國內外高速列車車輪材料的研究動向

摘 要：高速列車的車輪是快速列車不可或缺的一部分，可以這么說車輪直接影響列車運行的安全性，穩定性。既然有這么重要的作用，世界范圍內的學者研究員對車輪材料的研究趨之若鶩，本文介紹了高速列車車輪磨損方式以及車輪新材料的研究方向。

關鍵詞：高速列車；車輪材料；研究方向

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

1 前言

在當下科學技術是第一生產力的啟發下，世界范圍內鐵路科學技術日新月異，各國都投入了大量的人力物力財力對鐵路運輸進行大量研究。我國目前鐵路也進行了大提速，目標也朝著早上出發晚上歸來，晚上出發早上就可以到達方向發展。目前基本可以和發達國家相媲美甚至超過某些發達國家。高速列車的車輪作為列車不可或缺的一部分將直接影響列車的安全性和穩定性，隨著列車的大提速，車輪踏面的剝離、裂損等對車輪的材料提出了很高的要求，各國對車輪材料研究進行了大量研究并取得了一定的進展。

2 車輪及其損傷

2.1 車輪

車輪主要有在列車中所起的作用是：①啟動和制動列車運行；②支撐列車的重量；③列車在制動時車輪可以吸收摩擦熱，而且還可以散熱。車輪從材料方面講，既要求高硬度、高強度和耐磨性，因為在車輪制動時，除與鐵軌接觸而產生摩擦而造成磨損和擦傷，還會產生熱裂紋。中高碳鋼是各國生產車輪的主要材料（如表1），里邊還添加了點微量元素像Mn 、Si等。

對于車輪來說，損傷是很常見的，但是也分好幾種類型，像剝離、磨損塑性變形、車輛裂紋以及幅板裂紋等。踏面剝離是高速列車車輪常見損傷。研究結果認為，造成這些損傷的因素是多方面的，有材料的潔凈度、車輪的使用環境、材料的性能因素相關。

3 鐵路的高速化

鐵路運輸和其他運輸方法相比有著明顯的特征。首先，鐵路運輸運量大，節省燃料。其次，對環境污染較少。所以世界范圍內，尤其發達國家都在大力發展本國鐵路事業。1964年10月左右，日本東海道新干線高速鐵路通車最高時速達210km/h。在這之后，德國的ICE、法國的TVG、西班牙的AVE以及英國的ART列車相繼投放市場。1990年前后，日本的新干線X300進行高速試驗，試驗最高時速達到443km/h。

最近幾年來，我國高速鐵路事業蓬勃發展，在國際外交儼然成為一張耀眼名片，在國內試驗屢屢刷新紀錄，在國際市場上簽回好多大單，截止到2007年4月18日，我國進行了第六次大提速。

4 國內外高速列車車輪新材料的開發

4.1 日本

日本新干線列車車輪用的材料為STY80的高碳鋼，其中含碳量為0.6%-0.75%，在高速行駛時，抗裂損性能不夠。為了解決這個問題，日本科研工作者又研發出了V2鋼即SVTY75-ZR，這種低碳加V鋼成分見表2。

從表中數據可以看出V2鋼將碳的含量由原來0.65%降到了0.55%。經過試驗此種鋼的拉伸特性與STY80沒有明顯變化，但是可以明顯提高斷裂韌性和沖擊特性。法國Valdunes公司于1998年又研制出了一種新的鋼種，強度最大值為886MP而RST的強度極限范圍為860-980MP，沖擊功為24比RST的沖擊功15要大許多。而且研究結果也得出，一旦鋼中含碳量達到0.42%，車輪的的壽命就可以延長3年。

4.2 中國

隨著列車速度一個一個被打破，我國對車輪材料也進行了大量研究。2000年西安交通大學與馬鋼技術中心聯合研制了微合金車輪。這種剛含碳量比原來剛種降低，另外添加了合金元素，并用V進行微合金化，試驗表明，此種鋼各項性能都優于原有鋼種。

4.3 歐洲

歐洲很早就提出用低碳微合金材料作為用鋼，并且制定了標準碳的含量，用于時速200km/h的車輪是1類鋼像ER7和ERS，這兩類鋼是被應用最廣泛的。

5 結語

綜上所述，鐵路運輸的重要部件之一就是車輪，但是近年來經濟、社會、信息日新月異，對解決車輪磨損提出的挑戰屢屢創新高，所以必須開發出一種質量過硬的車輪材料才是王道。

當然各國都在這方面進行研究，而且都認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降低材料的含碳量，并且進行微合金化。這樣在保證或者略微降低材料強度和硬度的情況下，大幅度提高車輪材料的韌性，從而可以提高車輪的抗損傷性能。這一思路對開發新材料是一種啟發。

參考文獻：

[1]張斌.鐵路車輪、輪箍踏面剝離的類型及形成機理[J].中國鐵道科學，2001，22（02）：73-78.

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

[3]肖彥君.我國既有鐵路提速的試驗研究[J].中國鐵道科學，2000，

21（01）：9-17.

[4]日本規格協會.鐵道車輛用一一體車輪一品質要求（JISE5402-1）[S]，1998.

作者簡介：王天威（1985-），男，山西太原人，研究生在讀，材料工程專業。