高速列車貼地而“飛”，離不開“風火輪”——高速車輪，它直接影響高鐵的安全性與舒適性，是世界公認技術要求高、生產難度大的車輪尖端產品。
如今，中國研制的高鐵車輪不僅用于國內高鐵，還出口海外。
7月24日，又傳來一則令人振奮的消息：G6410次復興號列車駛入長沙南站，穩穩停靠在站臺，整車裝用復興號動車組上的國產高速車輪實現安全服役60萬公里的階段目標。
高速車輪研發究竟難在哪兒？經歷了怎樣的艱辛過程？日前，記者探訪掌握了一批具有自主知識產權的輪軸生產制造核心技術的中國寶武旗下馬鞍山鋼鐵股份有限公司。
核心技術是買不來的
2006年，從東北大學畢業的趙海來到馬鋼實習。第二年，就趕上一件大事：首列時速300公里國產CRH2－300型和諧號動車組列車問世，中國自此有了自己的個人空間高鐵。
當時，中國已掌握動車組列車的總成、時租會議車體、轉向架、牽引電機、牽引變壓器、牽引變流器、牽引控制、列車網絡控制和制動系統等關鍵技術及10項主要配套技術，構建起國產動車組系列產品技術平臺，但仍有關鍵技術尚未突破。
在中國鐵路大提速背景下，2008年，由時租空間科技部、原鐵道部共同組織實施并啟動“十一五”國家科技支撐計劃“中國高速列車關鍵技術研究及裝備研制”重大項目，高速車輪就是其中之一。
在1963年和1964年，馬鋼先后成功軋制出中國第一件輪箍和輾鋼整體車輪，結束了中國只能用“洋箍”“洋輪”的歷史。作為新中國最早生產火車車輪的企業，馬鋼肩負起高速車輪研發重任。
對馬鋼來說，盡管有普通列車車輪生產基礎，但生產高速車輪，一切都得從頭來。
據悉，一節高鐵車廂重達五六十噸，每一對車輪需要長期承受十幾噸的往復循環載荷，還要保證在復雜小樹屋條件下交流高速安全運行，這對車輪的純凈度、韌性、硬度、精度等都有嚴苛的技術要求，與制造普通火車車輪難度不可同日而語。
“高速車輪是高技術、高質量和高風險產品，也是高速列車系統中公認的‘塔尖’產品，相關國家和企業堅持‘不申報專利、不發表論文、不接受交流參觀’，沒有任小樹屋何經驗可以借鑒。”趙海已成長為馬鋼技術中心首席研究員，“核心技術是買不來的，創新不是一蹴而就的，我們靠自己的智慧和雙手去拼出一片新天地。如今，馬鋼在高速車輪設計、生產制造、檢測評價等方面，擁有一批自主知識產權。”
從眾多排列組合中尋找答案
高速車輪是一種碳素微合金鋼制品，無論是鋼材配方還是工藝控制，參數調整牽一發而動全身。任何一點成分和溫度的微小變化都會引發性能的改變，進而影響成品質量。“研發人員要從眾多工藝的排列組合中找出答案。”趙海說。
中國幅員遼闊，地域溫差大，這給高速車輪研發提出了更高要求——高速列車要行駛在復雜多變的環境中，車輪材料硬度要高，壽命才能更長；同時還要保證韌性，滿足不同氣候環境下的行車安全。趙海說：“只能靠反復摸索，我們把市面上見到的高速車輪反復分析配方、性能，做實驗、找差距，在此過程中研發團隊建立起對高速車輪標準體系的認知。”
2010年，馬鋼研發的D1高速車輪在時速200—250公里和諧號動車組上實現小批量裝車試驗，完成九宮格了64萬公里運用考核，表現優異。
研發的腳步始終沒有停下。隨著中國高鐵再次提速，2014年，時速350公里的中國標準動車組輪軸設計研究啟動，馬鋼重點負責車輪開發。
經過多年歷練，趙海成長為車輪研發團隊骨干和青年技術帶頭人。在老一輩科研人員的精心指導下，趙海和團隊成員起早貪黑開展上百次試驗。爐臺前、熱處理操作室、機加工現場，到處可以看到他們忙碌的身影。
有了D1材質車輪的基礎，這次研發進程順利很多。8個月，團隊就完成了材料研發和關鍵制造工藝設計，開發的時速350公里D2材質車輪通過權威機構檢測，綜合性能優于進口ER8材質車輪。
