高铁轮轨钢的发展及高速下的轮轨损伤＊

莫 贝，燕青芝，王 晔

（北京科技大学 材料学院，北京100083）

高速铁路凭借其安全、运行速度快、运输能力大、受气候变化影响小、能耗低、对环境影响小和经济效益好等优点在现代交通运输中占有重要的地位。研究结果表明［1］，运行速度超过120 km／h后，列车的动力学条件发生显著变化，随着列车运行速度的提高，车轮与钢轨之间的磨损加剧，并且在高速列车的制动过程中，产生大量的摩擦热，加剧了车轮和钢轨因疲劳、剥离等引发的失效问题［2］，给高速列车的安全运行带来极大的隐患，甚至发生安全事故，同时增加了铁路检修成本。现代高铁对轮轨材料提出了更高的要求，更高的耐磨性以及抵抗热疲劳和接触疲劳的性能。

1 国内外高速列车轮轨用钢的发展

1.1 国内外车轮钢的发展

早期欧洲各国的高速车轮用钢普遍采用UIC 812－3标准的R7钢。R7钢属中碳系铁素体—珠光体钢，其室温断裂韧性为KIC≈75 MPa·m1／2，在－60～－20℃的低温下，其KIC稳定在60 MPa·m1／2以上。为了进一步提高其断裂韧性，Valdunes公司对R7钢的成分进行了调整，碳含量由原来的0.52%降到0.50%以下，Cr的含量由0.25%提到0.30%，并填加少量的Al、Cu合金元素进行强化，S、P含量控制在≤0.020%；经成分调整后，轮辋的室温断裂韧性超过85 MPa·m1／2，而抗拉强度由原来的860～940 MPa降低到860～900 MPa，只有轻微降低。目前欧洲国家的车轮钢主要使用ER7钢。ER7对S、P等有害元素的控制非常严格，其含量远低于钢R7［3］。

日本早期高速车轮材料为碳素钢，牌号为SSW。SSW高速车轮钢碳含量为0.60%～0.75%，其KIC（0℃）＜50 MPa·m1／2。日本研究者为提高车轮的抗裂损性能，开发了 V2钢［4］，加入0.18%～0.21%的 V，同时将C含量由原来的约0.65%下降到0.55%，从而使钢的冲击韧性和断裂韧性值显著提高，也相应提高了车轮钢抗裂损性能。……