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《軍武次位面》作者：紫電

▲高鐵資料圖

印度，被稱為“火車輪子上的國家”。作為亞洲最早擁有鐵路系統(tǒng)的國家，印度鐵路的全部總里程超過67000公里，每天要承載1.4萬輛火車、2300萬人次和300萬噸的貨物，鐵路對(duì)于印度的重要性不言而喻。

▲這種場景今天已經(jīng)很難看到了

很多網(wǎng)友都看過印度火車“外掛”乘客的圖片，這樣的場景現(xiàn)在已經(jīng)很少，但受限于印度的經(jīng)濟(jì)情況，印度鐵路的發(fā)展?fàn)顩r仍然很差。特別是作為世界第四，亞洲第二的鐵路大國，印度至今也沒有一條真正意義上的高速鐵路，半高速鐵路的建設(shè)也嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

▲印度現(xiàn)役最快的列車，時(shí)速不過160千米

近年來，中印兩國發(fā)生了不少摩擦，再加上印度媒體的渲染，印度民間的反華情緒日益高漲，印度與中國的貿(mào)易也受到了不小的沖擊。但就在前段時(shí)間，由于俄烏沖突爆發(fā)，印度向?yàn)蹩颂m企業(yè)訂購的3.9萬對(duì)車輪無法交貨，只能改為向中國訂購。在鐵路這種重要訂單上，如果有其他選擇，印度是無論如何也不會(huì)買中國貨的。

▲印度這么大一個(gè)國家，連火車輪子也造不出來嗎？

雖然印度制造一直被大家看做是笑柄，但印度畢竟也是個(gè)大國，連航母、飛機(jī)都能造，難道造不出火車輪子嗎？其實(shí)，火車車輪，特別是高鐵車輪的制造難度，超出了很多人的想象。不要說印度，對(duì)于中國也是個(gè)難題。

高鐵車輪，究竟難在哪里？

火車的車輪看起來是實(shí)心的，結(jié)構(gòu)比較簡單，但在加工上卻非常復(fù)雜?；疖囋谛旭傔^程中要沿著軌道前進(jìn)，不需要人來控制方向，但同樣有轉(zhuǎn)彎的需求。而火車的轉(zhuǎn)彎，就需要通過車輪來完成。

▲火車的車輪固定在轉(zhuǎn)向架上

火車的每一節(jié)車廂下方都設(shè)置有轉(zhuǎn)向架，一般來說，一節(jié)車廂需要兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，而每個(gè)轉(zhuǎn)向架安裝有2對(duì)車輪。當(dāng)火車通過彎道時(shí)，由于兩側(cè)鐵軌的高度和長度不同，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也隨之變化，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架旋轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)彎過程。

▲火車行駛時(shí)，通過轉(zhuǎn)向架帶動(dòng)轉(zhuǎn)彎

在這個(gè)過程中，車輪要承受車輪的載荷，又要承受轉(zhuǎn)彎時(shí)的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，再加上高速行駛過程中的摩擦，火車車輪的工作環(huán)境極端惡劣，必須擁有極高的強(qiáng)度。而在列車車速上升后，車輪的受力會(huì)以指數(shù)式迅速增長，因此高鐵車輪的要求遠(yuǎn)高于普通鐵路。

▲車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)其實(shí)是傾斜的

對(duì)于高鐵車輪來說，最大的難點(diǎn)在于保證車輪與鐵軌的接觸面——踏面的完整。在火車的啟動(dòng)和制動(dòng)階段，踏面與鐵軌之間會(huì)不可避免得產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，而高速滑動(dòng)時(shí)的摩擦?xí)a(chǎn)生上千度的高溫。在這樣的溫度下，踏面很容易被破壞，導(dǎo)致表面的材料剝離崩落。

