Анотація до роботи:

Книш А. В. Розробка та освоєння технологічних параметрів зміцнюючої обробки високозносостійких залізничних коліс. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 – «Металознавство та термічна обробка металів». – Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, м. Дніпропетровськ, 2008.

Шляхом застосування мікролегування колісної сталі ванадієм з оптимізованою термічною обробкою готових виробів у роботі вирішено актуальне завдання по підвищенню зносостійкості залізничних коліс при збільшенні швидкостей руху вантажних поїздів і навантаженні на вісь вагона.

При вмісті в сталі 0,08-0,15 % ванадію та оптимізації режимів аустенитизації й надання можливості цілеспрямовано формувати структурний стан металу залізничних коліс, що забезпечує досягнення високої міцності й твердості в ободі в сполученні з задовільними в’язкими характеристиками.

З використанням різних методів аналізу була обґрунтовано призначена температура нагрівання під гартування 885 ± 10 С для залізничних коліс із мікролегованої ванадієм сталі, що забезпечує одержання гомогенного аустеніту та не призводить до початку його рекристалізації.

Аналіз результатів металографічних, рентгенівських, электронномікроскопічних досліджень і механічних властивостей дозволив установити, що в прискорено охолодженій мікролегованій ванадієм колісній сталі в результаті відпуску при температурах ~ 500 С реалізуються механізми дисперсійного (за рахунок виділення когерентних мікрочастинок карбідів і карбонітридів ванадію) та дислокаційного зміцнення фериту, що обумовлюють максимальне значення твердості й ударної в’язкості.

Хімічний склад сталі й оптимізована технологія термічного зміцнення впроваджені в колесопрокатному цеху ВАТ «ІНТЕРПАЙП НТЗ».

Високоміцні колеса з мікролегованої ванадієм сталі включені в новий стандарт ДСТУ (ГОСТ) 10791:2006 "Колеса суцільнокатані. Технічні умови".

На підставі досягнутих у роботі результатів були розроблені й затверджені Технічні умови ТУ У 35.2-23365425-600:2006 "Колеса суцільнокатані діаметром 957 мм підвищеної міцності й зносостійкості", у яких були підвищені вимоги щодо ударної в'язкості в диску й ободі колеса при температурі + 20 С до 20 Дж/см² і в ободі до 18 Дж/см² при значенні твердості не менше 320 НВ, замість KCU 16 Дж/см² у диску й ободі при твердості 285 НВ згідно ДСТУ (ГОСТ) 10791:2006.

У дисертаційній роботі вирішено актуальне науково-технічне завдання по підвищенню комплексу механічних властивостей і зносостійкості залізничних коліс, що виникло через зростаючі швидкості руху вантажних поїздів і навантаження на вісь, шляхом застосування нових технологічних рішень, що включають мікролегування колісної сталі ванадієм і термічну обробку готових виробів за оптимізованими режимами.

1. Аналіз літературних даних показав необхідність пошуку способів підвищення службових характеристик залізничних коліс. Було показано, що легування сталі невеликими добавками різних легуючих елементів і застосування ефективних процесів термічної обробки є визначальними факторами формування структурного стану, який визначає одержання в залізничних колесах сполучення високих значень твердості й в'язкості.

2. Визначено, що для мікролегованої колісної сталі з вмістом вуглецю 0,58-0,67 % і ванадію 0,08-0,15 % температура аустенітизації повинна бути 885 ±10 С, при якій відбувається максимально повне розчинення дисперсних часток при нагріванні в однофазну область існування аустеніту й не розвиваються рекристалізаційні процеси.

3. Показано, що в прискорено охолодженій мікролегованій ванадієм колісній сталі в результаті відпуску при температурах ~ 500 С реалізуються механізми дисперсійного (за рахунок виділення когерентних мікрочастинок карбідів і карбонітридів ванадію) і дислокаційного зміцнення фериту, що обумовлюють максимальні значення твердості й ударної в’язкості.

4. Розроблені технологічні параметри термічного зміцнення мікролегованих ванадієм залізничних коліс: прискорене охолодження від температури аустенітизації 885 ±10 С з наступним відпуском при температурі 500 С, були включені в технологічну документацію виробництва ВАТ "ІНТЕРПАЙП НТЗ" виготовлення високоміцних (з твердістю більше 320 НВ) залізничних коліс.

