軌道交通用鋼情況分析
2019-05-15 12:02:53
作者：王興艷 李丹 來源：工業(yè)和信息化部賽迪智庫原材料工業(yè)研究所
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一、軌道交通用鋼種類及特點(diǎn)分析
1.產(chǎn)品分類
軌道交通包括地鐵、輕軌、有軌電車等城市軌道交通，也包括高速鐵路、普速鐵路等鐵路交通。軌道交通用鋼主要包括線路鋪設(shè)用鋼、車輛用鋼，以及橋梁、隧道、車站等基礎(chǔ)建設(shè)用鋼、電氣化鐵路用鋼等，鋼材品種種類繁多（表1）。
表1 軌道交通線路鋪設(shè)及車輛用鋼主要品種
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用途
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主要用鋼品種
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線路鋪設(shè)
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主要包括鋼軌（輕軌和重軌）及其配件（配件包括魚尾板、墊板、道岔軌、軌距擋板等），軌枕用鋼（調(diào)制鋼筋、精軋螺紋鋼筋、高強(qiáng)螺栓、預(yù)應(yīng)力鋼絲等）
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車輛用鋼
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車輪、輪轂、車軸、滲透軸承鋼、彈簧鋼、耐蝕鋼、耐候鋼、冷彎型鋼、H型鋼、彩涂板、不銹板等，其中鐵路貨車用鋼主要是高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼
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基建用鋼
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主要是螺紋鋼筋、線材、圓鋼、鋼板等
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電氣化鐵路用鋼
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H型鋼、鋼絞線、各種尺寸的耐候型鋼及鋼管等
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資料來源：賽迪智庫原材料所整理
2.特點(diǎn)分析
（1）鋼軌鋼軌直接承受車輪傳遞的列車及其載荷質(zhì)量，并引導(dǎo)列車的行進(jìn)方向。與普通線路相比，客運(yùn)專線、高速列車及重載列車對(duì)鋼軌的安全性要求極為苛刻。鋼軌不僅要承受機(jī)車、車輛的壓力，還要承受列車高速運(yùn)行所帶來的沖擊載荷，因此鋼軌需要具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性以及良好的焊接性能。通常，按照抗拉輕度鋼軌可以分為普通級(jí)鋼軌、耐磨級(jí)鋼軌、特級(jí)鋼軌3個(gè)等級(jí)。鋼軌質(zhì)量越重，所能承受的載荷越大，我國主要線路一般鋪設(shè)60kg/m和75kg/m的重型鋼軌。我國高速鐵路用鋼軌主要包括U71MnG和U75VG材質(zhì)，通常時(shí)速200km/h以上高速客貨鐵路選用U71MnG，時(shí)速200～250km/h高速客貨鐵路選用U75VG。
（2）車輪用鋼車輪是車輛的主要承載零件，是車輛走行系統(tǒng)的重要組成部分。車輪與輪箍用鋼是采用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，根據(jù)生產(chǎn)工藝劃分為輾鋼車輪和鑄鋼車輪，一般而言，客車、高速列車等較高端的車輪通常使用輾鋼工藝生產(chǎn)。對(duì)于重載列車，輪軌接觸應(yīng)力大，特別是在在高應(yīng)力下，輪軌接觸區(qū)的面積加大，列車行進(jìn)時(shí)車輪磨損大，容易出現(xiàn)接觸疲勞失效。所以對(duì)重載列車車輪用鋼需要更高的耐磨性和抗解除疲勞性能，同時(shí)還要考慮抗熱疲勞損傷性能。
（3）車軸用鋼車軸是鐵路機(jī)車和車輛的重要部件，是車輛走行系統(tǒng)的重要組成部分，如果車軸發(fā)生斷裂將會(huì)導(dǎo)致列車脫軌。車軸用鋼應(yīng)具有良好的疲勞強(qiáng)度和抗沖擊性能。我國普通客車和貨車車軸一般采用LZ50中碳鋼，機(jī)車少量采用JZ45，基本都是實(shí)心車軸；動(dòng)車組采用中碳合金調(diào)制鋼，車軸為空心車軸。
（4）車體用鋼車體用鋼主要是車體主梁、車框、內(nèi)外車廂板等用鋼，鋼材品種主要包括不銹鋼、耐候鋼板、耐候型鋼等，基本要求是高強(qiáng)度、高耐腐蝕性、高焊接性及輕量化。對(duì)于鐵路貨車用鋼主要是高強(qiáng)度耐候耐蝕鋼。
二、軌道用鋼生產(chǎn)企業(yè)及發(fā)展情況
1.國內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)情況
