中国高铁名列前茅，车轮究竟有多难造？|中国高铁|动车组|日兰高铁全线|车轮|转向架|轮轨

什么是当下中国最亮眼的国家名片？高铁在其中绝对不会缺席。

据媒体报道，2024年，CR450高速动车今年完成样车制造并开展型式试验，最高时速可达450公里。2017年，“复兴号”列车在京沪高铁实现350公里时速运营，中国成为世界上高铁商业运营速度最快的国家，次年7月1日开始，全国铁路实行新的运行图，“复兴号”高铁列车的投放比例进一步增加，长编组“复兴号”动车组列车也首次在京沪高铁亮相。

被誉为金名片的中国高铁，能够平稳跑出350公里的时速，离不开高质量车轮的支撑，高铁车轮就像一双“跑鞋”，为高铁飞腾插上了翅膀。

高铁车轮是世界上公认的技术要求高、生产难度大的尖端产品，此前中国一直依赖进口。经过近些年的努力攻关，目前 “蓝海豚”和“金凤凰”两款型号的“复兴号”高铁车轮都实现了中国制造，改写了国外厂家垄断中国高铁车轮市场的历史。

火车车轮的运行，就是一个搭起小车托着大车跑的过程

与汽车不同，火车是没有方向盘的，那么它是如何前进甚至实现拐弯的呢？主要靠转向架。

当车辆以一定速度开始进入曲线时，前轮对的外轮轮缘与外轨的内侧面接触，互相挤压产生导向力，并由导向力引起导向力矩，使转向架相对线路产生转动。

转向架实际上就是一个构架+两对车轮组成的“小车”，火车车厢就趴在这个“小车”上，通过“小车”实现一定程度的转动。每节火车车厢下面有两个这样的“小车”，共同托起大火车，奔驰在铁轨上。

不过，由于转向架安装在车厢下面，通常我们很难看到它长什么样。

铁路轨距是固定的，在曲线上外轨长、内轨短。当火车的轮对通过曲线时，轮对向外移动后，外轨与车轮接触点的直径大，走行距离长，内轨与车轮接触点的直径小，走行距离短，这样便可以顺利通过曲线。

整个转向架中唯一与铁轨接触的就是车轮，它们把车辆承受的载荷传递到钢轨，在机车制动时又承受闸瓦的作用，因而车轮在复杂应力的状态下工作。而且，轮轨间的作用力是以速度的平方增长的，当列车速度由120 km/小时提高到220 km／小时、300 km／小时时，轮轨作用力分别增大3倍、6倍。

在时速超过 300 公里的情况下，高铁车轮的工作环境和承受的压力可想而知，车轮质量直接关系着列车的运行安全和旅客生命财产的安全。1998年，德国ICE-1高速列车脱轨，造成101人死亡、105人受伤，究其原因，正是由于车轮不过关导致。

剥离、磨损和热裂是火车车轮失效的三大主要原因，对高铁车轮来说，剥离缺陷尤为突出。

在高速运行条件下，快速启动和制动以及车轮运行过程中的滚滑现象都会导致车轮踏面（车轮与车轨的接触面）的表层受到极为剧烈的热影响。当滑动摩擦剧烈时，可使踏面表面温度上升1000℃以上，导致踏面表面剥离缺陷的产生，踏面表面不平顺度提高，进而加剧轮轨间振动，对线路、车辆都产生不良影响，所产生的轮轨噪声还构成环境问题。

高铁车轮技术：不申报专利、不发表论文、不接受交流参观

自1963年全球首列时速210km的高速列车在日本投运以来，高速列车在日本、法国、德国、英国、荷兰、比利时等国快速发展。1989年，法国的TGV高速列车最高试验运行速度已达515.3公里/小时。

