Задачи повышения прочности термоупрочненного проката требуют использования целенаправленного поиска технических решений, что определяется уровнем изученности процессов, протекающих в технологических устройствах термоупрочнения, главным из которых является процесс взаимодействия воды с горячим прокатом. Этот сложный комплекс явлений включает движение потоков воды относительно движущегося проката, возникновение паровой прослойки между водой и прокатом, образование наноразмерных капель и их движение через слой пара, удар этих капель о поверхность, возбуждение упругих волн в материале проката. Проведен анализ ранее выведенного дисперсионного уравнения для неустойчивости Кельвина–Гельмгольца границы раздела пар – вода. Показано, что при разности скоростей движения слоев жидкости и пара 30 – 60 м/с наблюдается максимум инкремента в наноразмерном диапазоне длин волн. Средний размер образовавшихся капель определяется длиной волны, при которой достигается максимум зависимости инкремента. Таким образом, предложенный ранее механизм ускоренного охлаждения проката подтвержден количественными расчетами. Капли, попадая на прокат, возбуждают термоупругую волну, которая при распространении по его сечению способствует увеличению ударной вязкости. Для выявления закономерностей распространения упругих волн, созданных каплями в прокате, была поставлена и решена методом интегральных преобразований Фурье и Лапласа несвязная задача теории термоупругости при охлаждении. Оказалось, что поставленная задача аналогична задаче о нагреве поверхности с треугольным профилем температуры. Исследована эволюция волн напряжений. В начальные моменты времени передний фронт волны представляет собой волну растяжения. При отражении от свободного конца волна становится волной сжатия с напряжениями, приводящими к закрытию трещин, и тем самым приводит к повышению ударной вязкости. Полученные результаты могут быть использованы для поиска оптимальных режимов термической обработки проката, обеспечивающих высокие механические свойства.