốc): NM360, NM400 là các ký hiệu của Trung Quốc thường được sử dụng trong các tiêu chuẩn GB/T dành cho thép chống mài mòn.
• EN (Châu Âu): Thường được so sánh với thép chống mài mòn được chỉ định theo EN (ví dụ: thép tương đương AR/Hardox), mặc dù việc lập bản đồ trực tiếp một-một đòi hỏi phải kiểm tra thành phần hóa học và độ cứng.
• JIS (Nhật Bản): Có ký hiệu riêng về thép chống mài mòn.
• ASTM/ASME (Hoa Kỳ): Không có tên gọi trực tiếp cho dòng NM; các tên tương đương điển hình được chỉ định theo độ cứng hoặc cấp độ chức năng (ví dụ: AR400).
• Phân loại: Cả NM360 và NM400 đều là thép cacbon hợp kim thấp (HSLA) có độ bền cao, chống mài mòn được sản xuất bằng phương pháp làm nguội và ram (thép cacbon/hợp kim thấp đã làm nguội và ram), không phải thép không gỉ hoặc thép dụng cụ.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây tóm tắt các yếu tố trọng tâm thường gặp đối với thép chống mài mòn loại NM. Thay vì các giá trị số từ một nguồn duy nhất (thay đổi tùy theo nhà sản xuất và tiêu chuẩn), bảng này sử dụng các chú thích định tính hoặc mức độ tương đối phản ánh thông lệ điển hình của nhà cung cấp.

Yếu tố	NM360 (điển hình)	NM400 (điển hình)	Vai trò / Ghi chú
C (Cacbon)	Trung bình (thấp hơn NM400)	Trung bình–Cao (cao hơn NM360)	Yếu tố chính tạo nên độ cứng và khả năng làm cứng; C cao hơn làm tăng độ bền/độ cứng nhưng làm giảm khả năng hàn và độ dẻo.
Mn (Mangan)	Trung bình	Trung bình-Cao	Tăng cường, làm cứng và khử oxy; quá nhiều sẽ làm tăng CE.
Si (Silic)	Dấu vết thấp	Dấu vết thấp	Chất khử oxy; làm cứng dung dịch rắn nhỏ.
P (Phốt pho)	Theo dõi / Kiểm soát mức thấp	Theo dõi / Kiểm soát mức thấp	Tạp chất; giữ ở mức thấp để tăng độ dẻo dai.
S (Lưu huỳnh)	Theo dõi / Kiểm soát mức thấp	Theo dõi / Kiểm soát mức thấp	Tạp chất; được kiểm soát để tránh hiện tượng giòn và các vấn đề gia công.
Cr (Crom)	Dấu vết-Thấp	Dấu vết–Thấp đến Thấp	Cải thiện khả năng làm cứng và khả năng chịu nhiệt.
Ni (Niken)	Dấu vết	Dấu vết	Làm cứng ở nhiệt độ thấp khi có mặt.
Mo (Molypden)	Dấu vết-Thấp	Dấu vết-Thấp	Tăng khả năng tôi cứng và ổn định khi ram.
V (Vanadi)	Dấu vết	Dấu vết	Hợp kim vi mô để tinh chế hạt, cải thiện độ bền.
Nb (Niobi)	Dấu vết	Dấu vết	Làm mịn hạt, tăng độ dẻo dai nếu có.
Ti (Titan)	Dấu vết	Dấu vết	Khử oxy và tinh chế hạt.
B (Bo)	Theo dõi (thỉnh thoảng)	Theo dõi (thỉnh thoảng)	Một lượng rất nhỏ có thể làm tăng đáng kể khả năng làm cứng nếu có.
N (Nitơ)	Dấu vết	Dấu vết	Được kiểm soát; tương tác với các nguyên tố hợp kim vi mô.

Hợp kim ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào - Độ cứng và độ bền: Các nguyên tố như C, Mn, Cr, Mo và một lượng nhỏ B/Nb/V bổ sung làm tăng khả năng tạo thành martensite/bainit của thép khi tôi, do đó làm tăng độ cứng và độ bền kéo. - Độ dẻo dai: Hàm lượng tạp chất thấp (P, S) và việc bổ sung hợp kim vi mô cẩn thận (Nb, V, Ti) cùng với quá trình xử lý nhiệt tối ưu giúp duy trì độ dẻo dai khi va đập. - Ăn mòn: Đây là loại thép không gỉ; hợp kim ở đây không tập trung vào khả năng chống ăn mòn.

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

Cấu trúc vi mô ban đầu điển hình của thép loại NM sau khi cán nóng là ferit-pearlit hoặc bainit-ferit, tùy thuộc vào thành phần và tốc độ làm nguội. Các tính chất cuối cùng được tạo ra bằng phương pháp tôi và ram có kiểm soát hoặc xử lý nhiệt cơ học có kiểm soát (TMCP).

