提高铁路客车用KKD车轮抗早期踏面剥离性能的生产实践*

陈 刚，高建民，丛 韬，张玉卓，钟 斌，张关震，江 波

（1 马鞍山钢铁股份有限公司 技术中心，安徽马鞍山243000；2 呼和浩特铁路局 包头车辆段，内蒙古包头014000；3 中国铁道科学研究院 金属及化学研究所，北京100083）

提高铁路客车用KKD车轮抗早期踏面剥离性能的生产实践*

陈 刚1，高建民2，丛 韬3，张玉卓2，钟 斌1，张关震3，江 波1

（1 马鞍山钢铁股份有限公司 技术中心，安徽马鞍山243000；2 呼和浩特铁路局 包头车辆段，内蒙古包头014000；3 中国铁道科学研究院 金属及化学研究所，北京100083）

针对国内某车辆段客车用KKD车车轮踏面剥离的特点，采用研、用相结合的方法，形成了通过改善车轮踏面表层状态而降低踏面剥离发生率的技术思路，开发出相应的工艺改进措施，运用实践表明，新造KKD客车车轮踏面剥离发生率得到有效降低。

KKD客车车轮；抗剥离；工艺实践

踏面剥离是铁路车轮运用过程中常见的表面损伤，既增大维修工作量，又降低使用寿命，由于其成因复杂、影响因素众多，一直是困扰铁路用户的常发性、多发性问题。北美铁路因踏面剥离而更换轮对所造成的损失每年高达约1.5亿美元［1］。我国铁路客运全面提速后，车轮踏面剥离发生率急剧上升［2］，以国内某车辆段客车为例，2010年因踏面剥离而退修的轮对占当年总使用量的比例高达20%，可见，减少踏面剥离问题具有积极意义。

鉴于该车辆段客车用KKD车轮的踏面剥离问题具有典型性，马鞍山钢铁股份有限公司与该车辆段密切合作，采用研、用相结合的方法，开发出相应的工艺改进措施，并进行了运用实践。

1 国内某车辆段客车车轮踏面剥离概况

国内某车辆段2010年配属客车1 418辆，因故障而退修的轮对占总使用量的25%，因踏面剥离而退修的轮对占其中的80%，占总使用量的20%，新造车轮踏面剥离发生率明显高于已旋修车轮，旋修后踏面剥离发生率明显降低，踏面剥离典型宏观形貌见图1，可见，改善新造车轮的早期踏面剥离问题，将使车轮踏面剥离问题的总体态势大为改观。

2 新造车轮早期踏面剥离的原因分析

新造车轮易于产生早期剥离、而旋修后剥离问题大为改善的现象在国内外均已受到注意［3］。2003年中国铁道科学研究院在进行“车轮轮箍踏面剥离调研”时发现，无论机车车轮、客车车轮和货车车轮，新车轮使用过程中发生“早期剥离”的问题非常普遍，而经过一次旋修后剥离发生率明显降低。在国外，有些铁路用户已针对“早期剥离”现象对车轮表面状态提出了一些要求，如车轮踏面不得有超过一定数量的非珠光体组织，其理由为一定数量的非珠光体组织硬且脆，易于在运用早期导致踏面剥离。

一般来说，一次旋修后车轮踏面约对应新造车轮踏面下5～10 mm，常规车轮热处理工艺决定了新造车轮与一次旋修后车轮在踏面表层状态上必然存在差异，因此，这种差异可能是导致早期踏面剥离问题的重要影响因素之一。

国内外常规车轮热处理工艺均采用踏面表面喷水强化冷却方式［4］，因此，不同生产厂制造的车轮，踏面下组织、硬度的变化规律是基本一致的。

车轮喷水冷却过程中，由踏面向内冷却速度急剧降低，轮辋内部冷却速度变化变缓，踏面下10 mm以内的冷却速度与轮辋内部相差较大，而一次旋修车轮踏面约对应新造车轮踏面下5～10 mm，正好处于冷却速度急剧变化的区域，由此冷却特性和车轮材料的相变特性所决定，一方面踏面表层组织分布存在差异，新造车轮踏面表层存在5～7 mm深的贝氏体＋珠光体复合组织层，而一次旋修车轮主要以珠光体组织为主，见图2所示，另一方面由于组织状态的差异导致硬度梯度存在明显差异，新造车轮踏面表层硬度梯度陡峭，而一次旋修车轮硬度梯度变化平缓，硬度梯度分布见图3所示。