▲“掉塊”現(xiàn)象是困擾國產(chǎn)車輪的一大問題

一旦車輪的踏面發(fā)射崩落，就會(huì)影響車輪的一致性，加劇行駛中的振動(dòng)。這樣的振動(dòng)不僅影響列車的平穩(wěn)行駛，發(fā)出噪音，還會(huì)降低列車各部分零件和鐵軌的壽。此外，在惡劣工況下長期運(yùn)轉(zhuǎn)，高鐵車輪還將面臨磨損和熱裂現(xiàn)象的威脅。這些問題輕則造成列車提前報(bào)廢，重則會(huì)引發(fā)重大安全事故。

▲ICE-1高速列車

1998年6月3日，從德國慕尼黑駛向漢堡的ICE-1高速列車在行駛過程中突然發(fā)生脫軌，導(dǎo)致了嚴(yán)重事故。列車上搭載的400名乘客中，101人死亡，105人受傷。在此之前，ICE-1列車已經(jīng)維持了7年的安全形勢，從未發(fā)生任何事故。

▲這是歷史上傷亡率最高的鐵路事故

經(jīng)過對(duì)事故現(xiàn)場的詳細(xì)勘測，調(diào)查團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：ICE-1列車的車輪設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷，車輪的鋼圈在使用中由于金屬疲勞斷裂，直接插入了車體，并且與鐵軌發(fā)生了刮擦，導(dǎo)致列車脫離軌道。小小一個(gè)車輪的損壞，就能引發(fā)如此恐怖的事故。

不申報(bào)專利，不發(fā)表論文，不接受參觀交流

由于日本和歐洲國家在高鐵行業(yè)起步很早，早在1963年，日本就開通了第一條時(shí)速超過200公里的鐵路，擁有豐富的相關(guān)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于高鐵車輪的生產(chǎn)技術(shù)也有著充分研究。

▲ICE-1事故的原因就是車輪設(shè)計(jì)存在缺陷

為了保證高鐵車輪的安全性，車輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須高度一致，哪怕是0.2毫米的內(nèi)部缺陷也可能造成車輪的開裂。相比普通火車車輪，高鐵車輪對(duì)于鋼材性能、鑄造方式、雜質(zhì)含量等都有著極高的要求。

▲能夠獨(dú)立生產(chǎn)高鐵車輪的國家少之又少

通常來說，高鐵車輪是由一整塊鋼坯制造而成的，經(jīng)過切割的高溫鋼坯被送入模具鍛壓，成型后再進(jìn)行熱處理和進(jìn)一步的加工，才能加工為成品車輪。隨后，這些車輪還要進(jìn)行全面檢測，確保車輪的尺寸、硬度、內(nèi)部狀態(tài)都符合標(biāo)準(zhǔn)，才能最終出廠。

▲正在進(jìn)行鍛壓的車輪

這樣的工藝聽起來不難，實(shí)施起來卻是困難重重。上文中軍武菌提到過踏面崩落的缺陷，而這正是長期困擾國產(chǎn)車輪的難題“掉塊”。踏面出現(xiàn)“掉塊”現(xiàn)象，主要原因是踏面的亞表面存在堆積的脆性氧化雜質(zhì)，在車輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這些雜質(zhì)就會(huì)開裂，導(dǎo)致踏面崩落。

▲高鐵的平穩(wěn)性要求非常高

問題的原因很容易找到，但如何解決卻是難點(diǎn)，必須從鋼坯的鑄造階段開始著手，這又涉及到了鋼材的配方和工藝。想要消除這些缺陷，必須經(jīng)過大量的試驗(yàn)和測試，才能找到最合適的配方。

▲路奇霓公司的車輪生產(chǎn)線

到了20世紀(jì)末，國際上高鐵車輪的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但相關(guān)技術(shù)卻被少數(shù)國家嚴(yán)格把控。全世界只有十幾個(gè)國家能夠生產(chǎn)高鐵車輪，而完整的高鐵輪對(duì)只有日本住友、德國BVV、意大利路奇霓、法國瓦頓四家公司能夠生產(chǎn)能夠生產(chǎn)高鐵車輪。其他國家想要發(fā)展高鐵，必須高價(jià)從這些企業(yè)購買。