• NM360: Được thiết kế để đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo dai. Sau khi tôi và ram, cấu trúc vi mô thường chứa martensite ram và/hoặc bainit thấp hơn với các phân tán carbide mịn. Hàm lượng carbon và hợp kim thấp hơn so với NM400 tạo ra độ dẻo dai được duy trì cao hơn một chút và phản ứng ram nhìn chung dễ dàng hơn.
• NM400: Hướng đến cấu trúc vi mô cứng hơn, chịu mài mòn tốt hơn—thường là martensite ram với mật độ lệch vị trí cao hơn và kết tủa cacbua mịn hơn. Hàm lượng cacbon cao hơn và hợp kim hóa hoặc hợp kim hóa vi mô được kiểm soát làm tăng khả năng tôi cứng, cho phép độ cứng cao hơn ở một độ dày nhất định sau khi tôi và ram, hay còn gọi là TMCP.

Hiệu ứng xử lý nhiệt - Chuẩn hóa: Tinh chỉnh hạt và tăng nhẹ độ bền và độ cứng nhưng không đủ để đạt được độ cứng chống mài mòn mục tiêu—thường tiếp theo là quá trình làm nguội và ram cho cả hai loại. - Làm nguội & Ram: Tạo ra sự kết hợp mong muốn giữa độ cứng và độ dẻo dai. Nhiệt độ ram tăng làm giảm độ cứng nhưng cải thiện độ dẻo dai. - Xử lý nhiệt cơ học (TMCP): Có thể tạo ra các vi cấu trúc bainit/martensit hạt mịn có độ dẻo dai tuyệt vời ở độ cứng cao, đặc biệt quan trọng đối với các tấm dày hơn để tránh các vùng cứng quá mức.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của NM360 và NM400 chủ yếu được phân biệt bởi mục tiêu độ cứng. Độ cứng thường là thước đo hiệu suất được chỉ định vì tuổi thọ mài mòn có mối tương quan chặt chẽ với độ cứng trong nhiều điều kiện mài mòn.

Tài sản	NM360 (điển hình)	NM400 (điển hình)
Độ cứng	~360 mục tiêu HBW	~400 mục tiêu HBW
Độ bền kéo	Cao	Cao hơn NM360
Sức chịu lực	Cao	Cao hơn NM360
Độ giãn dài (độ dẻo)	Tốt hơn NM400	Giảm nhẹ so với NM360
Độ bền va đập	Tốt (cân bằng)	Tốt, nhưng có thể thấp hơn một chút ở độ dày/nhiệt độ tương đương do độ cứng cao hơn

Diễn giải - NM400 được thiết kế cứng hơn và bền hơn NM360, mang lại khả năng chống mài mòn tốt hơn nhưng lại giảm một phần độ dẻo dai và có khả năng chịu va đập thấp hơn nếu không được xử lý cẩn thận. - Mức độ đánh đổi phụ thuộc vào độ dày, xử lý nhiệt và thành phần hóa học chính xác; TMCP hiện đại và hợp kim vi mô có thể giảm thiểu những đánh đổi này.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng carbon, hợp kim và độ tôi. Hàm lượng carbon và hợp kim cao hơn làm tăng nguy cơ nứt nguội và đòi hỏi quy trình kiểm soát quá trình nung nóng trước và quá trình hàn xen kẽ nghiêm ngặt hơn.

Các số liệu tương đương carbon hữu ích: - Tương đương cacbon IIW (chỉ số định tính về khả năng hàn): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Công thức Pcm của Viện Hàn Quốc tế (để hướng dẫn nung nóng trước): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Giải thích định tính - NM400, với mục tiêu về độ cứng và cacbon/hợp kim danh nghĩa cao hơn, thường có $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ cao hơn NM360, cho thấy quy trình hàn hạn chế hơn (gia nhiệt trước cao hơn, làm mát giữa các đường hàn chậm hơn, sử dụng vật tư tiêu hao có hàm lượng hydro thấp). - Các biện pháp giảm thiểu: kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước và nhiệt độ giữa các lớp hàn, sử dụng kim loại hàn phù hợp hoặc quá phù hợp với độ dẻo dai cần thiết, xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) khi cần thiết và kiểm soát chặt chẽ độ ẩm để hạn chế hydro khuếch tán. - Đối với chế tạo nặng, quy trình hàn phải phù hợp với độ dày và cấp độ của tấm để tránh hiện tượng cứng vùng HAZ và dễ nứt nguội.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Không gỉ: Cả NM360 và NM400 đều là thép cacbon/hợp kim thấp không gỉ. Chúng không được thiết kế để chống ăn mòn.
• Các phương án bảo vệ bề mặt: mạ kẽm (nhúng nóng hoặc phủ sẵn), sơn bảo vệ, sơn tĩnh điện và lớp phủ hy sinh. Lưu ý rằng mạ kẽm hoặc lớp phủ nhiệt cường độ cao có thể ảnh hưởng đến độ cứng bề mặt hoặc gây ra ứng suất cục bộ; hãy cân nhắc khả năng tương thích của quy trình phủ với các yêu cầu về độ cứng và độ mài mòn cuối cùng.
• PREN: Số tương đương khả năng chống rỗ, $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$ không áp dụng cho các loại thép không gỉ này; biện pháp bảo vệ chống ăn mòn nên được thực hiện bằng cách lựa chọn lớp phủ và các chiến lược bảo vệ catốt phù hợp.

