國(guó)內(nèi)外高速列車(chē)車(chē)輪材料的研究動(dòng)向

摘 要：高速列車(chē)的車(chē)輪是快速列車(chē)不可或缺的一部分，可以這么說(shuō)車(chē)輪直接影響列車(chē)運(yùn)行的安全性，穩(wěn)定性。既然有這么重要的作用，世界范圍內(nèi)的學(xué)者研究員對(duì)車(chē)輪材料的研究趨之若鶩，本文介紹了高速列車(chē)車(chē)輪磨損方式以及車(chē)輪新材料的研究方向。

關(guān)鍵詞：高速列車(chē)；車(chē)輪材料；研究方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.203

1 前言

在當(dāng)下科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的啟發(fā)下，世界范圍內(nèi)鐵路科學(xué)技術(shù)日新月異，各國(guó)都投入了大量的人力物力財(cái)力對(duì)鐵路運(yùn)輸進(jìn)行大量研究。我國(guó)目前鐵路也進(jìn)行了大提速，目標(biāo)也朝著早上出發(fā)晚上歸來(lái)，晚上出發(fā)早上就可以到達(dá)方向發(fā)展。目前基本可以和發(fā)達(dá)國(guó)家相媲美甚至超過(guò)某些發(fā)達(dá)國(guó)家。高速列車(chē)的車(chē)輪作為列車(chē)不可或缺的一部分將直接影響列車(chē)的安全性和穩(wěn)定性，隨著列車(chē)的大提速，車(chē)輪踏面的剝離、裂損等對(duì)車(chē)輪的材料提出了很高的要求，各國(guó)對(duì)車(chē)輪材料研究進(jìn)行了大量研究并取得了一定的進(jìn)展。

2 車(chē)輪及其損傷

2.1 車(chē)輪

車(chē)輪主要有在列車(chē)中所起的作用是：①啟動(dòng)和制動(dòng)列車(chē)運(yùn)行；②支撐列車(chē)的重量；③列車(chē)在制動(dòng)時(shí)車(chē)輪可以吸收摩擦熱，而且還可以散熱。車(chē)輪從材料方面講，既要求高硬度、高強(qiáng)度和耐磨性，因?yàn)樵谲?chē)輪制動(dòng)時(shí)，除與鐵軌接觸而產(chǎn)生摩擦而造成磨損和擦傷，還會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。中高碳鋼是各國(guó)生產(chǎn)車(chē)輪的主要材料（如表1），里邊還添加了點(diǎn)微量元素像Mn 、Si等。

對(duì)于車(chē)輪來(lái)說(shuō)，損傷是很常見(jiàn)的，但是也分好幾種類(lèi)型，像剝離、磨損塑性變形、車(chē)輛裂紋以及幅板裂紋等。踏面剝離是高速列車(chē)車(chē)輪常見(jiàn)損傷。研究結(jié)果認(rèn)為，造成這些損傷的因素是多方面的，有材料的潔凈度、車(chē)輪的使用環(huán)境、材料的性能因素相關(guān)。

3 鐵路的高速化

鐵路運(yùn)輸和其他運(yùn)輸方法相比有著明顯的特征。首先，鐵路運(yùn)輸運(yùn)量大，節(jié)省燃料。其次，對(duì)環(huán)境污染較少。所以世界范圍內(nèi)，尤其發(fā)達(dá)國(guó)家都在大力發(fā)展本國(guó)鐵路事業(yè)。1964年10月左右，日本東海道新干線高速鐵路通車(chē)最高時(shí)速達(dá)210km/h。在這之后，德國(guó)的ICE、法國(guó)的TVG、西班牙的AVE以及英國(guó)的ART列車(chē)相繼投放市場(chǎng)。1990年前后，日本的新干線X300進(jìn)行高速試驗(yàn)，試驗(yàn)最高時(shí)速達(dá)到443km/h。