▲高鐵車輪是一種消耗量極大的耗材

但高鐵車輪是消耗品，每運(yùn)行120萬公里就需要返廠檢修，運(yùn)行240萬公里就需要更換，要想大面積鋪開，車輪的消耗數(shù)量是驚人的。為了達(dá)到壟斷的效果，這些公司長期實(shí)行“三不”政策，即不申報(bào)專利，不發(fā)表論文，不接受參觀交流，嚴(yán)格防止技術(shù)外流，阻止其他國家發(fā)展高鐵技術(shù)。

沒有核心技術(shù)，只能受制于人

中國的鐵路建設(shè)也相當(dāng)早，但一直到20世紀(jì)60年代，中國才開始掌握車輪的加工技術(shù)。1964年，中國第一個(gè)國產(chǎn)熱軋車輪在馬鞍山鋼鐵公司車輪輪箍廠制造成功，結(jié)束了中國鐵路幾十年來使用洋輪的歷史。直到今天，馬鋼依舊還是中國最重要的鐵路車輪生產(chǎn)基地。

▲一直到60年代，國產(chǎn)列車都要使用“洋輪”

但受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件限制，中國的車輪技術(shù)長期停留在20世紀(jì)40年代的水平，直到80年代后，在“六五”、“七五”計(jì)劃期間，馬鋼投入了3000多萬元的資金改進(jìn)加工工藝，從歐洲發(fā)達(dá)國家引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，提高了國產(chǎn)車輪的技術(shù)水平。

▲中國車輪的技術(shù)水平長期停留在20世紀(jì)40年代

到了90年代，馬鋼再次進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，投入5個(gè)億的巨資從德國等國引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和工藝，淘汰老舊的生產(chǎn)線，基本解決了此前由于設(shè)備工藝?yán)吓f導(dǎo)致的質(zhì)量問題。與此同時(shí)，為了防止馬鋼在國內(nèi)“一家獨(dú)大”，我國陸續(xù)引進(jìn)了多條車輪生產(chǎn)線，并且直接進(jìn)口了部分高性能車輪，緩解了國產(chǎn)車輪質(zhì)量上的缺陷。

▲馬鋼如今已經(jīng)擁有世界一流的高鐵車輪生產(chǎn)能力

但對(duì)于車速超過每小時(shí)300千米的高鐵來說，國產(chǎn)車輪的性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)標(biāo)。國內(nèi)高鐵在建設(shè)初期采取了進(jìn)口與技術(shù)轉(zhuǎn)讓結(jié)合的路線，從法國、日本進(jìn)口列車的同時(shí)，也一并采用了進(jìn)口車輪。其中，時(shí)速低于300公里的列車使用日本住友生產(chǎn)的車輪，而時(shí)速高于300公里的列車則使用意大利路奇霓車輪。

▲早期的“和諧號(hào)”很多是整車從國外進(jìn)口的

雖然在引進(jìn)高鐵生產(chǎn)線的同時(shí)，國內(nèi)也引進(jìn)了車輪的生產(chǎn)線，但由于種種原因，國內(nèi)高鐵依舊需要長期購買昂貴的進(jìn)口車輪。而進(jìn)口的生產(chǎn)技術(shù)只是權(quán)宜之計(jì)，國內(nèi)的生產(chǎn)線也只是代工廠，核心技術(shù)仍然掌握著國外企業(yè)手中。如果國產(chǎn)高鐵想要出口到國外，但車輪廠家拒絕供貨怎么辦？如果受到外部因素影響，供貨商斷供怎么辦？就算沒有這些因素，進(jìn)口車輪的昂貴價(jià)格也限制了國產(chǎn)高鐵的發(fā)展。

