一、鋼軌

軌是軌道交通的重要組成部分。為了滿足中國建設(shè)世界一流高速鐵路的需要，近年來中國鋼軌生產(chǎn)企業(yè)花巨資完成了現(xiàn)代化技術(shù)改造。除此之外，伴隨著中國鐵路的發(fā)展，鋼軌從單重、軌頭廓形、定尺長度到材質(zhì)等方面均取得長足進(jìn)步，以適應(yīng)不同運(yùn)行條件對鋼軌的需求。

1、中國鋼軌技術(shù)現(xiàn)狀

1.1鋼軌生產(chǎn)設(shè)備與工藝

中國鋼軌生產(chǎn)企業(yè)主要有攀鋼、鞍鋼、包鋼、武鋼和邯鋼5家。

經(jīng)過技術(shù)改造后，鋼廠的主要生產(chǎn)設(shè)備包括頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、真空處理爐、大方坯連鑄機(jī)、萬能軋制機(jī)組、復(fù)合矯直機(jī)、鋼軌在線檢測中心和聯(lián)合機(jī)床等，采用先進(jìn)的連鑄、萬能軋制等生產(chǎn)工藝，具有國際先進(jìn)水平，具備了現(xiàn)代化鋼軌生產(chǎn)能力，可滿足生產(chǎn)中國高速、重載鐵路等高檔次鋼軌的需要。

1.2鋼種的研發(fā)和使用

中國早期使用的鋼軌為碳素鋼軌，強(qiáng)度級別為780MPa。隨著鐵路運(yùn)輸軸重的不斷加大，運(yùn)行速度、密度不斷增高，碳素鋼軌的含碳量也逐漸提高，強(qiáng)度不斷增大。同時，微合金化在線熱處理技術(shù)也得到發(fā)展。

中國鐵路業(yè)通過與冶金業(yè)的共同努力，鋼軌材質(zhì)從880MPa級到1300MPa級，已形成系列。軌型有50kg/m，60kg/m（包括60N）和75kg/m（包括75N），基本滿足高速、重載、客貨混運(yùn)等不同的運(yùn)輸條件對鋼軌的需求。

由于珠光體型鋼軌已經(jīng)接近研發(fā)極限，鐵科院于20世紀(jì)90年代與鞍鋼合作成功開發(fā)出Si-Cr-Mn-Mo系貝氏體鋼軌，目前已在線路上鋪設(shè)使用。由于貝氏體鋼強(qiáng)韌性能兼?zhèn)?，已在中國道岔上廣泛應(yīng)用。質(zhì)量穩(wěn)定的貝氏體鋼轍叉的壽命達(dá)到高錳鋼的2~4倍。

近幾年，中國又開發(fā)出含碳量0.90%~1.0%的過共析鋼軌，目前正在鄭州鐵路局貨運(yùn)線路小半徑曲線上進(jìn)行使用考核。預(yù)計(jì)過共析鋼軌耐磨性能將比1280 MPa級熱處理鋼軌提高20%以上。

1.3鋼軌消費(fèi)總量

近5年來（2011年~2015年），國內(nèi)鋼廠向中國鐵路供軌約1389萬噸，其中普速鋼軌958萬噸、高速軌395萬噸，道岔用非對稱斷面鋼軌36萬噸；2013年和2014年供應(yīng)量超過300萬噸，其他年份約為200~280萬噸。各鋼廠每年還有部分鋼軌出口。

 2、國內(nèi)外鋼軌生產(chǎn)與技術(shù)情況 

目前，世界上主要的鋼軌生產(chǎn)廠有Hayange（法國）、新日鐵和鋼管公司（日本）、奧鋼聯(lián)（奧地利）、蒂森（德國），以及比萊鋼鐵公司（印度）等。

奧鋼聯(lián)、新日鐵均在20世紀(jì)80年代就成功開發(fā)出在線熱處理鋼軌；英國、美國、德國、日本、奧地利等國也相繼開發(fā)出高強(qiáng)度高韌性貝氏體鋼軌，用于道岔部件及重載鐵路小半徑曲線。