最近幾年來(lái)，我國(guó)高速鐵路事業(yè)蓬勃發(fā)展，在國(guó)際外交儼然成為一張耀眼名片，在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)屢屢刷新紀(jì)錄，在國(guó)際市場(chǎng)上簽回好多大單，截止到2007年4月18日，我國(guó)進(jìn)行了第六次大提速。

4 國(guó)內(nèi)外高速列車(chē)車(chē)輪新材料的開(kāi)發(fā)

4.1 日本

日本新干線列車(chē)車(chē)輪用的材料為STY80的高碳鋼，其中含碳量為0.6%-0.75%，在高速行駛時(shí)，抗裂損性能不夠。為了解決這個(gè)問(wèn)題，日本科研工作者又研發(fā)出了V2鋼即SVTY75-ZR，這種低碳加V鋼成分見(jiàn)表2。

從表中數(shù)據(jù)可以看出V2鋼將碳的含量由原來(lái)0.65%降到了0.55%。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)此種鋼的拉伸特性與STY80沒(méi)有明顯變化，但是可以明顯提高斷裂韌性和沖擊特性。法國(guó)Valdunes公司于1998年又研制出了一種新的鋼種，強(qiáng)度最大值為886MP而RST的強(qiáng)度極限范圍為860-980MP，沖擊功為24比RST的沖擊功15要大許多。而且研究結(jié)果也得出，一旦鋼中含碳量達(dá)到0.42%，車(chē)輪的的壽命就可以延長(zhǎng)3年。

4.2 中國(guó)

隨著列車(chē)速度一個(gè)一個(gè)被打破，我國(guó)對(duì)車(chē)輪材料也進(jìn)行了大量研究。2000年西安交通大學(xué)與馬鋼技術(shù)中心聯(lián)合研制了微合金車(chē)輪。這種剛含碳量比原來(lái)剛種降低，另外添加了合金元素，并用V進(jìn)行微合金化，試驗(yàn)表明，此種鋼各項(xiàng)性能都優(yōu)于原有鋼種。

4.3 歐洲

歐洲很早就提出用低碳微合金材料作為用鋼，并且制定了標(biāo)準(zhǔn)碳的含量，用于時(shí)速200km/h的車(chē)輪是1類(lèi)鋼像ER7和ERS，這兩類(lèi)鋼是被應(yīng)用最廣泛的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾考痪褪擒?chē)輪，但是近年來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、信息日新月異，對(duì)解決車(chē)輪磨損提出的挑戰(zhàn)屢屢創(chuàng)新高，所以必須開(kāi)發(fā)出一種質(zhì)量過(guò)硬的車(chē)輪材料才是王道。

當(dāng)然各國(guó)都在這方面進(jìn)行研究，而且都認(rèn)為只有提高材料的韌性才有助于提高材料的抗損傷性能，而提高材料韌性有必須適當(dāng)降低材料的含碳量，并且進(jìn)行微合金化。這樣在保證或者略微降低材料強(qiáng)度和硬度的情況下，大幅度提高車(chē)輪材料的韌性，從而可以提高車(chē)輪的抗損傷性能。這一思路對(duì)開(kāi)發(fā)新材料是一種啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張斌.鐵路車(chē)輪、輪箍踏面剝離的類(lèi)型及形成機(jī)理[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2001，22（02）：73-78.

[2]張斌，盧觀健.鐵路車(chē)輪、輪箍失效分析及圖譜的研究[M].鐵道部科學(xué)研究院研究報(bào)告，1999（06）.

[3]肖彥君.我國(guó)既有鐵路提速的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2000，

21（01）：9-17.

[4]日本規(guī)格協(xié)會(huì).鐵道車(chē)輛用一一體車(chē)輪一品質(zhì)要求（JISE5402-1）[S]，1998.

作者簡(jiǎn)介：王天威（1985-），男，山西太原人，研究生在讀，材料工程專(zhuān)業(yè)。