目前我國軌道交通用鋼生產(chǎn)企業(yè)主要包括攀鋼集團(tuán)有限公司（以下簡稱“攀鋼”）、鞍鋼集團(tuán)公司（以下簡稱“鞍鋼”）、包鋼集團(tuán)（以下簡稱“包鋼”）、寶鋼集團(tuán)有限公司（以下簡稱“寶鋼”）、馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“馬鋼”）、太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司（以下簡稱“太鋼”）等鋼鐵企業(yè)及以江陰興澄特種鋼鐵有限公司（以下簡稱“興澄特鋼”）、西寧特殊鋼股份有限公司公司（以下簡稱“西寧特鋼”）、大冶特殊鋼股份有限公司（以下簡稱“大冶特鋼”）等為代表的特鋼企業(yè)，各企業(yè)重點(diǎn)軌道用鋼產(chǎn)品如表2。
表2 我國軌道交通用鋼主要生產(chǎn)企業(yè)
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企業(yè)
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主要產(chǎn)品
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鞍鋼
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熱軋鋼軌、高速鐵路用重軌、鐵路車輛用高耐候結(jié)構(gòu)鋼、橋梁鋼板、建筑結(jié)構(gòu)用鋼及鐵路魚尾螺栓等
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攀鋼
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熱軋鋼軌、高速鐵路用重軌、310乙字鋼、鐵路車輛用耐候結(jié)構(gòu)鋼等
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寶鋼
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鐵路車輛用耐候結(jié)構(gòu)鋼、鐵路車輛車軸用鋼、彈簧鋼、軸承鋼、橋梁鋼板及建筑結(jié)構(gòu)用鋼等
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太鋼
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鐵路車輛用不銹鋼、車軸鋼等
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包鋼
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熱軋鋼軌、高速鐵路用重軌、310乙字鋼、鐵路車輛用耐候結(jié)構(gòu)鋼等
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武鋼
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鋼軌、鐵路車輛用耐候鋼板、橋梁鋼板、建筑結(jié)構(gòu)用鋼等
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馬鋼
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鐵路車輛用耐候鋼板、鐵路車輛用車輪、輪箍、H型鋼等
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特鋼企業(yè)
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軸承鋼、彈簧鋼、車軸鋼
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資料來源：賽迪智庫原材料所整理
2.重點(diǎn)品種發(fā)展情況
（1）鋼軌
目前，我國鋼軌生產(chǎn)企業(yè)主要有攀鋼、鞍鋼、包鋼和武鋼等（表3），其中攀鋼是國內(nèi)第1家能夠生產(chǎn)百米定尺鋼軌的企業(yè)，包鋼生產(chǎn)的U71Mn和U75V鐵路用熱軋鋼軌和武鋼生產(chǎn)的U71MnG和U75VG高速鐵路用鋼軌均獲得了2016年“金杯獎(jiǎng)”產(chǎn)品。
表3 2015年我國主要鋼軌生產(chǎn)企業(yè)情況
單位：萬t
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企業(yè)
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產(chǎn)能
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產(chǎn)量
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品種
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攀鋼
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190
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121
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u71Mn／U71IInG、U75V／U75VG、U78CrV等材質(zhì)鋼軌，道岔用50AT、60AT、60D40、60TY等品種鋼軌，在線熱處理鋼軌