引進(jìn)，吸收，再創(chuàng)新

實(shí)際上，此前國內(nèi)的車輪技術(shù)就已經(jīng)取得了不小進(jìn)步，在技術(shù)上的難點(diǎn)不大。早在2002年，全部使用國產(chǎn)CL50車輪的“中華之星”號(hào)試驗(yàn)車就跑出了321.5公里的時(shí)速。對(duì)于運(yùn)營時(shí)速在300公里以下的高速列車，國產(chǎn)車輪的性能已經(jīng)足夠達(dá)標(biāo)。

▲“中華之星”號(hào)列車

但在國內(nèi)高鐵發(fā)展的初期，由于“中華之星”等國產(chǎn)高速列車的可靠性和性能存在大量缺陷，在鐵道部某高層領(lǐng)導(dǎo)的指示下，相關(guān)部門不再支持自主研發(fā)，而是轉(zhuǎn)向進(jìn)口列車，采取“引進(jìn)-吸收-再創(chuàng)新”的路線，直接從國外進(jìn)口列車和生產(chǎn)線，也就是后來的“和諧號(hào)”系列。

從結(jié)果來看，這樣的方案是成功的?；谝M(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，中國的高鐵一夜之間就擠進(jìn)了發(fā)達(dá)國家的水平。如果只靠閉門造車，今天的中國高鐵不可能取得這樣快的發(fā)展。但這樣的方案也存在問題：高鐵的核心技術(shù)，是不可能買到手的。

▲吸收引進(jìn)國外技術(shù)，加快了國產(chǎn)高鐵的研發(fā)速度

以引進(jìn)日本技術(shù)的CRH-2為例，雖然中國引進(jìn)了全套生產(chǎn)線和設(shè)計(jì)圖紙，但高鐵的軟件源代碼、動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)都掌握在日方手中。車上的一個(gè)顯示器，國產(chǎn)的只要2萬，而日本進(jìn)口的要14萬，但由于系統(tǒng)兼容性的問題，必須高價(jià)買進(jìn)口顯示器。而機(jī)車的控制程序出現(xiàn)問題后，還需要外國技術(shù)人員才能維修。

▲如今，高鐵的國產(chǎn)化比例已經(jīng)超過90%

不過，中國在引進(jìn)高鐵技術(shù)時(shí)，擁有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢：市場。2004年，國務(wù)院通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，計(jì)劃在2020年將中國的鐵路里程延伸到10萬公里，建成四橫四縱的客運(yùn)專線，這是人類歷史上最大規(guī)模的高速鐵路建設(shè)計(jì)劃。對(duì)于國外企業(yè)來說，中國高鐵這塊蛋糕簡直大得難以想象。

▲中國高鐵的市場大的驚人

因此，在鐵道部與國外企業(yè)進(jìn)行談判時(shí)，可以說是占盡了優(yōu)勢。鐵道部明確要求，參與投標(biāo)的外企必須以中外合資企業(yè)的形式參與，并且擁有國際領(lǐng)先技術(shù)支持，具備自主制造能力。而背后的目標(biāo)，則是通過采購高鐵換取相關(guān)技術(shù)。

▲中國市場這塊蛋糕，人人都想分一杯羹

在巨額利潤的誘惑下，投標(biāo)方紛紛拿出了自己壓箱底的技術(shù)。其中，日本高鐵聯(lián)合體和南車集團(tuán)合作，提供了新干線技術(shù)，而龐巴迪早已經(jīng)和南車集團(tuán)建立合資公司，技術(shù)轉(zhuǎn)讓也不成問題。但在競標(biāo)企業(yè)之中，性能最好，也最被國內(nèi)看好的德國西門子卻仗著自己的的技術(shù)優(yōu)越，給原型車和技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用開出天價(jià)，原型車每列3.5億人民幣，技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用更是高達(dá)3.9億歐元。

