国内外高速列车车轮材料的研究动向

2018-10-31王天威

山东工业技术 2018年18期

摘要：高速列车的车轮是快速列车不可或缺的一部分，可以这么说车轮直接影响列车运行的安全性，稳定性。既然有这么重要的作用，世界范围内的学者研究员对车轮材料的研究趋之若鹜，本文介绍了高速列车车轮磨损方式以及车轮新材料的研究方向。

关键词：高速列车；车轮材料；研究方向

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

1 前言

在当下科学技术是第一生产力的启发下，世界范围内铁路科学技术日新月异，各国都投入了大量的人力物力财力对铁路运输进行大量研究。我国目前铁路也进行了大提速，目标也朝着早上出发晚上归来，晚上出发早上就可以到达方向发展。目前基本可以和发达国家相媲美甚至超过某些发达国家。高速列车的车轮作为列车不可或缺的一部分将直接影响列车的安全性和稳定性，随着列车的大提速，车轮踏面的剥离、裂损等对车轮的材料提出了很高的要求，各国对车轮材料研究进行了大量研究并取得了一定的进展。

2 车轮及其损伤

2.1 车轮

车轮主要有在列车中所起的作用是：①启动和制动列车运行；②支撑列车的重量；③列车在制动时车轮可以吸收摩擦热，而且还可以散热。车轮从材料方面讲，既要求高硬度、高强度和耐磨性，因為在车轮制动时，除与铁轨接触而产生摩擦而造成磨损和擦伤，还会产生热裂纹。中高碳钢是各国生产车轮的主要材料（如表1），里边还添加了点微量元素像Mn 、Si等。

对于车轮来说，损伤是很常见的，但是也分好几种类型，像剥离、磨损塑性变形、车辆裂纹以及幅板裂纹等。踏面剥离是高速列车车轮常见损伤。研究结果认为，造成这些损伤的因素是多方面的，有材料的洁净度、车轮的使用环境、材料的性能因素相关。

3 铁路的高速化

铁路运输和其他运输方法相比有着明显的特征。首先，铁路运输运量大，节省燃料。其次，对环境污染较少。所以世界范围内，尤其发达国家都在大力发展本国铁路事业。1964年10月左右，日本东海道新干线高速铁路通车最高时速达210km/h。在这之后，德国的ICE、法国的TVG、西班牙的AVE以及英国的ART列车相继投放市场。1990年前后，日本的新干线X300进行高速试验，试验最高时速达到443km/h。

最近几年来，我国高速铁路事业蓬勃发展，在国际外交俨然成为一张耀眼名片，在国内试验屡屡刷新纪录，在国际市场上签回好多大单，截止到2007年4月18日，我国进行了第六次大提速。

4 国内外高速列车车轮新材料的开发

4.1 日本

日本新干线列车车轮用的材料为STY80的高碳钢，其中含碳量为0.6%-0.75%，在高速行驶时，抗裂损性能不够。为了解决这个问题，日本科研工作者又研发出了V2钢即SVTY75-ZR，这种低碳加V钢成分见表2。

从表中数据可以看出V2钢将碳的含量由原来0.65%降到了0.55%。经过试验此种钢的拉伸特性与STY80没有明显变化，但是可以明显提高断裂韧性和冲击特性。法国Valdunes公司于1998年又研制出了一种新的钢种，强度最大值为886MP而RST的强度极限范围为860-980MP，冲击功为24比RST的冲击功15要大许多。而且研究结果也得出，一旦钢中含碳量达到0.42%，车轮的的寿命就可以延长3年。

4.2 中国

随着列车速度一个一个被打破，我国对车轮材料也进行了大量研究。2000年西安交通大学与马钢技术中心联合研制了微合金车轮。这种刚含碳量比原来刚种降低，另外添加了合金元素，并用V进行微合金化，试验表明，此种钢各项性能都优于原有钢种。

4.3 欧洲

欧洲很早就提出用低碳微合金材料作为用钢，并且制定了标准碳的含量，用于时速200km/h的车轮是1类钢像ER7和ERS，这两类钢是被应用最广泛的。

5 结语

综上所述，铁路运输的重要部件之一就是车轮，但是近年来经济、社会、信息日新月异，对解决车轮磨损提出的挑战屡屡创新高，所以必须开发出一种质量过硬的车轮材料才是王道。

当然各国都在这方面进行研究，而且都认为只有提高材料的韧性才有助于提高材料的抗损伤性能，而提高材料韧性有必须适当降低材料的含碳量，并且进行微合金化。这样在保证或者略微降低材料强度和硬度的情况下，大幅度提高车轮材料的韧性，从而可以提高车轮的抗损伤性能。这一思路对开发新材料是一种启发。

参考文献：

[1]张斌.铁路车轮、轮箍踏面剥离的类型及形成机理[J].中国铁道科学，2001，22（02）：73-78.

[2]张斌，卢观健.铁路车轮、轮箍失效分析及图谱的研究[M].铁道部科学研究院研究报告，1999（06）.

[3]肖彦君.我国既有铁路提速的试验研究[J].中国铁道科学，2000，

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