Оценка склонности к образованию дефектов термического происхождения опытных сталей для железнодорожных колес

Abstract

RU: Постановка проблемы. Разработка химического состава сталей для железнодорожных колес, обеспечивающего повышение их ресурса в различных условиях эксплуатации. Методика. В лабораторных условиях в индукционной печи были выплавлены слитки малого объема (до 10 кг) диаметром 80 мм с повышенным содержанием марганца и кремния (сталь «К»), а также с системой Al−Ti−N на основе стали марки «2» (ДСТУ ГОСТ 10791-2016) и стали «К». Содержание углерода в опытных сталях было до 0,6 % масс. Плавка «Т» являлась сравнительной в данных исследованиях и по своему химическому составу соответствуют требованиям ДСТУ ГОСТ 10791-2016. Все плавки были выплавлены в одинаковых условиях. Прокаливаемость стали определяли методом торцевой закалки (метод Джомини) по ГОСТ 5657. Результаты. Исследованы пути повышения эксплуатационной стойкости железнодорожных колес. Разработаны системы легирования с принципиально новым способом упрочнения стали для железнодорожных колес тугоплавкой дисперсной фазой совместно с твердорастворным упрочнением. Установлено положительное влияние опытного химического состава с системой Al−Ti−N на показатели вязкости и пластичности при несколько более низких показателях прочности и твердости по сравнению с высокопрочной сталью марки Т, нормируемой ДСТУ ГОСТ 10791−2016. Показано, что опытные стали 2+(Al−Ti−N) и K+(Al−Ti−N) имеют на 20…30 % меньшую зону структурных изменений, что свидетельствует о более высокой стойкости к образованию дефектов термического происхождения на поверхности катания железнодорожных колес. Научная новизна. Установлено влияние химического состава опытных сталей на прокаливаемость. Практическая значимость. Обоснованы составы сталей с новой системой микролегирования для железнодорожных колес с высокой стойкостью к образованию выщербин и белых слоев на поверхности катания.

UK: Постановка проблеми. Розроблення хімічного складу сталей для залізничних коліс, що забезпечує підвищення їх ресурсу в різних умовах експлуатації. Методика. У лабораторних умовах в індукційній печі були виплавлені злитки малого об’єму (до 10 кг) діаметром 80 мм із підвищеним вмістом марганцю і кремнію (сталь «К»), а також із системою Al−Ti−N на основі сталі марки «2» (ДСТУ ГОСТ 10791-2016) та сталі «К». Вміст вуглецю в дослідних сталях був до 0,6 % мас. Плавка «Т» була порівняльною в даних дослідженнях і за своїм хімічним складом відповідає вимогам ДСТУ ГОСТ 10791-2016. Всі плавки виплавлені в однакових умовах. Прогартовуваність сталі визначали методом торцевого гарту (метод Джоміні) за ГОСТ 5657. Результати. Досліджено шляхи підвищення експлуатаційної стійкості залізничних коліс. Розроблено системи легування з принципово новим способом зміцнення сталі для залізничних коліс тугоплавкою дисперсною фазою спільно з твердорозчинним зміцненням. Установлено позитивний вплив дослідного хімічного складу із системою Al−Ti−N на показники в'язкості і пластичності за дещо нижчих показників міцності і твердості порівняно з високоміцною сталлю марки Т, нормованої ДСТУ ГОСТ 10791-2016. Показано, що дослідні сталі 2+(Al−Ti−N) і K+(Al−Ti−N) мають на 20...30 % меншу зону структурних змін, що свідчить про більш високу стійкість до утворення дефектів термічного походження на поверхні кочення залізничних коліс. Наукова новизна. Установлено вплив хімічного складу дослідних сталей на прогартовуваність. Практична значимість. Обґрунтовано склади сталей з новою системою мікролегування для залізничних коліс із високою стійкістю до утворення вищербин і білих шарів на поверхні кочення.

EN: Problem statement. The development of the chemical composition of steels for railway wheels, which increases their life in various operating conditions. Methods. Ingots of small volume (up to 10 kg) with a diameter of 80 mm with a high content of manganese and silicon (steel “K”), as well as with the Al−Ti−N system based on the steel grade “2” (DSTU GOST 10791-2016) and steel "K" were melted in induction furnace under laboratory conditions. The carbon content in the experimental steels was up to 0.6 % of the mass. Melting of the steel "T" was comparative in these studies and in its chemical composition corresponds to the requirements of DSTU GOST 10791-2016. All meltings were made under the same conditions. Steel hardenability was determined by Jeminy test according to GOST 5657. Results. Ways of increasing the operational durability of railway wheels are investigated. Alloying systems are developed with a fundamentally new method of steel hardening for railway wheels − a refractory dispersed phase together with solid solution hardening. The positive effect of the experimental chemical composition with the Al−Ti−N system on the viscosity and ductility indicators with a slightly lower strength and hardness ones compared with high-strength steel grade T, standardized by DSTU GOST 10791-2016, is established. It is shown that the experimental steels 2+ (Al−Ti−N) and K + (Al−Ti−N) have a zone of structural changes less by 20…30 % that indicates a higher resistance to the formation of defects of thermal origin on the rolling surface of railway wheels. Scientific novelty. The influence of the chemical composition of the experimental steels on the hardenability is established. Practical significance. The compositions of steels with a new microalloying system for railway wheels with high resistance to the formation of shelled treads and white layers on the rolling surface are substantiated.