蒸気機関車
高速運転できない。一般的な構造を備える蒸気機関車の速度は、動輪の直径とシリンダーの往復速度に比例するため、シリンダーの往復速度を速く、また動輪径を大きくするほど高速運転が可能となる。しかしシリンダーの往復速度の上限は、シリンダーとそれを支える台枠の剛性や強度、それにシリンダーやロッドなどの慣性質量に依存することから、ホイールベースが長く高速走行をする機関車ほど振動が激しくなり、通常の構造では一定の速度以上への引き上げは難しい。また動輪径についても、動輪の後方で従輪で火室を支えたり、ボイラー下に火室や動輪がこないガーラット式などの構造である程度カバーはできるものの、大径化に伴いボイラーや火室の邪魔になる他、軌間(レールの幅)を大幅に越えると一般に重心が高くなるため走行が不安定になり、危険である。このため標準軌でも実用になったのは7 - 8フィート(2135 - 2440mm)付近(20世紀に入ってからは7フィート以下が普通)であり、これ以上に大径の動輪は実験的なものである。 蒸気機関車の最高速度は、狭軌 (1067mm) では1954年に日本のC62形17号機が129km/hを記録し、標準軌 (1435mm) では1936年にドイツの05形が、1938年にイギリスのLNER A4がそれぞれ時速200kmをわずかに超えた速度を記録している。しかしLNER A4はページにある通り無理やりに速度を出した場合の数値である。C62はまだまだ余力を残しており10‰勾配と曲線を超え木曽川橋梁から岐阜へ向かえば140km/hは出せていた。C62の営業列車で120㎞/h以上(速度計の数値は120㎞/hまでしか書かれていない)の速度を出す機関士もおり、他の機種でも戦時中の若い機関士を中心に客車を引っ張って129km/h以上を出すこともあった。
営業最高速度は日本と同じ1067mm軌間ではインドネシア(1000形=C53形)やニュージーランド(Ka形(NZR KA class)の時速120km前後が最高(日本は前述のとおり130km/hほどの速度を出すこともあったが600メートル条項の建前上時速100km程度)である。なお インドネシア(1000形=C53形)は90kmほどで機関車が手に負えないほど振動が激しくなり、1931年に試験目的で100kmを出してみたところ更に激しく揺れたため最高速度は90kmに制限されており、120kmの営業運転がされていたと言う記述は信憑性が全く無い。インドネシアの最速機関車は110㎞の記録を出したC28タンク機関車で短距離高速列車を90kmから95kmの営業最高速度で運転していた。さらにニュージーランドKa形についても 同国のJA形が120kmを超えた逸話と混同しており、蒸気機関車時代の営業運転速度は120kmどころか50マイル(80.5 km/ h)である。またニュージーランド最速記録は英国から輸入したレールバスの125.5kmであり、それに迫る速度で営業運転をしていたことになる。標準軌でも、前述の最高速度記録を持つイギリスのLNER A4は、通常運行では安全面から時速90マイル(145km)ほどである(ドイツの05形に至っては車両自体が高速性特化で牽引力が低いため4から5両程度の客車しか引けずに量産されてない)。一方こういった問題のない電気運転の場合は、1903年にすでに時速200kmを突破した記録がある。(高速鉄道の最高速度記録の歴史も参照)
低速においても、鉱物などの大量輸送で見かけるような時速20-40km程度では、本来の力を発揮できない。これは構造にもよるが、蒸気機関車は通常時速50kmから100kmで最高出力となるためでなので、時速15kmほどから強力な牽引力が発揮できるうえ、トルクの変動(空転の原因になる)もなく、機関車重量すべてを粘着重量にとれる電気式ディーゼルの方が圧倒的に有利。
