9月5日，在第十三屆中國國際鋼鐵大會期間舉辦的鐵路裝備與鋼鐵產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展供需交流會上，中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所股份有限公司資深專家文超作了專題報告，詳細(xì)解讀了軌道交通裝備用齒輪鋼的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。

圖為文超

　　文超首先介紹了我國軌道交通裝備發(fā)展歷史及其對齒輪鋼的需求。在高速動車組方面，以速度為特征牽引了我國動車組的三代發(fā)展，如1989年起的第一代動車組KDZ1等，2005年起的第二代和諧號動車組CRH1、CRH2等，2017年起的第三代復(fù)興號動車組CR200J、CR300AF/BF、CR400AF/BF，以及未來的CR450等；在電力機(jī)車方面，以軸重和功率為特征牽引了我國電力機(jī)車的五代發(fā)展，如從1958年起的第一代SS1、SS2，1978年起的第二代SS3，1985年起的第三代SS4B、SS5、SS6B、SS8，1996年起的第四代AC4000，2005年起的第五代HXD1B、HXD1C、HXD2F等。“各類軌道交通裝備的不斷進(jìn)步對軌道交通裝備用齒輪鋼不斷提出越來越高的承載能力、使用壽命等需求，這些需求實現(xiàn)都離不開齒輪鋼及其冶煉技術(shù)的發(fā)展和國產(chǎn)化。”文超舉例，如1984年的50CrMo齒輪鋼的開發(fā)解決了國外機(jī)車齒輪國產(chǎn)化問題，2013年20CrNi3Mo齒輪鋼的應(yīng)用解決了30T軸重HXD2F機(jī)車承載能力不足的難題等。

　　文超表示，我國鐵路運(yùn)行路線復(fù)雜，面臨多種多樣的運(yùn)行條件。從運(yùn)行工況看，動車組有單次最長運(yùn)行里程可達(dá)2400公里、單次最長運(yùn)行時間達(dá)16小時等工況，重載機(jī)車需要在最大坡度可達(dá)30‰甚至更高的坡度運(yùn)行；從運(yùn)行環(huán)境看，涉及平原、丘陵、山區(qū)、高原（海拔4000m以上）等，溫度在-50～+50℃之間，溫差大（如京廣線溫差可達(dá)30 ℃），部分地區(qū)還面臨風(fēng)沙雨雪侵蝕（風(fēng)速可達(dá)60m/s）等；從運(yùn)行速度看，涉及120km/h、160km/h、250km/h、350km/h等多種級別，運(yùn)行時的輪對沖擊最大已達(dá)到了垂向300g、橫向200g、縱向200g等要求。“這些也對齒輪鋼提出了耐沖擊、超高可靠性等要求。”他說。

　　“總體來看，軌道交通裝備齒輪用鋼對齒輪關(guān)鍵核心要求有三點(diǎn)。”文超指出，一是高性能，包括高接觸疲勞強(qiáng)度極限、高彎曲疲勞極限、抗沖擊、抗膠合、耐磨損等；二是高可靠性，對齒輪傳動系統(tǒng)的要求安全可靠(可靠度≥99.9999%)；三是超長壽命，如重載機(jī)車齒輪檢修要求壽命大于200萬公里，高速動車組齒輪設(shè)計要求壽命大于2400萬公里。

　　談到軌道交通用齒輪鋼的發(fā)展現(xiàn)狀，文超以滲碳合金鋼舉例，其中涉及到了成分體系和冶金質(zhì)量的多次發(fā)展和提升。從成分體系看，從1950-1960年的15CrNi6、22CrMnMo等，發(fā)展到1970年的18CrMnTi、20CrMnTi、30CrMnTi等，1970-1990年的20CrMnMo、12CrNi3、18CrNi8等,1990-2005年的20CrNi2Mo、16Cr2Ni2等,再到2005年至今的20Cr2Ni4、18CrNiMo7-6、8822H、43B17H、20CrNi3Mo、20CrNi2Mo等。從冶金質(zhì)量看，冶煉方式從轉(zhuǎn)爐+普通爐外精煉，發(fā)展到轉(zhuǎn)爐+普通爐外精煉+電渣重溶，再到電爐+爐外精煉+真空脫氣。在純凈度、淬透性、晶粒度、均勻性等方面取得了長足的進(jìn)步，尤其是對夾渣和非金屬夾雜物的控制形成了軌道交通齒輪鋼的體系。

　　“隨著我國鐵路裝備走向世界，我們需要形成自己對齒輪鋼的認(rèn)知、要求和體系。”文超介紹，在標(biāo)準(zhǔn)體系建立方面，我國軌道交通裝備用齒輪鋼形成了冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立了中國標(biāo)準(zhǔn)。未來，隨著高速重載齒輪的進(jìn)一步發(fā)展，需要延長質(zhì)保周期和提升承載能力。“材料作為齒輪的重要基礎(chǔ)，則需要進(jìn)一步技術(shù)提升。”文超說。

　　對于軌道交通用齒輪鋼發(fā)未來的發(fā)展，文超表示，當(dāng)前，軌道交通裝備正向綠色、節(jié)能、環(huán)保、智能方向發(fā)展，制造工藝則向節(jié)能減排、綠色化，去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)，智能制造、大數(shù)據(jù)，柔性化等方向發(fā)展。“材料的發(fā)展需要考慮三個結(jié)合，如材料工藝和產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)合、高可靠性與少無冗余的結(jié)合、少無畸變與表面強(qiáng)化技術(shù)的結(jié)合。”文超說。

　　對于齒輪鋼本身，文超認(rèn)為，隨著軌道交通齒輪技術(shù)的發(fā)展，各類齒輪用鋼的發(fā)展趨勢有三個方面。一是高性能，包括高強(qiáng)度、高塑性、高沖擊性能、高低溫性能、高工藝性能、高使用性能，尤其要關(guān)注接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度；二是高可靠性，包括高純凈度、高均勻一致性、高批量穩(wěn)定性；三是低制造成本，包括低合金總量、低貴重元素加入量、高使用率。