Бабаченко Олександр Іванович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0003-4710-0343. E-mail: office.isi@nas.gov.ua

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., ст.д., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-7446-4105

Меркулов Олексій Євгенович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-7867-0659

Подольський Ростислав В’ячеславович, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-0288-0641

Клемешов Євген Сергійович, к.т.н., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-6486-5319

Сафронова Олена Анатоліївна, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-6665-4830

МОДЕЛЮВАННЯ ФАЗОВО-СТРУКТУРНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ  У СТАЛІ ДЛЯ ЗАЛІЗНИЧНИХ РЕЙОК НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Анотація. Процес експлуатації транспортних засобів визначається взаємодією колеса і рейки. Результатом є вплив, що виникає від тертя кочення і особливо від тертя ковзання колеса по рейці при гальмуванні, відносно цих змін відбувається істотне зростання інтенсивності зношування коліс рухомого складу. Виходячи з досліджень останніх років відомо, що міцність перлітних рейкових сталей досягла межі. Виходячи з літературного аналізу було визначено сталі, що застосовуються в світовій практиці для виробництва залізничних рейок з бейніту та проведено співставлення з хімічними складами сталей, що застосовуються в різних сферах в Україні. З метою визначення впливу базових хімічних елементів через відомі ізотермічні (ТТТ) діаграми та фактичного хімічного складу на утворення структури з подальшою побудовою термокінетичних (ССТ) діаграм. Перспективним є підхід до підвищення опору через виготовлення залізничних рейок з бейнітною структурою. Методом математичного моделювання досліджено закономірності кінетики розпаду аустеніту марки 30ХГС з 0,28% С, 1,49% Si, 0,92% Mn, 0,99% Cr. Визначено інтервали швидкостей охолодження, в межах яких спостерігається зміна механізму структуроутворення при розпаді аустеніту. Показано, що при швидкості охолодження до ~ 3°С/с розпад аустеніту відбувається з утворенням доевтектоїдного фериту і перліту; при 3°С/с … 10°С/с структура сталі складається з доевтектоїдного фериту, перліту і бейніту; при 10°С/с…20°С/с – з доевтектоїдного фериту, перліту, бейніту і мартенситу; при 20°С/с…30°С/с – з бейніту і мартенситу; при швидкості охолодження 50°С/с розпад аустеніту відбувається з утворенням мартенситу. Критична швидкість охолодження для досліджуваної сталі знаходиться в інтервалі 30…50ºС/с. Розроблено хімічний склад дослідних сталей для залізничних рейок і проведена виплавка в лабораторних умовах злитків масою до 10 кг.

Ключові слова: залізнична рейка, рейкова сталь, бейніт, моделювання, 30ХГС.

Посилання для цитування: Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Меркулов О .Є. Подольський Р. В., Клемешов Є. С., Сафронова О. А. Моделювання фазово-структурних перетворень у сталі для залізничних рейок нового покоління. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2021. Вип. 35. С. 212-222. (In Ukrainian).

DOI: 10.52150/2522-9117-2021-35-212-222

Перелік посилань

  1. Шур Е. А. К вопросу об оптимальном соотношении твердости рельсов и колес. Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути: Материалы научно-практической конференции. Москва : ВНИИЖТ. 2003. С. 87-93.
  2. Harder Creep Force – Creepage and Frictional Work Behaviour in Non-Hertzian Counter formal Rail/Wheel Contacts. Proceedings of IHHA’99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow. 1999. V. 1. p. 207 – 214.
  3. Воробьев А. А. Исследование напряженного состояния пятна контакта колеса и рельса. Вестник ИрГТУ. 2009. С. 42–47.
  4. Paul , Hashemi J. User’s Manual for Program CONTACT. Technical Report No. 4. FRA/ORD-78/27/PB286097. NTIS. Springfield. VA. Sept. 1977.
  5. Большаков В. И., Долженков И. Е., Зайцев А. В. Оборудование термических цехов. технологии термической и комбинированной обработки металлопродукции. Изд. 2-е. Днепропетровск : РИА Днепр-VAL. 2010. 619 с.
  6. Медовар Л. Б., Цыкуленко К. А., Цыкуленко А. К. Бейнитные стали для рельсов. Проблемы специальной электрометаллургии. № 3. С. 10-20.
  7. K. Sawley. Railway Track Structures. 1998. 11. p.14-17.
  8. Рельсовая сталь для железных дорог Северной Америки. ЖДМ. № 11-1999.
  9. Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Рослик О. В., Майстренко К. М., Подольський Р. В. Розробка сталей для металопродукції залізничного призначення. Дніпро : “Домінанта-принт”. 2021. 298 с.
  10. Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Подольський Р. В. Розробка розрахункової моделі зміни температури рейкової сталі К76Ф для визначення параметрів термічної обробки. Science and Innovation. 2021. 17 (4). С. 25–32. https://doi.org/10.15407/scine17.04.025
  11. Подольський Р. В., Дейнеко Л. М. Визначення подальших напрямів підвищення експлуатаційної надійності залізничних рейок нового покоління. Всеукраїнська науково-технічна конференція “Молодая академия 2020”. 2020. № С. 59.
  12. Подольський Р. В., Сафронова О. А., Бабаченко О. І., Кононенко Г. А. Дослідження впливу термічної обробки на формування мікроструктури та твердості дослідних рейкових сталей. Всеукраїнська конференція молодих вчених “Молоді вчені-2020”. 2020. № С. 53-56.
  13. Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Подольський Р. В. Імітаційне моделювання зміни теплового поля залізничної рейки під час диференційної термічної обробки. VI Міжнародна науково технічна конференція “комп’ютерне моделювання та оптимізація складних систем”. 2020. № С. 17–18.
  14. Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Подольский Р. В., Сафронова О. А. Дослідження впливу режимів термічної обробки дослідних сталей для залізничних рейок нового покоління на механічні властивості. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. № 34. С.2 47-255. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2020-34-247-255
  15. Babachenko О. І., Коnonenko А., Podolskyi R. V., Safronova O. А. Steel for Railroad Rails with Improved Operating Properties. Materials Science. 2021, 56, p. 814–819. https://doi.org/10.1007/s11003-021-00499-1
  16. Sharma , Sangal S., Mondal K. Wear behaviour of bainitic rail and wheel steels. Materials Science and Technology. 2016. 32 (4). 266–274. https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1112537
  17. Pointner High strength rail steels-The importance of material properties in contact mechanics problems. Wear 265 2008. 1373–1379. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.03.015
  18. Попова Л. Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-растворах в сплавах титана: Справочник термиста. 3-е изд. Перераб. и доп. Москва : Металургия. 1991. 503 с.
  19. Попов А. А., Попова Л. Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аутенита. Справочник термиста. Москва-Свердловск : Государственно научно-техническое издательство машиностроительной литературы. 1961. 430 с.
  20. Delbart , Constant A. Courbes de transformation des aciers de fabrication francaise. Saint-Germain en Laye. 1956. 140 p.
  21. Винаров С. М. Авиационные стали. Оборонгиз. 1945. (переведены данные Дубинина Г. Н.).