5. Технологічна реалізація розроблених режимів термічного зміцнення дозволила істотно здрібнити (до 10-11 номера) дійсне зерно й забезпечити одержання в кінцевій структурі сталі поряд з тонкодиференційованим пластинчастим перлітом (міжпластиночна відстань ~ 0,14 мкм) структуру голчастого фериту, завдяки чому в залізничних колесах і було досягнуто сполучення високої твердості (понад 320 НВ) і ударної в'язкості (вище 18 Дж/см²) в ободі колеса.

6. Маршрутні випробування в умовах вантажних перевезень на маршруті Роковата-Ужгород-Кошице після пробігу 200 тис. км показали підвищення зносостійкості на 39 %.

7. Високоміцні колеса з мікролегованої ванадієм сталі включені в новий стандарт ДСТУ (ГОСТ) 10791:2006 "Колеса суцільнокатані. Технічні умови".

8. На підставі досягнутих у роботі результатів було розроблено й затверджено Технічні умови ТУ У 35.2-23365425-600:2006 "Колеса суцільнокатані діаметром 957 мм підвищеної міцності й зносостійкості", в яких були підвищені вимоги відносно ДСТУ (ГОСТ) 10791:2006 за ударною в’язкістю в диску до 20 Дж/см² і в ободі до 18 Дж/см² при значенні твердості більше 320 НВ.

9. Результати дисертаційної роботи прийнято до використання в умовах ВАТ "ІНТЕРПАЙП НТЗ" при промисловому виробництві високоміцних залізничних коліс за ТУ У 35.2-23365425-600:2006.

Основний зміст роботи викладено у публікаціях:

1. Оптимизация параметров микролегирования и процессов термоупрочнения высокопрочной колесной стали / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, О. Н. Перков, А. В. Кныш // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. - Днепропетровск: ИЧМ НАНУ, 2003. - Выпуск 6. - С. 286-294.

2. Научная разработка и производственная реализация технологии микролегирования и термоупрочнения высокоизносостойких железнодорожных цельнокатаных колёс / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, О. Н. Перков, А. В. Кныш // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИЧМ НАНУ, 2004. - Выпуск 7. - С. 231-243.

3. Формирование структурного состояния высокопрочных микролегированных ванадием колес в процессе их отпуска / И. Г. Узлов, А. М. Нестеренко, К. И. Узлов, А. В. Кныш // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИЧМ НАНУ, 2005. - Выпуск 11. - С. 223-228.

4. Исследование влияния на структуру и свойства температуры отпуска железнодорожных колес из микролегированной ванадием стали / И. Г. Узлов, А. М. Нестеренко, К. И. Узлов, А. В. Кныш // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. тр. - Днепропетровск: ПГАСА, 2006. - Вып. 36, ч. 2, - С. 48-55.

5. Повышение служебных характеристик железнодорожных цельнокатаных колес при использовании микролегированной стали и оптимизированных параметров термической обработки / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, А. В. Кныш, Е. В. Горб, А. В. Рослик, Л. В. Чуприна // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 3.- С. 58-61.

6. Оптимизация параметров отпуска цельнокатаных железнодорожных колес повышенной прочности и износостойкости на основании электронномикроскопического анализа / И. Г. Узлов, Г. Д. Сухомлин, К. И. Узлов, А. В. Кныш // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИЧМ НАНУ, 2006. - Выпуск 13. - С. 143-148.

7. Освоение промышленного производства высокопрочных железнодорожных колес / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, А. В. Кныш, Т. Е. Суровцева // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ПГАСА, 2007. - Вып. 41, ч. 1, - С. 29-33.

8. Эксплуатационные испытания высокопрочных железнодорожных колес и организация их промышленного производства / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, А. В. Кныш, Т. Е. Суровцева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 3 - С. 61-65.

9. Промышленное производство высокопрочных железнодорожных колес / И. Г. Узлов, К. И. Узлов, А. В. Кныш, Г. Н. Польский, Е. В. Горб, А. В. Рослик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 1. - С. 98-101.

Особистий внесок здобувача в публікаціях: аналіз літературних даних з впливу легуючих елементів на структуру й властивості колісної сталі й вимог, які пред’являються до залізничних коліс [1-9], проведення досліджень і аналіз впливу температури нагрівання під гартування на розмір зерна аустеніту [1, 2], і температури відпуску на структуру й властивості залізничних коліс [3, 4, 6], участь у проведенні експлуатаційних випробувань, промисловому освоєнні випуску залізничних коліс із мікролегованої ванадієм сталі й узагальнення результатів досліджень [5, 7-9].