不锈钢轨道客车发展前景乐观

    记者从不久前召开的2005年中国不锈钢行业年会上获悉，2010年以前，铁道部初步计划采购600列（每列8辆），总数4800辆200公里/小时客车，其中部分车辆将为不锈钢客车。长度1300公里的京沪客运专线的设计速度为300~350公里/小时，车辆只能使用铝合金客车。据预测，未来5年，新建各种类型的轨道交通将达到2000公里左右，需地铁车辆超过8000辆，其中部分车辆将为不锈钢车辆。如果考虑到轨道客车车体结构、表面、内饰等方面的用量，不锈钢在轨道客车制造市场的应用前景乐观。
    当前不锈钢轨道用车的市场状况
    据长春轨道客车股份公司专家王旭东介绍，目前我国正在建设的地铁线约有11条共200多公里，约需车辆1400多辆，其中不锈钢车约192辆。沈阳、哈尔滨、成都、杭州、青岛、西安、福州、长沙、郑州、佛山等大中城市正在积极筹划建设不同类型的轨道交通。
    目前，北京、大连的地铁车辆厂正在筹建不锈钢客车生产线。随着用户对不锈钢客车的认识和使用经验的增加，选用不锈钢地铁车的城市也将会从北京、天津扩展到其他城市。铁道客车分为铁路客车和城轨交通车辆两大类，使用寿命一般要求25~30年。目前，我国自行设计制造的铁路客车，主要有21型、22型和25型铁路客车。截至2003年末，我国铁路客车保有量已达到40487辆。城轨交通车按运量大小分为地铁车、轻轨车和有轨电车。除大连、长春和鞍山有少量的轻轨和有轨电车外，我国今后将主要发展大运量的地铁交通。截至2004年末，已有北京、天津、上海、广州、大连、武汉、深圳、重庆和南京7个城市开通了地铁，营运里程310公里，拥有车辆2000多辆。
    不锈钢在轨道客车的应用范围
    随着我国经济的发展，用户不但要求车辆外表美观、性能先进、还要求维修工作量小；不仅要考虑初期采购价格，还要考虑日后维修成本。所以，寿命周期成本对轨道客车的设计和制造将产生重要影响。
    轨道客车由车体、转向架、车钩、制动装置、电气设备和车上设备等组成，零部件采用了多种金属、非金属材料。采用不锈钢制作的零部件具有外表美观、寿命长和维修工作量少等优点，所以不锈钢在轨道客车上正得到越来越广泛的应用。如，为了防止腐蚀，我国地铁车空气制动管、弯头和阀门都使用304不锈钢，每辆车需要约300千克。轨道客车的车顶装有2台空调机组，空调机组的壳体为不锈钢，每辆车需要200千克以上。在内装饰上使用不锈钢的地方很多，如扶手杆、电热器罩板等装饰件表面需要抛光，地板上的零件、侧门导轨、水管等零件需要良好的防腐及耐磨能力。此外，在广州、武汉等气候炎热地方运行的地铁车的客室座椅，多使用不锈钢材料。
    普通钢、铝合金和不锈钢车体优劣比较
    车体是一个上部为圆弧形、下部为矩形的封闭壳体，称为薄壁筒型整体承载结构。车体的重量约占车辆自重的1/3，车体材料主要有普通钢、不锈钢和铝合金。普通钢和不锈钢车体结构采用骨架的外面敷上薄板的板梁结构；利用铝合金良好的挤压性，得到骨架与外板合为一体的大断面铝型材，铝合金车体采用大断面铝型材焊接结构。
    普通钢指的是碳结钢、耐候钢。普通钢价格低、工艺性好，但容易发生腐蚀。车体钢结构被腐蚀后，不仅金属构件容易受损，会降低承载能力，而且腐蚀凹坑会造成应力集中。车体腐蚀穿透后会造成漏雨，影响使用。钢结构腐蚀还增加设备和内装结构的拆装工作量和材料消耗，增加修车成本。我国碳钢车体大修时间为6年，而耐候钢（09CuPCrNi）车体的大修时间达到8~10年。总之，普通车体造价较低，但车辆自重大，车体腐蚀严重，维修费用很高。
    表面基本无缺陷。钢轨表面基本无原始缺陷，不仅时保证钢轨安全使用有益，而且可以减少表面接触疲劳伤损的出现，延长钢轨的使用寿命。客运专线铁路要求严格控制钢轨表面缺陷，其中要求：在热状态下形成的钢轨表面缺陷深度踏面部位≤0.35mm，钢轨其他部位≤0.5mm；在冷状态下形成的钢轨表面缺陷深度为钢轨踏面和轨底下表面≤0.3mm，钢轨其他部位≤0.5mm。另外，技术条件还规定了钢轨表面缺陷的修磨要求。
