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记者 刘经纬 报道
特约通讯员 蓝义高 摄影
9月5日，在第十三届中国国际钢铁大会期间举办的铁路装备与钢铁产业高质量发展供需交流会上，中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司资深专家文超作了专题报告，详细解读了轨道交通装备用齿轮钢的发展现状与趋势。
图为文超
文超首先介绍了我国轨道交通装备发展历史及其对齿轮钢的需求。在高速动车组方面，以速度为特征牵引了我国动车组的三代发展，如1989年起的第一代动车组KDZ1等，2005年起的第二代和谐号动车组CRH1、CRH2等，2017年起的第三代复兴号动车组CR200J、CR300AF/BF、CR400AF/BF，以及未来的CR450等；在电力机车方面，以轴重和功率为特征牵引了我国电力机车的五代发展，如从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。“各类轨道交通装备的不断进步对轨道交通装备用齿轮钢不断提出越来越高的承载能力、使用寿命等需求，这些需求实现都离不开齿轮钢及其冶炼技术的发展和国产化。”文超举例，如1984年的50CrMo齿轮钢的开发解决了国外机车齿轮国产化问题，2013年20CrNi3Mo齿轮钢的应用解决了30T轴重HXD2F机车承载能力不足的难题等。
文超表示，我国铁路运行路线复杂，面临多种多样的运行条件。从运行工况看，动车组有单次最长运行里程可达2400公里、单次最长运行时间达16小时等工况，重载机车需要在最大坡度可达30‰甚至更高的坡度运行；从运行环境看，涉及平原、丘陵、山区、高原（海拔4000m以上）等，温度在-50～+50℃之间，温差大（如京广线温差可达30 ℃），部分地区还面临风沙雨雪侵蚀（风速可达60m/s）等；从运行速度看，涉及120km/h、160km/h、250km/h、350km/h等多种级别，运行时的轮对冲击最大已达到了垂向300g、横向200g、纵向200g等要求。“这些也对齿轮钢提出了耐冲击、超高可靠性等要求。”他说。
“总体来看，轨道交通装备齿轮用钢对齿轮关键核心要求有三点。”文超指出，一是高性能，包括高接触疲劳强度极限、高弯曲疲劳极限、抗冲击、抗胶合、耐磨损等；二是高可靠性，对齿轮传动系统的要求安全可靠(可靠度≥99.9999%)；三是超长寿命，如重载机车齿轮检修要求寿命大于200万公里，高速动车组齿轮设计要求寿命大于2400万公里。
谈到轨道交通用齿轮钢的发展现状，文超以渗碳合金钢举例，其中涉及到了成分体系和冶金质量的多次发展和提升。从成分体系看，从1950-1960年的15CrNi6、22CrMnMo等，发展到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。从冶金质量看，冶炼方式从转炉+普通炉外精炼，发展到转炉+普通炉外精炼+电渣重溶，再到电炉+炉外精炼+真空脱气。在纯净度、淬透性、晶粒度、均匀性等方面取得了长足的进步，尤其是对夹渣和非金属夹杂物的控制形成了轨道交通齿轮钢的体系。
“随着我国铁路装备走向世界，我们需要形成自己对齿轮钢的认知、要求和体系。”文超介绍，在标准体系建立方面，我国轨道交通装备用齿轮钢形成了冶金行业标准，建立了中国标准。未来，随着高速重载齿轮的进一步发展，需要延长质保周期和提升承载能力。“材料作为齿轮的重要基础，则需要进一步技术提升。”文超说。
对于轨道交通用齿轮钢发未来的发展，文超表示，当前，轨道交通装备正向绿色、节能、环保、智能方向发展，制造工艺则向节能减排、绿色化，去产能、调结构，智能制造、大数据，柔性化等方向发展。“材料的发展需要考虑三个结合，如材料工艺和产品设计的结合、高可靠性与少无冗余的结合、少无畸变与表面强化技术的结合。”文超说。
对于齿轮钢本身，文超认为，随着轨道交通齿轮技术的发展，各类齿轮用钢的发展趋势有三个方面。一是高性能，包括高强度、高塑性、高冲击性能、高低温性能、高工艺性能、高使用性能，尤其要关注接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；二是高可靠性，包括高纯净度、高均匀一致性、高批量稳定性；三是低制造成本，包括低合金总量、低贵重元素加入量、高使用率。
编辑 | 金子涵
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