日本于2006年開展了過共析珠光體鋼軌的研究，通過熱處理，鋼軌軌面硬度最高達(dá)到450HB，2008年起，過共析珠光體鋼軌在北美重載鐵路線上廣泛鋪設(shè)，至今已累計(jì)使用200萬噸以上。 

3、國內(nèi)外鋼軌實(shí)物性能比較 

2012年，結(jié)合原鐵道部項(xiàng)目“高速鐵路鋼軌質(zhì)量評估”，對國產(chǎn)U75VG和U71MnG鋼軌、法國和奧地利鋼廠產(chǎn)同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)進(jìn)行了對比分析。

結(jié)果表明：總體上中國鋼軌實(shí)物質(zhì)量與國外先進(jìn)國家鋼軌的質(zhì)量基本處于同一水平，其中，氫、氧、氮等氣體含量略優(yōu)于國外鋼軌。

 4、國內(nèi)外鋼軌技術(shù)水平比較 

高速鐵路用軌

中國高速鐵路用鋼軌的實(shí)物水平已處于國際先進(jìn)地位，包括幾何尺寸精度、平直度、外觀質(zhì)量等。

目前中國大陸修建的高速鐵路全部使用國內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的百米定尺鋼軌。至2015年底，已生產(chǎn)和使用高速鐵路用百米定尺鋼軌500萬噸以上。

重載鐵路用軌

中國與國外先進(jìn)水平存在的差距主要體現(xiàn)在重載鐵路鋼軌鋼種的精細(xì)化研究方面。例如，日本開發(fā)的過共析珠光體SP3鋼軌，碳含量為0.80%，但通過熱處理，軌面硬度可達(dá)到450 HB，適用于側(cè)磨比較嚴(yán)重的重載鐵路小半徑曲線。目前中國開發(fā)的過共析鋼軌U95Cr，通過在線熱處理后，軌面硬度可達(dá)到420 HB，但其碳含量大于0.90%。

 二、車軸 

車軸是直接關(guān)系到列車運(yùn)行安全的重要部件之一，它的斷裂將導(dǎo)致列車脫軌。高速、重載機(jī)車車輛車軸要保證在所規(guī)定的使用條件下，具有足夠的安全性、可靠性和長的使用壽命。車軸用鋼材應(yīng)具有良好的疲勞強(qiáng)度，因此車軸鋼材的冶金質(zhì)量就顯得十分重要。

為此，國外已開始較普遍地采用鋼包脫氣、真空冶煉等精煉方法生產(chǎn)車軸用鋼，大幅度提高了精煉鋼的疲勞強(qiáng)度和沖擊性能。 

1、中國車軸技術(shù)現(xiàn)狀 

——中國普通客車、貨車車軸采用的主要鋼種為LZ50中碳鋼；

——機(jī)車車軸少量采用JZ45鋼，以模鑄居多，目前連鑄工藝車軸鋼坯也得到快速推廣。

——動車組用空心車軸，則采用了中碳合金鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的技術(shù)路線，目前國產(chǎn)車軸已在標(biāo)動上使用。

針對重載運(yùn)輸快速發(fā)展的需要，國內(nèi)研制開發(fā)了適用于30噸以上重載車輛的新材質(zhì)車軸鋼坯，采用微合金化路線，已經(jīng)在大秦線上進(jìn)行裝車考核，運(yùn)用效果良好。更大軸重車軸材料與世界重載發(fā)達(dá)國家相比，在性能等方面還有提升空間，需要進(jìn)一步研究。

 2、國外車軸生產(chǎn)與技術(shù)情況 

日本采用普通碳素鋼（如S38C）加表面中頻淬火熱處理工藝，相比歐洲采用合金鋼加調(diào)質(zhì)處理工藝而言，日本高速車軸原材料成本低，熱處理工藝控制精度要求高。

歐洲高速車軸材料一般采用合金鋼（如EA4T），通過采用正火+淬火+回火熱處理及拋丸強(qiáng)化處理方法，提高車軸的疲勞性能。同時，通過對輪座表面噴涂涂層來提高輪座的抗磨損能力，延長車軸使用壽命。所以，歐洲高速車軸原材料成本高，而熱處理工藝相對簡單。