始動に時間がかかる。煙缶式ボイラーが完全に冷え切った状態の場合、火入れ・蒸気の発生に数時間前から作業開始する必要がある。また走行終了後も石炭ガラの廃棄などの作業が必要。
電気機関車やディーゼル機関車の場合1人でも運転可能であるが、蒸気機関車の運転には、走行操作をする機関士とボイラーに水や石炭を送る操作をする機関助士の2人が必要となるため、2倍の人員を必要とする。後年自動給炭が可能なものも登場したが、機関助士の乗務を不要とするには至っていない。また、電気機関車やディーゼル機関車は重連運転の場合先頭車にだけ運転士が乗っていればよいが、蒸気機関車の場合は重連で四人、三重連だと六人の人員が必要になる。なお、燃料を石油だけにすれば1人でも運転可能ということにはなるが、他の欠点を補えるわけではないので、そのような時代が来る前に電気機関車・ディーゼル機関車の時代になった。
高温を発するボイラーを稼動させるために、運転士(機関士、機関助士)が過酷な労働を強いられる。とりわけ夏季の高温環境における石炭投入などの重労働、冬季の寒気や雪の吹きさらしによる肉体的負担が挙げられる。
前方視界が悪い。構造上大型のボイラーを前方に配置せざるを得ず、結果線路上の障害物や軌道の損傷の発見も遅れて、大事故に結びつきやすい。
性能が条件により変化し、一定しない(燃料の発熱量、タンク機関車の場合は燃料と水の使用に伴う軸重の変化も影響する)。
大量の煤煙・ガスを排出するのでトンネルでは窓を開けられない(この関係で山国では早くから電化が進んでいることが多い)。日本国内では急勾配と長大なトンネルが多く、統計によると1931年(昭和6年)から1941年(昭和16年)までにトンネル内での乗務員事故36名、犠牲者2名を出している。狩勝トンネルでは9600形の乗務で事故や犠牲者が出ており安全衛生の改善を発端に争議が発生した。1928年には、急勾配のため従来から立ち往生や逆行を起こしていたD50形二両が牽引する貨物列車がトンネルで空転を起こし、救援に向かった列車も立ち往生してしまい全員が窒息による危篤状態に陥り、3名(5名説もあり)が死亡、12名が昏倒する悲惨な事故が起きている。
煙の火の粉が線路周囲の森林や草・家屋などに燃え移ることにより、時として山火事や火事が起きる。藁葺きや木の屋根が普通であった時代には火災が多発し、これによる鉄道忌避伝説もある。
保守に手がかかる。
摩耗部分が多く、日本の場合約39万km走るとオーバーホールしていた(同時期の電車や電気機関車は80万kmほどでオーバーホール)。
ボイラー部などの熱・高圧疲労・耐用年数による老朽化。
水垢の蓄積。
燃料と水を補給する必要があり、大型機では約100kmごとに補給が必要。そのため、駅や機関区などに水・石炭などの補給や、使用済みの石炭ガラ処理用の大型設備が必要となる。また、電気機関車などのように1000km程度の長距離を乗務員の交代のみで運転することは出来ず、機関車の所要数が増える。
機関車そのもので蒸気を発生させて走るため性能の発揮に熟練が必要。とりわけ特急列車のような「計算上の最大出力を出さねばダイヤが維持出来ない」列車の場合、石炭や水の使用効率のことも考えると特に技量の高い機関士・機関助士を必要とする。
設計上逆向き運転が考慮されておらず、転車台・デルタ線・ループ線など方向転換のための設備を必要とする。ただし、後年にはC11形やC56形など逆向き運転が容易な形式も出現した。また、石油だけを燃料とするなら必ずしも運転席をボイラーと炭水車との間に設ける必要はないので、理論的には逆向き運転も容易になる。
