打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
【钢报】中国铁路用关键钢铁材料的现状及技术分析

一、钢轨

轨是轨道交通的重要组成部分。为了满足中国建设世界一流高速铁路的需要,近年来中国钢轨生产企业花巨资完成了现代化技术改造。除此之外,伴随着中国铁路的发展,钢轨从单重、轨头廓形、定尺长度到材质等方面均取得长足进步,以适应不同运行条件对钢轨的需求。

1、中国钢轨技术现状

1.1钢轨生产设备与工艺

中国钢轨生产企业主要有攀钢、鞍钢、包钢、武钢和邯钢5家。

经过技术改造后,钢厂的主要生产设备包括顶底复吹转炉、炉外精炼、真空处理炉、大方坯连铸机、万能轧制机组、复合矫直机、钢轨在线检测中心和联合机床等,采用先进的连铸、万能轧制等生产工艺,具有国际先进水平,具备了现代化钢轨生产能力,可满足生产中国高速、重载铁路等高档次钢轨的需要。

1.2钢种的研发和使用

中国早期使用的钢轨为碳素钢轨,强度级别为780MPa。随着铁路运输轴重的不断加大,运行速度、密度不断增高,碳素钢轨的含碳量也逐渐提高,强度不断增大。同时,微合金化在线热处理技术也得到发展。

中国铁路业通过与冶金业的共同努力,钢轨材质从880MPa级到1300MPa级,已形成系列。轨型有50kg/m,60kg/m(包括60N)和75kg/m(包括75N),基本满足高速、重载、客货混运等不同的运输条件对钢轨的需求。

由于珠光体型钢轨已经接近研发极限,铁科院于20世纪90年代与鞍钢合作成功开发出Si-Cr-Mn-Mo系贝氏体钢轨,目前已在线路上铺设使用。由于贝氏体钢强韧性能兼备,已在中国道岔上广泛应用。质量稳定的贝氏体钢辙叉的寿命达到高锰钢的2~4倍。

近几年,中国又开发出含碳量0.90%~1.0%的过共析钢轨,目前正在郑州铁路局货运线路小半径曲线上进行使用考核。预计过共析钢轨耐磨性能将比1280 MPa级热处理钢轨提高20%以上。

1.3钢轨消费总量

近5年来(2011年~2015年),国内钢厂向中国铁路供轨约1389万吨,其中普速钢轨958万吨、高速轨395万吨,道岔用非对称断面钢轨36万吨;2013年和2014年供应量超过300万吨,其他年份约为200~280万吨。各钢厂每年还有部分钢轨出口。

 2、国内外钢轨生产与技术情况 

目前,世界上主要的钢轨生产厂有Hayange(法国)、新日铁和钢管公司(日本)、奥钢联(奥地利)、蒂森(德国),以及比莱钢铁公司(印度)等。

奥钢联、新日铁均在20世纪80年代就成功开发出在线热处理钢轨;英国、美国、德国、日本、奥地利等国也相继开发出高强度高韧性贝氏体钢轨,用于道岔部件及重载铁路小半径曲线。

日本于2006年开展了过共析珠光体钢轨的研究,通过热处理,钢轨轨面硬度最高达到450HB,2008年起,过共析珠光体钢轨在北美重载铁路线上广泛铺设,至今已累计使用200万吨以上。 

3、国内外钢轨实物性能比较 

2012年,结合原铁道部项目“高速铁路钢轨质量评估”,对国产U75VG和U71MnG钢轨、法国和奥地利钢厂产同类产品的性能指标进行了对比分析。

结果表明:总体上中国钢轨实物质量与国外先进国家钢轨的质量基本处于同一水平,其中,氢、氧、氮等气体含量略优于国外钢轨。

 4、国内外钢轨技术水平比较 

高速铁路用轨

中国高速铁路用钢轨的实物水平已处于国际先进地位,包括几何尺寸精度、平直度、外观质量等。

目前中国大陆修建的高速铁路全部使用国内自主研发生产的百米定尺钢轨。至2015年底,已生产和使用高速铁路用百米定尺钢轨500万吨以上。

重载铁路用轨

中国与国外先进水平存在的差距主要体现在重载铁路钢轨钢种的精细化研究方面。例如,日本开发的过共析珠光体SP3钢轨,碳含量为0.80%,但通过热处理,轨面硬度可达到450 HB,适用于侧磨比较严重的重载铁路小半径曲线。目前中国开发的过共析钢轨U95Cr,通过在线热处理后,轨面硬度可达到420 HB,但其碳含量大于0.90%。

 二、车轴 

车轴是直接关系到列车运行安全的重要部件之一,它的断裂将导致列车脱轨。高速、重载机车车辆车轴要保证在所规定的使用条件下,具有足够的安全性、可靠性和长的使用寿命。车轴用钢材应具有良好的疲劳强度,因此车轴钢材的冶金质量就显得十分重要。

为此,国外已开始较普遍地采用钢包脱气、真空冶炼等精炼方法生产车轴用钢,大幅度提高了精炼钢的疲劳强度和冲击性能。 

1、中国车轴技术现状 

——中国普通客车、货车车轴采用的主要钢种为LZ50中碳钢;