 三、軸承 

鐵路列車軸箱軸承需要在高速、高接觸應(yīng)力和大沖擊載荷狀態(tài)下能夠連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地工作，因此對軸承材料的可靠性、壽命、穩(wěn)定性提出了更高要求。

 1、中國軸承技術(shù)現(xiàn)狀題 

由于歷史原因，中國鐵路軸承用鋼的冶煉方法一直被限定為電渣重溶。經(jīng)過長期研究和積累，中國鐵路總公司已于2006年組織制定了新的鐵路貨車軸承用鋼技術(shù)條件，涵蓋電渣重熔軸承鋼和真空脫氣軸承鋼。

在普通機(jī)車車輛用軸承研究與制造領(lǐng)域，中國總體技術(shù)水平基本與世界先進(jìn)水平相當(dāng)?，F(xiàn)階段中國的高速鐵路列車軸承正在開展國產(chǎn)化。

 2、國外軸承生產(chǎn)與技術(shù)情況 

隨著列車運(yùn)行速度的提高和載重的增加，各國廣泛使用滲碳鋼制造的圓錐滾子軸承。瑞典SKF公司、美國Timken公司、日本NSK公司和NTN公司等采用表面滲碳鋼制作圓錐滾子軸承，有效地提高了軸承免維護(hù)運(yùn)行里程及其安全可靠性。

長期以來，美國、日本、瑞典、德國等軸承生產(chǎn)強(qiáng)國均致力于開發(fā)先進(jìn)的軸承設(shè)計(jì)、制造、密封性能以及潤滑技術(shù)等，以滿足鐵路的使用要求，并在激烈的市場競爭中保持著領(lǐng)先地位。特別是在軸承的基礎(chǔ)性研究、系統(tǒng)性研究和前瞻性研究等方面，這些國家均積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，這也是其保持技術(shù)領(lǐng)先的主要原因，我們應(yīng)在這些方面盡快縮小差距。

 四、制動材料 

制動系統(tǒng)是列車安全可靠運(yùn)行的基本保障，盤形制動則是確保高速列車安全最重要的措施之一，尤其是高速列車在其他安全措施出現(xiàn)故障時，只能依靠盤形制動作為安全可靠制動的最后保障。

作為盤形制動的2大關(guān)鍵元件——制動盤和制動閘片，其最基本的功能是吸收制動動能并將之轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到空氣中，在這個過程中，制動盤和閘片的材料、結(jié)構(gòu)和性能不被破壞。

 1、制動盤 

目前國內(nèi)外已開發(fā)出3大類制動盤，即鑄（鍛）鋼制動盤、鋁基復(fù)合材料制動盤和C/C復(fù)合材料制動盤。目前，高速列車制動盤主要采用鋼質(zhì)制動盤。

日本以Ni-Cr合金化方式，研究開發(fā)的鍛鋼制動盤可用于275km/h；

德國以Cr-Ni-Mo合金化方式，研究開發(fā)的鑄鋼制動盤可適用于350km/h。

中國通過對日本和歐洲高速客車鋼制動盤材料的研究，初步掌握了鋼制動盤的制造技術(shù)，已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

 2、制動閘片 

國外開發(fā)的高速列車盤形制動用閘片主要包括樹脂基閘片和粉末冶金閘片2類，使用最多的是銅基粉末冶金閘片。

粉末冶金閘片分鐵基和銅基2種。日本的新干線、法國的TGV和德國的ICE高速列車，均采用銅基粉末冶金閘片。中國自主研制和生產(chǎn)的銅基粉末冶金閘片，與國際先進(jìn)水平之間的差距越來越小，已基本能滿足300 km/h以下速度緊急制動的要求。

為了滿足350 km/h以上速度緊急制動的要求，在閘片材料的理論設(shè)計(jì)方面，更需要進(jìn)行基礎(chǔ)研究，尤其是摩擦性能的影響因數(shù)、機(jī)理、實(shí)現(xiàn)途徑等方面要有所突破。（