通過檢測后，接下來要進行的是60萬公里裝車考核。大西線、鄭徐線、哈大線……為了考察車輪的適應性，要在國內不同的線路上試驗。車跑到哪兒，“趙海們”就跟到哪兒。
60萬公里的跟蹤考察讓他們掌握了高速車輪的關鍵應用數據，“趙海們”發表了多篇論文。考察結果顯示，馬鋼高速車輪性能優異，表現穩定。
2017年1月，馬鋼時速350公里高速車輪獲得CRCC（中鐵檢驗認證中心）認證，成為國內第一家具備高速車輪商業化資質的企業，中國在高速車輪產品和技術上實現了完全自主可控。
經過論證，2021年馬鋼高速車輪獲準在復興號高鐵上擴大運用測評。這次測評，主機廠提出了加嚴要求。研發人員對高速車輪全流程生產工序進行梳理，發現熱處理工序是提升產品性能的瓶頸，并設計出多套熱處理試驗方案，組織生產試驗。經性能數據對比，優選最佳工藝方案，產品達到主機廠的加嚴要求。
經馬鋼和第三方機構檢驗，新工藝國產化高速車輪合格率100%！
“車輪是高鐵上安全風險最高的零部件，其跟蹤驗證周期漫長。”趙海九宮格說。按照國鐵集團統一部署，馬鋼高速車輪先裝配在綜合檢測車進行考核驗證，也就是每天發出的第一輛在高鐵線路上空載運行的車輛，待累積安全行駛一定公里數后，再批量整車裝配載客運營車上運行。
向輪軸領軍企業邁進
今年元旦，整列裝用國產高速車輪的復興號長編組動車組從武漢站駛向天津，馬鋼高速車輪就此進入中國高鐵整列小批量裝車應用階段。
期間，每次高速列車夜間入庫都要對車輪全數進行狀態檢查，每10萬公里都要對高速車輪進行超聲波探傷檢查和磨耗測量。
“這是進入批量商業化運用階段前的‘終極考驗’。”寶武馬鋼軌交材料科技有限公司（簡稱馬鋼交材）技術中心首席工程師魯松介紹，7月，已有整車裝用復興號動車組上的國產高速車輪實現安全服役60萬公里的階段目標。
投入上百名研發人員、進行幾十輪工業試驗、實施多輪技術改造，馬鋼獲得100多項專利，研發出具有自主知識產權的高速車輪。
跟隨魯松的腳步，記者來到馬鋼科技展示廳。大小各異的軌道交通用車輪模型排成一列，燈光勾勒出復興號的形狀。低地板彈性車輪、350公里復興號高速車輪、和諧3型動力機車輪……這里，最小車輪模型直徑580毫米，最大車輪模型直徑1250毫米，車輪閃著耀眼的光，似在講述這家鋼鐵企業在中國車輪發展史上的光輝歷程。
“我們是制造業單項冠軍示范企業，綜合研發制造能力處于世界先進水平，產品實現譜系全覆蓋，出口全球70多個國家和地區。”魯松介紹。
對馬鋼的科研人員來說，這些成果更像一種激勵。高速車輪的研發還有很多課題，比如，國產車輪能否支撐中國高鐵再提速？
這正是趙海眼下的任務。“我們也在參與新一代時速400公里高速車輪研發工作。從時速350公里到400公里，最關鍵的技術不是能不能跑起來，而是能不能停得住、停得穩、停得準。”趙海說，“很幸運趕上了中國高鐵發展黃金期，親眼見證并參與國產高速車輪從無到有的進程，希望能為中國高鐵發展貢獻更多力量。”
再如，“雙碳”目標下，如何在車輪制造過程中持續減碳？“車輪產品生產流程很長，從鐵礦石開采到煉鐵、煉鋼，再到車輪制造，以及后續運輸等環節，都有能源消耗和碳排放，‘碳足跡’復雜。”魯松說。
為此，馬鋼協同上下游采用“鏈長式”低碳管理模式，從降碳設計頂層規劃入手，進行產品全生命周期低碳路徑管控，成功開發出低碳45噸軸重重載車輪，實現制造全流程降碳20%以上，產品獲得海外客戶認可。
面對城市地鐵噪聲擾民難題，馬鋼研發出適用于地鐵車輛的組合式彈性車輪，率先在合肥地鐵實現載客運行，為城市軌道交通提供了綠色、低噪音的新方案。
魯松表示，以用戶體驗為關注焦點，堅持創新驅動，推動輪軸產業升級，向輪軸產業領軍企業邁進，是他們接下來的目標。（記者 康樸）
發佈留言