▲德國西門子ICE-3的技術(shù)先進(jìn)，也最被中國看好

看到德國人獅子大開口，北車集團(tuán)也絲毫不退讓，直接宣布西門子出局，轉(zhuǎn)而向法國阿爾斯通采購原型車和技術(shù)。在首輪競標(biāo)中，日本高鐵、龐巴迪和阿爾斯通各分到了一杯羹，而西門子卻一無所獲。這樣的重大戰(zhàn)略失敗讓西門子高層極度震怒，將談判團(tuán)隊(duì)全體踢出了公司。

▲失去中國市場，是西門子不可能接受的

2005年，鐵道部開始了第二輪談判，開始計(jì)劃引進(jìn)時(shí)速300公里的高鐵。除了日本方面明確表示拒絕轉(zhuǎn)讓技術(shù)外，其他企業(yè)都繼續(xù)參與了新一輪競標(biāo)。吃了大虧的西門子這次放低姿態(tài)，不僅愿意低價(jià)出售原型車，還以8000萬歐元的“白菜價(jià)”轉(zhuǎn)讓了生產(chǎn)技術(shù)，手把手教中國人怎樣造高鐵。

▲為了換取中國市場的份額，西方國家只能提供先進(jìn)技術(shù)

雖然所有參與競標(biāo)的外企都知道，中國采購進(jìn)口列車只是權(quán)宜之計(jì)，早晚有一天，中國會(huì)吸收自己的技術(shù)，并且發(fā)展純國產(chǎn)的高速列車。但即使是這樣，中國在前期采購的列車和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方也能讓他們賺得盆滿缽滿。但恐怕沒人想到，中國對(duì)于高鐵技術(shù)吸收的速度會(huì)有多快。

僅僅用了不到3年時(shí)間，北車集團(tuán)就實(shí)現(xiàn)了西門子Velaro列車的國產(chǎn)化，不再需要從德國訂購。而在日本拒絕轉(zhuǎn)讓時(shí)速300千米技術(shù)后，南車集團(tuán)也在新干線的基礎(chǔ)上，在2008年獨(dú)立開發(fā)出了時(shí)速300千米的高速列車。

▲脫離日本的技術(shù)支持，中國依舊發(fā)展出了高速列車

在引進(jìn)的高鐵技術(shù)中，高鐵車輪的生產(chǎn)線引進(jìn)自然也是重要組成部分。按照原計(jì)劃，中國智波公司將與德國BVV合作，引進(jìn)一條高鐵車輪生產(chǎn)線，但最終，智波轉(zhuǎn)而和意大利路奇霓合作成立了智奇公司。但在技術(shù)轉(zhuǎn)讓和價(jià)格方面，意方堅(jiān)決拒絕松口。一直以來，智奇都不掌握高鐵輪對(duì)生產(chǎn)的核心技術(shù)，只是作為意方的代工廠。

▲BVV由于錯(cuò)失中國市場，最終被中資企業(yè)收購

不過，BVV的談判失敗造成了一個(gè)意想不到的后果：BVV失去中國市場后經(jīng)營不善，最終在2016年被股東出售，而買家正是中資企業(yè)富山公司。再加上2014年被馬鋼收購的法國瓦頓，高鐵輪對(duì)的四大巨頭已經(jīng)有一半被中國收入囊中。

國產(chǎn)車輪的崛起

2011年后，由于鐵道部某高層領(lǐng)導(dǎo)被撤職，隨后鐵路系統(tǒng)經(jīng)過改組，國內(nèi)高鐵的發(fā)展方向發(fā)生了重大改變。在吸收結(jié)合了國外先進(jìn)技術(shù)后，國內(nèi)高鐵技術(shù)已經(jīng)有了不小的進(jìn)步，只是由于政策原因暫時(shí)無法投入使用。而在相關(guān)政策的支持下，國產(chǎn)高鐵以及其他相關(guān)配套系統(tǒng)迅速脫穎而出。

