日本、欧洲铁路车辆用钢新动态

　　铁路主要用于大宗货物的长途运输,其耗能仅为汽车运输耗能的1/2,并且燃料种类多样化,因此成为交通运输业发展的重点。而从日本和欧洲的钢轨、车辆车体、车轮和车轴来看,钢铁材料仍是其主要用材,目前他们在提升用钢性能和材质以保证铁路交通安全方面也开展了一些新的研究。
　　
　　车轮用钢技术发展
　　
　　车轮的材质一般为普钢,从世界标准的含碳量来看,从低碳钢的0.5%以下到高碳钢的0.7%以上,波幅较大。在含碳量的选择方面,其主要决定依据是耐刹车瞬时热性和接触面的耐蚀性。从这两种性能看,含碳量有相反的作用。即含碳量下降可抑制热开裂,但摩擦呈加大倾向。究竟选择何种含碳量,各国随国情而不同。在日本,全国新干线用的车轮只采用含碳量为0.60%~0.75%的钢种,属于高碳钢,主要是从耐摩擦性而选定。日本铁路部门的维修工作极为细致,在防止异常刹车和早期发现开裂方面工作出色,这也成为选定高碳钢的另一原因。
　　
　　对海外矿石运输货车用载重非常大的车轮用材,日本正在研究改用Cr、Mo合金钢等低合金钢种。此类大载重货车的车轮表面易受接触应力而产生剥离,有时甚至破损,因此要提高淬火性,使得高硬度达到更深的位置。另外,当内部有非金属夹杂等缺陷时,在大接触载重下易产生内部开裂,因此要通过严格的超声波探伤来防止。
　　
　　车轴用钢技术发展
　　
　　在标准中仍用碳钢和低合金钢(Cr、Mo钢等)作为车轴用钢。在欧洲,驱动轴用低合金钢、非驱动轴用碳钢的场合较多,但不完全一致。在日本,标准内规定仅用碳钢,但热处理方法多样,除正火、淬火、回火外还有高频淬火。按JIS标准,高频淬火嵌合部车轴的设计允许应力为147MPa,是淬火回火车轴设计允许应力108MPa的1.36倍。
　　
　　有关车轴的材料强度方面,近年来以欧洲为中心开展的研究课题为“通过开裂进展的预测以使检测周期Z佳化”。这是针对近年欧洲多地发生车轴折损事故,为保证同类车轴在运行中的安全而开展的研究。
　　
　　过去车轴的材料设计以不发生开裂为标准,即以无限寿命设计为前提。但折损事故的不断发生,使得研究思路得以改变,并在研究中引入了破坏力学,因而又开展了“初期开裂发生下走形多远而不折损”的研究。这一研究是为了确定已经走行车辆的必要检修周期。这一思路使得“只要频繁检查即可良好控制”的新概念应运而生。尽管新设计中这一思路难以很快被采用,但此种方法可以降低对车轴强度的要求,从而使研究者产生了浓厚的兴趣。
　　
　　轴承的新技术动向
　　
　　确保铁路车辆用轴承的可靠性非常重要。钢材中的非金属夹杂物成为轴承破损的主要原因,因此对夹杂物的评价和生产管理很重要。随着图像解析法等材料清洁度评价技术水平的提高,对高洁净度钢生产起到了更好的推动作用。作为有关夹杂物的生产管理,特别是要求高可靠性的日本新干线车轴用轴承,钢材生产厂的检查加上轴承厂用超声波探伤法对成品进行的全面检查正在实施。另外,欧洲已经对超声波检查标准化(EN12080),日本也在研发用高频纵波超声波的垂直探伤等高精度探伤法。
　　
　　轴承的破坏形态有起点于内部和表面两种,对车轴和驱动装置用轴承的疲劳点用X射线检查结果均为表面疲劳。对其破坏因素查明的结果表明,不仅是载重,还有硬物、润滑状态、材料和氢的多种影响,有关氢对机械性能的影响和机理正在研究中。