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鞍鋼
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80
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61
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U71IIn／u7lMnG、U75V／U75VG、U77MnCr等材質(zhì)鋼軌，道岔用50AT、60AT等品種鋼軌
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包鋼
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240
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79
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U71Mn／u71MnG、U75V／U75vG、U76CrRE等材質(zhì)鋼軌，道岔用50AT、60AT等品種鋼軌
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武鋼
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105
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58
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U71lJn／U71MnG、U75V／U75VG等
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資料來源：賽迪智庫編輯整理
“十二五”期間，我國鋼企向中國鐵路供軌約1 389 萬t，其中，普速鋼軌69%，高速鋼軌28.4%，道岔用非對(duì)稱斷面鋼軌2.6%。目前，各鋼企均已具備現(xiàn)代化的鋼軌生產(chǎn)能力，基本滿足國內(nèi)高速鐵路和重載鐵路對(duì)鋼軌的質(zhì)量需求。與國外相比，我國高速鐵路用鋼軌與國外差距不大，但在重載鐵路用鋼方面仍然存在一定差距。如重載鐵路用鋼軌方面，日本生產(chǎn)的過共析珠光體SP3 鋼軌，通過熱處理，軌面硬度可達(dá)到450 HB，碳含量僅為0.80%，但國產(chǎn)的過共析鋼軌U95Cr，通過在線熱處理后，軌面硬度可達(dá)到420 HB，但其碳含量大于0.90%。
（2）車輪
馬鞍山鋼鐵股份有限公司是目前國內(nèi)最大的車輪生產(chǎn)商，除馬鋼以外，生產(chǎn)車輪的企業(yè)還有山西太重車輪廠、中美合資信陽同合車輪有限公司、中美合資大同愛碧璽鑄造有限公司。我國在普通客車、貨車及機(jī)車車輪方面，技術(shù)水平與國外相差無幾。對(duì)于重載列車車輪，我國也已經(jīng)開發(fā)出一系列新材質(zhì)重載貨車車輪，并且已經(jīng)投入應(yīng)用，研發(fā)水平已處于世界先進(jìn)水平之列。但在高速列車車輪的研究和開發(fā)方面，我國與國外存在一定差距。目前我國動(dòng)車組車輪和大功率機(jī)車車輪基本依賴進(jìn)口，全部從日本住友、法國VALDUNES、德國BVV、意大利LUCCHINI等少數(shù)幾個(gè)具備高速車輪生產(chǎn)能力的企業(yè)進(jìn)口。
（3）車軸
普通客車和貨車的車軸主要以實(shí)心車軸為主，我國在車軸鋼冶煉潔凈度完全能滿足生產(chǎn)實(shí)心車軸的要求，所以在普通客車和貨車車軸生產(chǎn)完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。但在重載和高速列車車軸的研究與開發(fā)方面，仍然比較落后。目前，我國采用微合金化路線生產(chǎn)出適用于30t以上的重載車輛的車軸鋼坯，制造出的車軸已經(jīng)裝車試運(yùn)行，效果良好。動(dòng)車組列車采用空心軸，目前空心軸核心生產(chǎn)技術(shù)主要掌握日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中。
（4）車體用鋼
不銹鋼車輛具有耐腐蝕、免維護(hù)、安全、輕量化、全壽命周期成本低等特點(diǎn)，隨著綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全等意識(shí)的提高，不銹鋼車輛漸成趨勢(shì)。特別是隨著輕量化要求越來越高，不銹鋼已經(jīng)成為車體主要用鋼。2005年太原鋼鐵集團(tuán)有限公司就開始為軌道交通提高車體用不銹鋼，經(jīng)過不斷的鉆研與努力，車體用不銹鋼的國產(chǎn)化率由最初的100%依賴進(jìn)口，到目前僅有少數(shù)高耐蝕不銹鋼種需要進(jìn)口。
三、軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展及鋼材消費(fèi)情況
1.軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展