▲國產(chǎn)高鐵的發(fā)展長期受到限制

2013年，國產(chǎn)D1車輪在CJ1動(dòng)車組身上試驗(yàn)成功，開始投入時(shí)速250千米的線路運(yùn)營，性能表現(xiàn)優(yōu)于進(jìn)口車輪。從2014年開始，國內(nèi)開始著重攻關(guān)時(shí)速350千米高鐵車輪的自產(chǎn)技術(shù)。2015年，運(yùn)用了大量先進(jìn)技術(shù)的國產(chǎn)D2車輪研制成功，裝配于CR400系列“藍(lán)海豚”和“金鳳凰”動(dòng)車組，實(shí)現(xiàn)了高鐵車輪的國產(chǎn)化。

▲“復(fù)興號(hào)”開始換裝國產(chǎn)高鐵車輪

和歐洲進(jìn)口的ER8車輪相比，國產(chǎn)車輪不僅價(jià)格便宜的多，而且性能上也更具備優(yōu)勢。D2車輪采取了全新的中碳Si-V微合金鋼材，極大的提升了車輪的斷裂韌性和抗拉強(qiáng)度，在硬度、抗熱損傷、抗磨損等方面都優(yōu)于進(jìn)口車輪，有效提升了使用壽命，降低了運(yùn)營成本。

▲CR400AF安裝的國產(chǎn)高鐵車輪

不過，出于安全性考慮，國內(nèi)規(guī)定一列火車只能使用一種車輪，禁止混裝車輪的行為。而當(dāng)時(shí)國內(nèi)絕大多數(shù)高鐵都使用進(jìn)口車輪，除非把車輪全部換掉，否則只能繼續(xù)進(jìn)口車輪。而在2018年后，經(jīng)過嚴(yán)密的安全性測試，國內(nèi)開始運(yùn)行在同一列車上安裝不同車輪，早期安裝進(jìn)口車輪的高鐵也可以換裝國產(chǎn)車輪。這也極大拓展了國產(chǎn)車輪的適用范圍。

目前，國內(nèi)高鐵車輪的國產(chǎn)化比例已經(jīng)超過了50%，未來將會(huì)進(jìn)一步增加。國產(chǎn)高鐵車輪不僅能夠供應(yīng)國內(nèi)市場，還通過了國外的市場認(rèn)證，出口到了韓國、印度、德國等多個(gè)國家。2017年，德國鐵路向馬鋼訂購了160件高速車輪，并且順利通關(guān)了檢測，投入了運(yùn)行。

▲軌道交通車輪的市場還在逐年增長中

根據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，2018年，全球軌道交通車輪輪對(duì)的市場規(guī)模達(dá)到了27.02億美元，并且還在逐年上升之中，而中國在其中所占的產(chǎn)量和銷量均為世界第一。國產(chǎn)車輪不僅擁有極為龐大的國內(nèi)市場，還能夠廣泛供應(yīng)國際市場需求。

▲中國車輪的銷量已經(jīng)超過獨(dú)聯(lián)體國家的總和

根據(jù)印度媒體報(bào)道，這次向中國采購的車輪價(jià)格比烏克蘭方面的報(bào)價(jià)更高，但只高出了1.6%，還在可以承受的范圍之內(nèi)。如果印度向歐洲或者日本訂貨，價(jià)格恐怕是國產(chǎn)車輪的幾倍還不止。國產(chǎn)高鐵的安全性有目共睹，國產(chǎn)高鐵車輪在國際市場上也逐漸受到認(rèn)可。中國車輪性能優(yōu)秀，價(jià)格也便宜，自然是最佳選擇。

▲大家覺得這個(gè)涂裝怎么樣？

中國的高鐵技術(shù)先進(jìn)，已經(jīng)是世界公認(rèn)的事實(shí)，也是中國制造的代表。高鐵車輪的國產(chǎn)化不僅能保證國內(nèi)高鐵發(fā)展不再受制于人，更能提高中國制造的含金量。如今，就連對(duì)車輪質(zhì)量要求嚴(yán)格，國內(nèi)擁有自產(chǎn)能力的德國鐵路都開始向中國訂貨，更顯示出國產(chǎn)車輪的優(yōu)秀。