1.2.1 轨道车辆用材料发展特点

1.轨道客车材料应用发展情况

轨道客车以载客为目的，是动车组、普通客车及城轨地铁的统称，通常车体采用碳素钢、不锈钢及铝合金三种材料。城轨地铁时速120km以下，多为高强度不锈钢材料，也有部分城市的车辆选择铝合金材料；普通客车时速120~200km，多为碳素钢材料；动车组因速度等级高，多采用轻量化铝合金材料。近几年来，磁悬浮作为一种新的载运工具，进入轨道客车家族之中，尤其是时速600km高速磁悬浮，必将推动轨道交通领域新一轮的技术革命，目前采用铝合金材料，未来拟采用纤维增强复合材料。不同材料车体技术指标对比情况见表1-1，轨道车辆车体材料应用情况以及发展趋势如图1-11、图1-12所示。

表1-1 不同材料车体技术指标对比

（续）

图1-11 轨道车辆车体材料应用情况

图1-12 材料发展趋势

（1）不锈钢车体 不锈钢车体（见图1-13）采用板梁组合、整体承载、高强度冷作硬化不锈钢焊接结构，端部底架为中厚板碳素钢焊接结构。目前采用电阻点焊工艺为主、辅以电弧MAG焊的工艺模式。车辆具有无涂装、免维护、耐蚀性好、安全性高及污染小的技术特点，同时存在气密性差、变形控制难度大，工装、模具数量多的不足，目前主要用于时速120km以下的城轨地铁领域。

图1-13 不锈钢地铁车辆

轨道车辆用不锈钢材料主要为301L超低碳高强度冷作硬化不锈钢薄板，常用厚度为0.6~5.0mm，部分指标需结合车辆制造特点进行严格控制，以保证材料良好的可加工性、结构承载及综合服役能力。不锈钢材料用于轨道客车制造，应重点控制板型精度、易成形性和焊接性三项指标，譬如同一批次不同位置及不同批次间不锈钢材料成分、组织及力学性能指标应稳定。目前，国产不锈钢材料缺乏面向运行环境的疲劳、耐蚀等服役性能数据，材料的成分、组织及性能的均匀性和稳定性有待提高。

（2）铝合金车体 铝合金车体采用通长中空薄壁型材插接结构，其底架为中厚铝板及型材的框架结构（见图1-14）；采用全自动MIG焊接，部分位置受空间所限辅以半自动MIG焊的工艺模式；具有工艺简单，自动化程度高，车体刚度、平面度、气密性、轻量化效果好的技术特点；但存在防火性差、型材挤压要求高的缺点；因此主要用于动车组车辆、部分城轨地铁。

图1-14 铝合金车体材料应用情况

铝合金车体采用5、6、7系型材及板材，常用厚度6.0mm以下。通过引进、消化、吸收再创新，已具备轨道车辆用铝合金材料的国产化能力，形成国家标准并在中国标准动车组中全面执行。三类材料应用的主要问题为5系材料强度低、6系材料接头软化、7系材料耐应力腐蚀能力有待提高等。因此需结合不同运用环境夯实材料服役性能数据，提升其综合服役能力及质量稳定性。

（3）碳素钢车体及构架 碳素钢车体及构架（见图1-15）多采用耐候钢和低合金高强度结构钢材料，强度低、重量大，耐蚀性能差，构架综合服役能力较差。碳素钢作为一种经济性、工艺性好的材料，其应用发展的方向为：力学性能、耐蚀性能需进一步提高，同时保证其良好的焊接性，以提升车辆的综合服役能力和轻量化水平。

图1-15 碳素钢车体及构架

（4）碳纤维车体 纤维增强复合材料尤其是碳纤维材料，以其高强、高耐候、轻量化的优异性能以及在航空、航天等领域的成熟应用，成为解决未来高铁及时速600km高速磁悬浮列车进一步高强度化、轻量化问题的绝佳选择。但其目前亟需解决的技术问题为：轨道车辆碳纤维材料的工程造价高，其性能评估、质量评价、损伤修复、检验检测以及连接技术体系尚未建立，技术研发滞后于轨道交通行业发展需求。碳纤维材料在轨道车辆中的应用实例如图1-16 所示。

2.轨道货车材料应用情况

目前，轨道货车材料主要为耐候钢，为了实现高速重载的目标，进入21世纪后，屈服强度级别为400MPa、450MPa、500MPa、550MPa的高强度耐候钢系列问世。其中Q450NQR1钢已经广泛应用于70t、80t级货车制造，为货车增加载重创造了条件。2005年开始，采用耐候性能更好的铝合金和TCS铁素体不锈钢制造的C80型和C80B型运煤专用敞车投入大秦线运用。高强度不锈钢、铝合金及碳纤维复合材料具备轻量化的工程特点，未来也将会是铁路货车的重要发展方向。

图1-16 碳纤维材料在轨道车辆中的应用实例