提高鐵路客車用KKD車輪抗早期踏面剝離性能的生產(chǎn)實(shí)踐*

陳 剛，高建民，叢 韜，張玉卓，鐘 斌，張關(guān)震，江 波

（1 馬鞍山鋼鐵股份有限公司 技術(shù)中心，安徽馬鞍山243000；2 呼和浩特鐵路局 包頭車輛段，內(nèi)蒙古包頭014000；3 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京100083）

提高鐵路客車用KKD車輪抗早期踏面剝離性能的生產(chǎn)實(shí)踐*

陳 剛1，高建民2，叢 韜3，張玉卓2，鐘 斌1，張關(guān)震3，江 波1

（1 馬鞍山鋼鐵股份有限公司 技術(shù)中心，安徽馬鞍山243000；2 呼和浩特鐵路局 包頭車輛段，內(nèi)蒙古包頭014000；3 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京100083）

針對(duì)國(guó)內(nèi)某車輛段客車用KKD車車輪踏面剝離的特點(diǎn)，采用研、用相結(jié)合的方法，形成了通過(guò)改善車輪踏面表層狀態(tài)而降低踏面剝離發(fā)生率的技術(shù)思路，開發(fā)出相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，運(yùn)用實(shí)踐表明，新造KKD客車車輪踏面剝離發(fā)生率得到有效降低。

KKD客車車輪；抗剝離；工藝實(shí)踐

踏面剝離是鐵路車輪運(yùn)用過(guò)程中常見的表面損傷，既增大維修工作量，又降低使用壽命，由于其成因復(fù)雜、影響因素眾多，一直是困擾鐵路用戶的常發(fā)性、多發(fā)性問(wèn)題。北美鐵路因踏面剝離而更換輪對(duì)所造成的損失每年高達(dá)約1.5億美元［1］。我國(guó)鐵路客運(yùn)全面提速后，車輪踏面剝離發(fā)生率急劇上升［2］，以國(guó)內(nèi)某車輛段客車為例，2010年因踏面剝離而退修的輪對(duì)占當(dāng)年總使用量的比例高達(dá)20%，可見，減少踏面剝離問(wèn)題具有積極意義。

鑒于該車輛段客車用KKD車輪的踏面剝離問(wèn)題具有典型性，馬鞍山鋼鐵股份有限公司與該車輛段密切合作，采用研、用相結(jié)合的方法，開發(fā)出相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，并進(jìn)行了運(yùn)用實(shí)踐。

1 國(guó)內(nèi)某車輛段客車車輪踏面剝離概況

國(guó)內(nèi)某車輛段2010年配屬客車1 418輛，因故障而退修的輪對(duì)占總使用量的25%，因踏面剝離而退修的輪對(duì)占其中的80%，占總使用量的20%，新造車輪踏面剝離發(fā)生率明顯高于已旋修車輪，旋修后踏面剝離發(fā)生率明顯降低，踏面剝離典型宏觀形貌見圖1，可見，改善新造車輪的早期踏面剝離問(wèn)題，將使車輪踏面剝離問(wèn)題的總體態(tài)勢(shì)大為改觀。

2 新造車輪早期踏面剝離的原因分析

新造車輪易于產(chǎn)生早期剝離、而旋修后剝離問(wèn)題大為改善的現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外均已受到注意［3］。2003年中國(guó)鐵道科學(xué)研究院在進(jìn)行“車輪輪箍踏面剝離調(diào)研”時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論機(jī)車車輪、客車車輪和貨車車輪，新車輪使用過(guò)程中發(fā)生“早期剝離”的問(wèn)題非常普遍，而經(jīng)過(guò)一次旋修后剝離發(fā)生率明顯降低。在國(guó)外，有些鐵路用戶已針對(duì)“早期剝離”現(xiàn)象對(duì)車輪表面狀態(tài)提出了一些要求，如車輪踏面不得有超過(guò)一定數(shù)量的非珠光體組織，其理由為一定數(shù)量的非珠光體組織硬且脆，易于在運(yùn)用早期導(dǎo)致踏面剝離。

一般來(lái)說(shuō)，一次旋修后車輪踏面約對(duì)應(yīng)新造車輪踏面下5～10 mm，常規(guī)車輪熱處理工藝決定了新造車輪與一次旋修后車輪在踏面表層狀態(tài)上必然存在差異，因此，這種差異可能是導(dǎo)致早期踏面剝離問(wèn)題的重要影響因素之一。

國(guó)內(nèi)外常規(guī)車輪熱處理工藝均采用踏面表面噴水強(qiáng)化冷卻方式［4］，因此，不同生產(chǎn)廠制造的車輪，踏面下組織、硬度的變化規(guī)律是基本一致的。

車輪噴水冷卻過(guò)程中，由踏面向內(nèi)冷卻速度急劇降低，輪輞內(nèi)部冷卻速度變化變緩，踏面下10 mm以內(nèi)的冷卻速度與輪輞內(nèi)部相差較大，而一次旋修車輪踏面約對(duì)應(yīng)新造車輪踏面下5～10 mm，正好處于冷卻速度急劇變化的區(qū)域，由此冷卻特性和車輪材料的相變特性所決定，一方面踏面表層組織分布存在差異，新造車輪踏面表層存在5～7 mm深的貝氏體＋珠光體復(fù)合組織層，而一次旋修車輪主要以珠光體組織為主，見圖2所示，另一方面由于組織狀態(tài)的差異導(dǎo)致硬度梯度存在明顯差異，新造車輪踏面表層硬度梯度陡峭，而一次旋修車輪硬度梯度變化平緩，硬度梯度分布見圖3所示。