現(xiàn)狀城市軌道交通方面，截至2015年底，我國城市軌道交通運(yùn)營線路網(wǎng)長度達(dá)到3195.4km（圖1），是2005年的8.2倍，10年內(nèi)年均增長23%。“十二五”期間，我國城市軌道交通運(yùn)營線路新增1 724km，同期我國城市軌道運(yùn)營車輛也從2010年的21 165標(biāo)臺(tái)增至48 165標(biāo)臺(tái)，年均增長18%（圖2）。
數(shù)據(jù)來源：wind 圖1 2010-2015年我國城市軌道交通運(yùn)營線路長度
數(shù)據(jù)來源：wind 圖2 “十二五”期間我國城市軌道交通運(yùn)營車輛
鐵路交通方面，2011-2015年，我國新增鐵路營運(yùn)里程逐年保持增長（圖3）。截至2015年底，全國鐵路營業(yè)里程12.1萬km，其中高鐵運(yùn)營里程達(dá)到1.9萬km。2015年全國鐵路機(jī)車、鐵路客車、鐵路動(dòng)車組和鐵路貨車擁有量分別為21 366臺(tái)、67 706輛、17 648輛和768 516輛（表4），其中機(jī)車、客車和動(dòng)車組分別較2010年增長了9.96%、29.88%和300.36%。
數(shù)據(jù)來源：wind 圖3 “十二五”期間我國鐵路新增營業(yè)里程
表4 2011-2015年鐵路車輛擁有量
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機(jī)車/臺(tái)
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客車/輛
|
動(dòng)車組/輛
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貨車/輛
|
|
|
2011
|
20721
|
54731
|
6792
|
651175
|
|
2012
|
20797
|
57720
|
8566
|
670642
|
|
2013
|
20835
|
58965
|
10464
|
721850
|
|
2014
|
21096
|
60629
|
13696
|
716578
|
|
2015
|
21366
|
67706
|
17648
|
768516
|
數(shù)據(jù)來源：wind
2.軌道交通用鋼消費(fèi)情況
城市軌道交通用鋼方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市軌道交通每新增1km，將帶動(dòng)鋼材消費(fèi)5.6萬t，鋼軌消費(fèi)260t。照此估算，“十二五”期間我國城市軌道交通拉動(dòng)鋼材消費(fèi)近1億t，軌道用鋼40多萬t，年均消費(fèi)鋼材2 000萬t左右（圖4）。
數(shù)據(jù)來源：賽迪智庫原材料工業(yè)研究所整理 圖4“十二五”期間城市軌道交通鋼材消費(fèi)量
數(shù)據(jù)來源：賽迪智庫原材料工業(yè)研究所整理 圖5“十二五”期間鐵路交通鋼材消費(fèi)量
總體來看，“十二五”期間，我國城市軌道交通和鐵路交通共帶動(dòng)鋼材消費(fèi)2.06億t，年均消費(fèi)鋼材超過4 100萬t。
四、軌道交通用鋼的未來發(fā)展趨勢(shì)
1.未來需求預(yù)測
“十三五”期間，我國鐵路建設(shè)和城市軌道交通將繼續(xù)保持快速發(fā)展。鐵路建設(shè)方面，到2020年，我國鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到15萬km（其中高速鐵路3萬km），預(yù)計(jì)每年拉動(dòng)鋼材消費(fèi)2 300萬t，“十三五”期間預(yù)計(jì)拉動(dòng)鋼材消費(fèi)1.15億t左右。城市軌道交通方面，“十三五”期間我國城市軌道交通建成投運(yùn)線路將超過3 000km，年均新增營運(yùn)里程600km以上，預(yù)計(jì)“十三五”期間將帶動(dòng)鋼材消費(fèi)1.68億t，鋼軌消費(fèi)79萬t；平均每年拉動(dòng)鋼材消費(fèi)3300萬t以上，鋼軌消費(fèi)16萬t左右。綜合來看，“十三五”期間，我國軌道交通用鋼5 600萬t左右。
2.重點(diǎn)發(fā)展方向
鋼軌：隨著我國軌道交通向高速、重載方向發(fā)展，對(duì)鋼軌的斷面、鋼種、鋼的純凈度、外觀平直度以及鋼軌表面質(zhì)量、尺寸精度等各方面要求更加嚴(yán)格，今后應(yīng)將高速重載輪軌用鋼作為重點(diǎn)發(fā)展方向。
輪軸：已經(jīng)進(jìn)入試用的重載輪軸，加快推進(jìn)國產(chǎn)替代的速度；對(duì)尚未擁有生產(chǎn)技術(shù)能力的高速輪軸要加大研發(fā)力度，突破鋼種成分優(yōu)化、強(qiáng)韌性匹配、抗剝離性能、接觸疲勞性能批量生產(chǎn)及檢測技術(shù)，早日改變我國在高速輪軸進(jìn)口依賴的被動(dòng)局面 。
車體用鋼：鑒于不銹鋼車體的免維護(hù)、綠色、節(jié)能、環(huán)保、全壽命周期成本低及輕量化等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，積極推進(jìn)不銹鋼車體的研發(fā)設(shè)計(jì)，特別是加強(qiáng)高耐蝕鋼和耐候鋼的技術(shù)研發(fā)，大力促進(jìn)不銹鋼在車輛制造中的應(yīng)用。
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