    浅的脱碳层深度。钢轨表层脱碳，会造成表面硬度降低和耐磨、耐剥离性能下降，会导致波状磨损等表面伤损的过早出现。这对要求平顺性高的客运专线铁路十分重要，因此客运专线铁路在开通运行关均要采用打磨列车打磨。高速铁路钢轨的轨头表面脱碳层深度（近似全脱碳深度）一般要求≤0.3mm。若正常的钢坯加热制度达不到这一要求，则应对钢坯进行防脱碳涂层处理。
    低的残余拉应力。钢轨中轨底残余拉应力对钢轨的使用有很大的影响，残余拉应力的存在将增加钢轨发生脆断的危险以及降低钢轨疲劳寿命。客运专线钢轨技术条件规定，轨底最大纵向残余拉应力应≤250Mpa。
    高的断裂韧性和低的疲劳裂纹扩展速率。一般钢轨标准采用断后伸长率A来衡量轨钢的塑性，而对韧性指标没有明确要求。技术条件对断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等作出了具体规定。
    严格出厂检验，确保实物质量。客运专线铁路钢轨要求进行严格的实物质量检验：钢轨平直度激光自动检测，确保钢轨平直度，尤其是3m左右的周期性不平顺；钢轨轨头顶面和轨底面表面涡流深伤（探测出＞0.3mm深度的表面缺陷），保证钢轨的表面质量；多探头钢轨超声波深伤（要求12个及以上，采用f2.0m平底孔当量进行缺陷标定），确保出厂钢轨的内部质量等。
    采用强韧性匹配合理、焊接性能优良的钢种。高速铁路钢轨的选择，国外一般采用强度等级为800Mpa~880Mpa级的普通碳素热轧钢轨。这主要是由于高速铁路轴重小，线路曲线的半径大，钢轨的磨耗并不严重，而钢轨的韧塑性指标以及焊接性能最为重要。
    高几何尺寸精度、高平直度。钢轨的几何尺寸高精度、高平直度是客运专线铁路实现平顺运行的重要保证。技术条件中对钢轨的几何尺寸公差以及钢轨端头和本体的平直度、扭曲等都作出了具体要求。
    采用长定尺钢轨，减少焊接接头。客运专线铁路要求轨道平顺，必须实施焊接，铺设无缝线路。而焊接接头和道岔区往往是导致钢轨波浪变形、影响列车运行平顺的主要部位，因此，现代铁路要求增加定尺钢轨的长度，以减少焊接接头的数量。另外，一根钢轨经过矫直机矫直后，形成5个区域：在钢轨两端各形成一个非矫直区及过渡区，中部为矫直变形区。各个区域的轨高、头宽尺寸都有不同程度的变化，在正常情况下高度差达0.4mm，头宽差0.1mm。钢轨长尺生产采用长尺矫直冷踞定尺工艺，利用热轧头尾余量切除矫直区和过渡区，使整支钢轨尺寸高度一致，提高钢轨整体的平顺度。例如法国生产的80m长定尺钢轨，长尺矫直后冷锯定尺时钢轨两端各锯去1.5m，德国则锯去0.8m。这既可充分消除其端部存在的矫直和探伤盲区，还可提高钢轨的成材率，保证端部平直度、端头内部质量以及钢轨全长的性能质量。钢轨长定尺生产还便于对钢轨进行热预弯，减少钢轨矫直前的弯曲度，以降低钢轨因矫直引起的残余应力和表面损伤。因此，客运专线钢轨技术条件明确规定了钢轨定尺长度为100m。
    国内钢轨生产技术水平亟须提升
    从铁道科学研究院对国产秦沈客运专线钢轨与进口法国高速铁路钢轨相比结果可看出，由于国产钢轨生产已经采用了“精炼”技术，在内部质量方面基本与进口钢轨相当，但在以下方面还存在较大差距：国产钢轨存在的表面缺陷较多，钢轨表面脱碳层深度也较深，在供轨过程中出现的质量异议也最多，而进口钢轨基本没有肉眼可见的缺陷；个别几何尺寸出现超差、轨端平直度与进口轨有差距；挑拣合格率太低，只达到50~60%；由于钢轨漏检率较大，使用中出现较多的早期损伤。这说明国产钢轨质量的稳定性和可靠性有待于进一步提高，钢轨实物的检测水平有待于进一步改善。
    造成上述质量差异的主要原因是由于国内钢厂当时未采用万能法以及长定尺技术，钢轨的出厂检验手锻也不够完善。因此，为了更好满足客运专线铁路用钢轨的技术要求，国内钢轨生产厂还需要在万能法轧制钢轨以及长定尺生产方面进行技术改造，以进一步提高钢轨的性能质量。
    今年1月份，铁道部有关方面对攀钢、鞍钢、包钢、武钢4个钢厂钢轨生产技术改造情况进行了考察。除了武钢外，3个钢厂均按国外先进的高速铁路钢轨生产工艺即“精炼”、“精轧”、“精整”及长尺化生产的要求进行技术改造，有的已基本完成，有的即将完成。
    技术改造完成后，我国钢轨生产厂在设备方面将达到国际一流水平，但如何生产出国际一流的具有高安全性、高几何尺寸精度、高平直度的客运专线铁路用钢轨还有待有关方面共同努力。