因此，如能使新造車輪踏面表層狀態(tài)與一次旋修后車輪的踏面表層狀態(tài)相近，應(yīng)能在減少車輪早期踏面剝離問(wèn)題上有所作為。

3 工藝改進(jìn)實(shí)踐及其效果

根據(jù)對(duì)新造車輪早期踏面剝離原因的分析，將車輪熱處理工藝確定為工藝實(shí)踐改進(jìn)重點(diǎn)，采用了一種新型車輪熱處理專利技術(shù)［5］，通過(guò)控制車輪熱處理噴水冷卻速度，使車輪踏面表層5～10 mm以內(nèi)的金屬只發(fā)生珠光體—鐵素體轉(zhuǎn)變，而不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，使新造車輪踏面表層狀態(tài)與一次旋修車輪踏面表層狀態(tài)相近，以達(dá)到提高車輪踏面剝離性能的目的。

2011年以來(lái)，采用這一工藝改進(jìn)措施分兩批次為該車輛段完成了共912件KKD車輪的批量試制。車輪踏面下硬度分布見圖4，踏面表層低硬度區(qū)為珠光體＋鐵素體組織，珠光體組織較粗，鐵素體含量較高，見圖5，該區(qū)域金屬精加工后可去除；距踏面約4 mm以下的區(qū)域硬度分布均勻，組織為細(xì)珠光體＋少量鐵素體組織，見圖6，與常規(guī)熱處理工藝相比該處組織明顯不同，見圖7。

可見，采用改進(jìn)的工藝可使新造車輪的踏面表層為一致的珠光體—鐵素體組織，具有良好的硬度均勻性，踏面表層狀態(tài)明顯改善。

4 運(yùn)用效果評(píng)價(jià)

2010年8月首批112件KKD新造客車車輪裝備在該車輛段共14輛25K型140 km/h客車上投入運(yùn)用，該車輛段提供的跟蹤數(shù)據(jù)表明，該批車輪持續(xù)運(yùn)用時(shí)間已達(dá)1～2年，運(yùn)用里程達(dá)40～69萬(wàn)km，平均運(yùn)用里程超過(guò)51萬(wàn)km，運(yùn)用情況穩(wěn)定，僅有1條輪對(duì)出現(xiàn)輕微踏面剝離，踏面剝離發(fā)生率僅為1.79%，而同期運(yùn)用的共64輛25K型客車車輪踏面剝離頻發(fā)，2010～2012年車輪踏面剝離發(fā)生率見表1，可見，工藝改進(jìn)措施取得了實(shí)際效果。

2013年2月起第2批760件KKD新造客車車輪陸續(xù)在該車輛段投入運(yùn)用，目前已部分裝備在2輛25K型140 km/h客車和11輛25G型120 km/h客車上投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，持續(xù)運(yùn)用時(shí)間3～8個(gè)月，運(yùn)用里程達(dá)12～41萬(wàn)km，平均運(yùn)用里程超過(guò)22萬(wàn)km，運(yùn)用情況穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

新造車輪易于產(chǎn)生早期剝離，而旋修后剝離問(wèn)題大為改善的現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外均已受到注意。常規(guī)車輪熱處理工藝決定了新造車輪與一次旋修后車輪在踏面表層狀態(tài)上必然存在差異。為此，馬鋼開發(fā)了一種新型車輪熱處理專利技術(shù)并得到了實(shí)際應(yīng)用，從運(yùn)用效果看，可有效降低客車用新造KKD車輪早期剝離的發(fā)生率，使車輪踏面剝離問(wèn)題的總體態(tài)勢(shì)大為改觀。

［1］ J.Sun，K.J.Sawley，D.H.Stone.Progress in the Reduction of Wheel Spalling［C］.12th International Wheelset Congress.Qingdao，China，1998.

［2］ 張 斌，付秀琴，張 弘，等.機(jī)車車輛車輪踏面剝離現(xiàn)狀及其分析［J］.鐵道車輛，2005，43（5）：1-5.

［3］ 張 弘，張 斌，王振剛，等.車輪早期剝離現(xiàn)象及成因初探［J］.鐵道機(jī)車車輛，2006，26（3）：18-19.

［4］ 蔡 釗.整體輾鋼車輪傳統(tǒng)熱處理工藝分析與展望［J］.軋鋼，1990，（5）：48-52.

［5］ 陳 剛，王世付，江 波，等.高碳鋼火車車輪輪輞表面的熱處理方法及熱處理裝置：中國(guó)，CN200810020421.5［P］.2010-06-02

Production Practice to Improve the Early Stage Tread Peeling Resistance of KKD-type Passenger Car Wheel

CHEN Gang1，GAO Jianmin2，CONG Tao3，ZHANG Yuzhuo2，
ZHONG Bin1，ZHANGGuanzhen3，JIANG Bo1
（1 Technology Center of Maanshan Iron＆Steel Co.，Ltd.，Maanshan 243000 Anhui，China；2 Baotou Depot，Hohhot Railway Bureau，Baotou 014000 Neimenggu，China；3 Metal＆Chemical Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100083，China）

Aiming at the tread peeling characteristics of KKD-type passenger car wheels used in Baotou Depot，the technical idea of reducing the tread peeling rate through improving the tread sub-surface status is formed by using the combination method of research and application.The corresponding process improving measures are developed and applied.The practice shows that tread peeling rate of newly-manufactured KKD-type wheels is effectively reduced.

KKD-type passenger car wheel；peeling resistance；process practice

U271.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.26

1008－7842（2014）06－0102－03

*安徽省科技計(jì)劃項(xiàng)目（11Z0101022）；鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2012J006-E）

?）男，高級(jí)工程師（

2014-04-26）