Search academic texts

Registration Number

0824U001523, PhD dissertation

Title

Development of chemical composition and modes of heat treatment of high-strength rails of pearlite class steels

Author

Rostyslav V. Podolskyi,

popup.head Oleksandr I. Babachenko
popup.opponent Volodymyr M. Volchuk
popup.opponent Diana B. Glushkova
popup.review Ihor O. Vakulenko
popup.review Halyna I. Perchun

Status

Доктор філософії, 132, Матеріалознавство

Date

30-05-2023

Description

Дисертаційну роботу присвячено розробці хімічного складу сталей та технологічних параметрів термічної обробки залізничних рейок на підприємствах України, що забезпечують підвищення експлуатаційних властивостей. В роботі показано, що рейки українського виробництва за поточною технологією поступаються зарубіжним аналогам по механічним властивостям, та, як наслідок, по експлуатаційній довговічності. Пропускна здатність рейок, вироблених в Україні, становить 0,5 млрд. тонн брутто, в той час як аналогічний показник у Франції, Японії становить 1 млрд. тонн брутто, тобто в 2 рази більше. Показано, що підвищення характеристик міцності сталі за рахунок розробки нового хімічного складу та термічної обробки призводить до підвищення експлуатаційних характеристик. Проведені дослідження впливу хімічних елементів на кінцеву структуру та механічні властивості сталі. На підставі даних досліджень було рекомендовано 3 сталі з дослідними хімічними складами для лабораторної виплавки та проведення подальших досліджень. З літературного аналізу встановлено, що сталі, що застосовуються в виробництві залізничних рейок для досягнення перлітної структури необхідні швидкості охолодження в діапазонах 0,63…18,2°С/с. Показано, що для сталі 75ХГСМ необхідна швидкість охолодження складає від 0,63…0,14°С/с, оскільки застосування легуючих елементів Cr, Mn, Si, Mo збільшує інкубаційний період. Таким чином, область перлітного перетворення стає більш схильна до переміщення в бік менш інтенсивних швидкостей охолодження. У сталі М76Т відбувається формування перлітної структури при швидкості охолодження в діапазоні 9,2…18,2°С/с, в сталі R350LHT - при швидкості охолодження близько 5°С/с. У сталях Е76ХФ та Е76ХАФ, до складу яких введено хром, після охолодження зі швидкостями 1 °С/с і менше, внаслідок розпаду переохолодженого аустеніту крім ферито-карбідної суміші перлітного типу спостерігається утворення надлишкового фериту. У сталі Е76Ф швидкість охолодження для утворення структури перліт необхідна швидкість охолодження склала до 10°С/с. Сучасні світові виробники рейкової продукції обрали кожен свій індивідуальний шлях технологічних рішень (застосовані технології виробництва і термічного зміцнення) для досягнення властивостей, за якими виконується випуск продукції. Цей перелік можна розділити на рейки без термічного зміцнення (Польща, Італія), рейки з диференційованим термічним зміцненням з прокатного нагріву (Японія, Австрія, США), рейки з диференційованим термічним зміцненням з окремого індукційного нагріву (Франція, Канада (нині завод закритий), Україна), рейки з об'ємним загартуванням в маслі з окремого пічного нагріву. Виходячи з результатів аналізу літературних джерел виконано комплекс досліджень з метою встановлення закономірностей формування структурного стану та механічних властивостей по перетину головки залізничних рейок в умовах українського виробництва, виготовлених з високовуглецевої сталі, мікролегованої ванадієм (марка К76Ф). Проведені дослідження мікроструктури термічно зміцнених рейок українського виробництва. Встановлено наявність неоднорідності структури на поверхні кочення рейки і низьку дисперсність карбідної фази на глибині 11 мм від поверхні кочення виробу. В роботі проведено дослідження з якого встановлено, що існуюча технологія термічної обробки, що застосовується на території України, не може забезпечити високий рівень твердості по перерізу головки рейки (до глибини 20 мм), що відповідає вимогам зарубіжних стандартів. В роботі застосовано математичну модель, що дозволяє проводити прогноз зміни температурних полів та миттєву швидкість охолодження в залізничній рейці під час проходження диференційованого охолодження. Застосована модель дозволяє визначати потрібні параметри термічної обробки для утворення структурних складових та досягнення регламентованого комплексу механічних властивостей сталі. Встановлено, що поточна технологія виробництва з застосування термозміцнення не припускає досягнення значень твердості по перерізу залізничної рейки на рівні ДСТУ EN 13674-1:2018, що пов’язано з недостатньо інтенсивним охолодженням, саме центральних ділянок головки рейки температура, якої складає - 680 °С. В рамках досліджень встановлено, що для забезпечення твердості (370 НВ) в осьових ділянках головки рейки (глибина 20 мм) відповідно до вимог ДСТУ EN 13674-1:2018 є значна необхідність в розробленні нових перспективних параметрів термічної обробки чи розробці перспективних хімічних складів сталей, що підвищать інтенсивність охолодження в центральних ділянках головки рейки. В результаті дилатометричних досліджень було побудовано діаграму розпаду переохолодженого аустеніту дослідної сталі з С=0,84%, Mn=0,95%, Si=0,44%, B=0,01%, Ca=0,0006% та встановлено, що при швидкостях охолодження 0,06-5,9°С/с структура складається переважно з перліту різної дисперсності, зі збільшенням швидкості охолодження до 64,3°С/с проходить утворення бейніту з подальшою зміною морфології з пір’ястого до голчастого.