因此，如能使新造车轮踏面表层状态与一次旋修后车轮的踏面表层状态相近，应能在减少车轮早期踏面剥离问题上有所作为。

3 工艺改进实践及其效果

根据对新造车轮早期踏面剥离原因的分析，将车轮热处理工艺确定为工艺实践改进重点，采用了一种新型车轮热处理专利技术［5］，通过控制车轮热处理喷水冷却速度，使车轮踏面表层5～10 mm以内的金属只发生珠光体—铁素体转变，而不发生贝氏体转变，使新造车轮踏面表层状态与一次旋修车轮踏面表层状态相近，以达到提高车轮踏面剥离性能的目的。

2011年以来，采用这一工艺改进措施分两批次为该车辆段完成了共912件KKD车轮的批量试制。车轮踏面下硬度分布见图4，踏面表层低硬度区为珠光体＋铁素体组织，珠光体组织较粗，铁素体含量较高，见图5，该区域金属精加工后可去除；距踏面约4 mm以下的区域硬度分布均匀，组织为细珠光体＋少量铁素体组织，见图6，与常规热处理工艺相比该处组织明显不同，见图7。

可见，采用改进的工艺可使新造车轮的踏面表层为一致的珠光体—铁素体组织，具有良好的硬度均匀性，踏面表层状态明显改善。

4 运用效果评价

2010年8月首批112件KKD新造客车车轮装备在该车辆段共14辆25K型140 km/h客车上投入运用，该车辆段提供的跟踪数据表明，该批车轮持续运用时间已达1～2年，运用里程达40～69万km，平均运用里程超过51万km，运用情况稳定，仅有1条轮对出现轻微踏面剥离，踏面剥离发生率仅为1.79%，而同期运用的共64辆25K型客车车轮踏面剥离频发，2010～2012年车轮踏面剥离发生率见表1，可见，工艺改进措施取得了实际效果。

2013年2月起第2批760件KKD新造客车车轮陆续在该车辆段投入运用，目前已部分装备在2辆25K型140 km/h客车和11辆25G型120 km/h客车上投入商业运营，持续运用时间3～8个月，运用里程达12～41万km，平均运用里程超过22万km，运用情况稳定。

5 结束语

新造车轮易于产生早期剥离，而旋修后剥离问题大为改善的现象在国内外均已受到注意。常规车轮热处理工艺决定了新造车轮与一次旋修后车轮在踏面表层状态上必然存在差异。为此，马钢开发了一种新型车轮热处理专利技术并得到了实际应用，从运用效果看，可有效降低客车用新造KKD车轮早期剥离的发生率，使车轮踏面剥离问题的总体态势大为改观。

［1］ J.Sun，K.J.Sawley，D.H.Stone.Progress in the Reduction of Wheel Spalling［C］.12th International Wheelset Congress.Qingdao，China，1998.

［2］ 张 斌，付秀琴，张 弘，等.机车车辆车轮踏面剥离现状及其分析［J］.铁道车辆，2005，43（5）：1-5.

［3］ 张 弘，张 斌，王振刚，等.车轮早期剥离现象及成因初探［J］.铁道机车车辆，2006，26（3）：18-19.

［4］ 蔡 钊.整体辗钢车轮传统热处理工艺分析与展望［J］.轧钢，1990，（5）：48-52.

［5］ 陈 刚，王世付，江 波，等.高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法及热处理装置：中国，CN200810020421.5［P］.2010-06-02

Production Practice to Improve the Early Stage Tread Peeling Resistance of KKD-type Passenger Car Wheel

CHEN Gang1，GAO Jianmin2，CONG Tao3，ZHANG Yuzhuo2，
ZHONG Bin1，ZHANGGuanzhen3，JIANG Bo1
（1 Technology Center of Maanshan Iron＆Steel Co.，Ltd.，Maanshan 243000 Anhui，China；2 Baotou Depot，Hohhot Railway Bureau，Baotou 014000 Neimenggu，China；3 Metal＆Chemical Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100083，China）

Aiming at the tread peeling characteristics of KKD-type passenger car wheels used in Baotou Depot，the technical idea of reducing the tread peeling rate through improving the tread sub-surface status is formed by using the combination method of research and application.The corresponding process improving measures are developed and applied.The practice shows that tread peeling rate of newly-manufactured KKD-type wheels is effectively reduced.

KKD-type passenger car wheel；peeling resistance；process practice

U271.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.26

1008－7842（2014）06－0102－03

*安徽省科技计划项目（11Z0101022）；铁道部科技研究开发计划项目（2012J006-E）

�）男，高级工程师（

2014-04-26）