与高速列车的发展同步，高铁车轮的生产技术也得到飞速发展。到20世纪末，高铁车轮生产技术在国际上已是成熟技术，由法国、日本、德国、意大利的四家公司垄断。

高铁车轮生产的关键是保证铁路运输的安全性。在高速条件下，随着速度效应的增强和制动方式的变化，车轮的受力状态较之常规使用条件发生很大变化，助长了在疲劳条件下极小缺陷的发展，小至0.2mm的内部缺陷都有可能在运行过程中导致疲劳裂纹的萌生。

新的使用条件对车轮的外形结构和内在质量都提出了更高的要求，为保证列车运行安全，高铁车轮必须具有更高的强韧性、耐磨性、抗热裂性、抗疲劳性、抗剥离性。

要想车轮质量好，首先车轮钢的质量要好。车轮钢用电炉或转炉冶炼后，要经炉外精炼后再连铸成圆坯，车轮钢洁净度要求很高，氢含量需在百万分之二以下；对夹杂物级别要求也很严格，要求杂质含量极低且分布均匀。

一般来说，高铁车轮都是用模锻——轧制的方法制造。车轮钢材坯经锯切、锻轧、热处理、机加工等若干工序后，制造出车轮成品，然后进行超声波检测、磁粉检测、静平衡测量、喷丸强化、硬度测量、全尺寸测量等全方位严格检测。所有检测合格，方可出厂。

高铁车轮锻造

鉴于高铁车轮生产的难度之高，相关国家和企业都将高铁车轮技术列为战略性核心技术高度保密，坚持“不申报专利、不发表论文、不接受交流参观”的三不政策，以防外界获取相关技术的蛛丝马迹。也正是因此，四大高铁车轮制造巨头得以长期垄断全球市场，并按高于普通车轮十余倍的价格出口产品。

中国高铁车轮，从进口到出口

如今的中国高铁是世界铁路领域的标杆，不仅拥有全球最长、密度最大的高铁网络，而且在2017年创造了605公里/小时的全球高铁试验速度纪录，拥有了世界上最快的高铁。但是很少有人记得，多年前，中国火车车轮是全部依赖进口的。直到上世纪60年代，中国先后成功轧制出第一个车轮轮箍和辗钢整体车轮，结束了中国只能用“洋箍、洋轮”的历史。

之后，伴随高速铁路的发展，中国又先后开发出KKD快速车轮和CL50材质高速车轮，CL50材质高速车轮在270公里/小时“中华之星”高速试验列车上安全运用60余万公里，最高时速达321.5公里。“纯中国血统”的中国车轮开始展露锋芒，也从此不再受制于人。

而进入新时代，高速列车成为中国走向世界的战略性高端装备产业，但车轮进口导致的知识产权问题，以及进口车轮服役过程中暴露出的多边形、寿命短等问题影响到高铁的运行安全和使用成本，严重制约了中国高铁“走出去”。

为全面掌握高铁关键装备的核心技术，2014年 “动车组关键技术自主创新深化研究——时速350公里中国标准动车组轮轴设计研究”重大课题正式立项，其中车轮开发是项目的重点。通过大量关键技术的突破与创新，中国最终开发出了一种中碳Si-V微合金化D2材质车轮。

特别是针对进口车轮服役过程中突出的多边形问题，D2车轮在确保韧性指标的前提下提高了材料硬度和相变点，并匹配复合热处理技术，使得车轮在硬度水平、抗热损伤性能、抗磨损性能等方面均好于进口ER8材质车轮。

与国外产品相比，国产高铁车轮在材料设计、冶金质量、综合性能、检测技术、智能制造方面明显优于同类进口产品，达到国际先进水平。国产高铁车轮还先后通过了德铁、韩国等市场资质认证，并出口韩国、印度、德国等国家，实现了从依赖进口到对外出口的华丽转变。

2015年，D2车轮装配于“蓝海豚”和“金凤凰”中国标准动车组；2016年7月15日，装配着国产高铁车轮的中国标准动车组，完成时速超420公里的世界最高速动车组交会、重联试验，跑出让世界惊叹的每秒“飞行”117米的“中国速度”；2017年1月，国产高铁车轮顺利通过60万公里装车运用，目前已安全运用超过100万公里。