——机车车轴少量采用JZ45钢,以模铸居多,目前连铸工艺车轴钢坯也得到快速推广。

——动车组用空心车轴,则采用了中碳合金钢并进行调质处理的技术路线,目前国产车轴已在标动上使用。

针对重载运输快速发展的需要,国内研制开发了适用于30吨以上重载车辆的新材质车轴钢坯,采用微合金化路线,已经在大秦线上进行装车考核,运用效果良好。更大轴重车轴材料与世界重载发达国家相比,在性能等方面还有提升空间,需要进一步研究。

 2、国外车轴生产与技术情况 

日本采用普通碳素钢(如S38C)加表面中频淬火热处理工艺,相比欧洲采用合金钢加调质处理工艺而言,日本高速车轴原材料成本低,热处理工艺控制精度要求高。

欧洲高速车轴材料一般采用合金钢(如EA4T),通过采用正火+淬火+回火热处理及抛丸强化处理方法,提高车轴的疲劳性能。同时,通过对轮座表面喷涂涂层来提高轮座的抗磨损能力,延长车轴使用寿命。所以,欧洲高速车轴原材料成本高,而热处理工艺相对简单。

 三、轴承 

铁路列车轴箱轴承需要在高速、高接触应力和大冲击载荷状态下能够连续、稳定、可靠地工作,因此对轴承材料的可靠性、寿命、稳定性提出了更高要求。

 1、中国轴承技术现状题 

由于历史原因,中国铁路轴承用钢的冶炼方法一直被限定为电渣重溶。经过长期研究和积累,中国铁路总公司已于2006年组织制定了新的铁路货车轴承用钢技术条件,涵盖电渣重熔轴承钢和真空脱气轴承钢。

在普通机车车辆用轴承研究与制造领域,中国总体技术水平基本与世界先进水平相当。现阶段中国的高速铁路列车轴承正在开展国产化。

 2、国外轴承生产与技术情况 

随着列车运行速度的提高和载重的增加,各国广泛使用渗碳钢制造的圆锥滚子轴承。瑞典SKF公司、美国Timken公司、日本NSK公司和NTN公司等采用表面渗碳钢制作圆锥滚子轴承,有效地提高了轴承免维护运行里程及其安全可靠性。

长期以来,美国、日本、瑞典、德国等轴承生产强国均致力于开发先进的轴承设计、制造、密封性能以及润滑技术等,以满足铁路的使用要求,并在激烈的市场竞争中保持着领先地位。特别是在轴承的基础性研究、系统性研究和前瞻性研究等方面,这些国家均积累了丰富经验,这也是其保持技术领先的主要原因,我们应在这些方面尽快缩小差距。

 四、制动材料 

制动系统是列车安全可靠运行的基本保障,盘形制动则是确保高速列车安全最重要的措施之一,尤其是高速列车在其他安全措施出现故障时,只能依靠盘形制动作为安全可靠制动的最后保障。

作为盘形制动的2大关键元件——制动盘和制动闸片,其最基本的功能是吸收制动动能并将之转化为热能散发到空气中,在这个过程中,制动盘和闸片的材料、结构和性能不被破坏。

 1、制动盘 

目前国内外已开发出3大类制动盘,即铸(锻)钢制动盘、铝基复合材料制动盘和C/C复合材料制动盘。目前,高速列车制动盘主要采用钢质制动盘。

日本以Ni-Cr合金化方式,研究开发的锻钢制动盘可用于275km/h;

德国以Cr-Ni-Mo合金化方式,研究开发的铸钢制动盘可适用于350km/h。

中国通过对日本和欧洲高速客车钢制动盘材料的研究,初步掌握了钢制动盘的制造技术,已基本实现国产化。

 2、制动闸片 

国外开发的高速列车盘形制动用闸片主要包括树脂基闸片和粉末冶金闸片2类,使用最多的是铜基粉末冶金闸片。

粉末冶金闸片分铁基和铜基2种。日本的新干线、法国的TGV和德国的ICE高速列车,均采用铜基粉末冶金闸片。中国自主研制和生产的铜基粉末冶金闸片,与国际先进水平之间的差距越来越小,已基本能满足300 km/h以下速度紧急制动的要求。

为了满足350 km/h以上速度紧急制动的要求,在闸片材料的理论设计方面,更需要进行基础研究,尤其是摩擦性能的影响因数、机理、实现途径等方面要有所突破。(

为了满足350 km/h以上速度紧急制动的要求,在闸片材料的理论设计方面,更需要进行基础研究,尤其是摩擦性能的影响因数、机理、实现途径等方面要有所突破。(来源:铁诺钢铁内参

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
区分锻造螺纹、热处理裂纹、原材料裂纹的方法
高铁弹簧钢项目获得重大突破 南方汇通参与研制
重载运输车轴疲劳分析
2008年国内铁路用钢市场看好
科技新进展:贝氏体钢轨及辙叉轨
JFE钢轨用钢产品的研发应用
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服