こうした理由で、ディーゼル機関車の発展が早かった米国では1930年代頃から蒸気機関車に挑戦するようになり、1946年の調査では、蒸気機関車が得意な特急牽引(蒸気機関車は低速だと全力が出せない)の仕事でさえ、NYCのナイヤガラ特急牽引機で比較した結果、初期コストと運用コストのいずれにおいても蒸気機関車と(電気式)ディーゼル機関車がほぼ同じ経済性とされるほどになっていた。1950年代に至っては、大半の鉄道会社がゼネラルモーターズ(GM)やゼネラルエレクトリック(GE)のディーゼル機関車に置き替えていた。
フランスでは技師たちの努力により、個々の性能ではディーゼル機関車どころか、1952年にパリ‐リヨン間の電化区間で主力になる予定だった電気機関車(パリ・オルレアン鉄道から引き継いだ機関車の改良型、3900馬力)よりも大馬力の蒸気機関車まで存在した。しかし電化の方が将来性があるとして、1948年から蒸気機関車新造を打ち切っており、これ以後は改造機もほとんどない。
日本でも新造は1948年のE10か改造名義だが実質新規製造のC62(1949年)までで、1950年代は従輪の付け替え程度の改造にとどめていた。その後国鉄は「動力近代化計画」として1960年(昭和35年)の会計年度より蒸気機関車を15年で全廃する計画を立て、電化やディーゼル化を推進した。そして梅小路蒸気機関車館に保存された車両を除き、予定通り1975年(昭和50年)の年度末となる1976年(昭和51年)3月に完了させた。
ドイツでも戦後量産されたのは、3000両以上あるプロイセンP8型の置き換え用として戦前に計画された、2-6-2プレイリーの23形だけであり、1959年末の製造終了をもって、ドイツ国鉄(DB)における蒸気機関車の新造は打ち切られた(東ドイツのDRでは改造機も含めるともう少し製造を行っており、ベルリンの壁崩壊まで残存の機関車もいた。)。
イギリスは、先進国の中では最も長く蒸気機関車の製造を続けており、1950年代にも完全新設計の機関車が新造されていたが、イギリス国鉄(BR)は1960年の貨物用2-10-0イブニングスターを最後に蒸気機関車の製造を打ち切り、1968年には蒸気機関車の商業運行を打ち切った。
ドイツ・ツィッタウのザクセン・オーバーラウジッツ鉄道(Sächsisch-Oberlausitzer Eisenbahngesellschaft)
動態保存は世界の複数の国で実施されている。日本も含む。
日本国内については動態保存中の蒸気機関車を参照。
ユニオン・パシフィック鉄道3985号蒸気機関車(チャレンジャー)
ユニオン・パシフィック鉄道4000形蒸気機関車(ビッグボーイ)
ユニオン・パシフィック鉄道800形蒸気機関車(FEF)
チェサピーク&オハイオ鉄道H8形蒸気機関車(アレゲニー)
ニューヨーク・セントラル鉄道J形蒸気機関車(ハドソン)
ニューヨーク・セントラル鉄道S形蒸気機関車(ナイアガラ)
グレート・ウェスタン鉄道1000形蒸気機関車(カウンティ級)
グレート・ウェスタン鉄道2900形蒸気機関車(セイント級)
グレート・ウェスタン鉄道3252形蒸気機関車(デューク級)
グレート・ウェスタン鉄道3300形蒸気機関車(ブルドッグ級)
グレート・ウェスタン鉄道3700形蒸気機関車(シティ級)
グレート・ウェスタン鉄道4000形蒸気機関車(スター級)
グレート・ウェスタン鉄道4073形蒸気機関車(キャッスル級)
グレート・ウェスタン鉄道4120形蒸気機関車(アタバラ級)
グレート・ウェスタン鉄道4900形蒸気機関車(ホール級)
グレート・ウェスタン鉄道6000形蒸気機関車(キング級)
グレート・ウェスタン鉄道6959形蒸気機関車(改ホール級)
サザン鉄道V形蒸気機関車(スクールズ級)
国鉄の車両形式一覧#蒸気機関車を参照。
A2 I
A2 II
イギリスでは数々の先進技術を導入した最高速度200km/hの5AT先進技術蒸気機関車の計画が進められていたが、2012年に資金難で中止された。