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

• Khả năng gia công: NM400 khó gia công hơn NM360 do độ cứng và độ bền cao hơn; độ mòn dụng cụ tăng lên. Sử dụng dụng cụ carbide, giảm tốc độ chạy dao và tối ưu hóa các thông số cắt. Gia công sơ bộ trước khi xử lý nhiệt cuối cùng có thể mang lại lợi thế.
• Khả năng tạo hình: Khả năng tạo hình nguội bị hạn chế ở cả hai loại thép này so với thép mềm cacbon thấp; NM360 có khả năng uốn tốt hơn NM400. Khi cần tạo hình phức tạp, hãy tạo hình ở trạng thái mềm hơn trước khi tôi và ram cuối cùng hoặc sử dụng các đường dẫn nhiệt/cơ học để cải thiện khả năng tạo hình.
• Nối và lắp ráp: Cố định cơ học thường được sử dụng trong các ứng dụng mà hàn có thể làm giảm hiệu suất mài mòn cục bộ; hãy cân nhắc lắp ráp bu lông với các bộ phận chịu mài mòn cứng để có thể thay thế.

8. Ứng dụng điển hình

Công dụng của NM360	Công dụng của NM400
Thân xe tải và rơ moóc, lớp lót có độ mài mòn vừa phải	Lớp lót máy nghiền, gầu tải nặng và răng trong khai thác mỏ
Máng xối, phễu và băng tải cho độ mài mòn trung bình	Tấm mài mòn trong máy nghiền sơ cấp, máy nghiền nơi mài mòn cực đại là nghiêm trọng
Linh kiện nông nghiệp, màn hình và lưỡi dao	Các cạnh gầu xúc và gầu xúc, các bộ phận chịu mài mòn nặng với lớp lót có thể thay thế
Các thành phần băng tải có độ mài mòn vừa phải	Các ứng dụng khai thác có độ mài mòn cao, tác động lớn đòi hỏi tuổi thọ mài mòn dài hơn

Cơ sở lựa chọn - Chọn NM360 khi ưu tiên khả năng chống mài mòn vừa phải, độ dẻo/dễ tạo hình tốt hơn và dễ hàn hơn hoặc khi các bộ phận mỏng hơn và tải trọng va đập vừa phải. - Chọn NM400 khi việc kéo dài tuổi thọ dưới điều kiện mài mòn nghiêm trọng đòi hỏi chi phí vật liệu và xử lý cao hơn và khi phương pháp chế tạo có thể đáp ứng các quy trình kiểm soát hàn/tạo hình nghiêm ngặt hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: NM400 thường đắt hơn NM360 tính theo kg do yêu cầu về độ cứng/hợp kim cao hơn và quy trình xử lý nghiêm ngặt hơn. Chi phí thực tế phụ thuộc vào nhà cung cấp, độ dày tấm và độ đồng nhất của quá trình xử lý nhiệt.
• Tình trạng sẵn có: Cả hai loại thép này đều thường có sẵn ở dạng tấm từ các nhà sản xuất thép lớn; tuy nhiên, thép tấm có độ cứng rất cao với độ dày lớn có thể có thời gian giao hàng lâu hơn hoặc lượng hàng tồn kho hạn chế. NM360 có thể dễ dàng có sẵn hơn với nhiều độ dày và kích thước khác nhau.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt

Tiêu chí	NM360	NM400
Khả năng hàn	Tốt hơn (CE thấp hơn)	Thách thức hơn (CE cao hơn)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Cân bằng (độ dẻo tốt hơn)	Độ bền và độ cứng cao hơn, độ dẻo thấp hơn một chút
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn

Sự giới thiệu - Chọn NM400 nếu bạn yêu cầu khả năng chống mài mòn tối đa và tuổi thọ sử dụng lâu hơn trong điều kiện khắc nghiệt (ví dụ: khai thác đá, nghiền thô, các bộ phận khai thác nặng) và bạn có thể áp dụng các quy trình hàn/tạo hình hạn chế hơn và chi phí vật liệu cao hơn. - Chọn NM360 nếu bạn cần sự cân bằng giữa khả năng chống mài mòn với khả năng hàn, khả năng tạo hình tốt hơn và chi phí ban đầu thấp hơn—phù hợp cho băng tải, thùng xe tải, máng trượt và các bộ phận chịu mài mòn trung bình.

Ghi chú kết luận Khi chỉ định bất kỳ loại nào, hãy yêu cầu giấy chứng nhận nhà máy của nhà cung cấp nêu chi tiết thành phần hóa học và độ cứng, yêu cầu chứng nhận quy trình hàn (PQR/WPS) cho độ dày dự kiến ​​và điều kiện sử dụng, đồng thời cân nhắc thiết kế các bộ phận chịu mài mòn để có thể thay thế nhằm tối ưu hóa chi phí vòng đời.