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：工業和信息化部賽迪智庫原材料工業研究所
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一、軌道交通用鋼種類及特點分析
1.產品分類
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用鋼、車輛用鋼，以及橋梁、隧道、車站等基礎建設用鋼、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
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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（調制鋼筋、精軋螺紋鋼筋、高強螺栓、預應力鋼絲等）
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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.特點分析
（1）鋼軌鋼軌直接承受車輪傳遞的列車及其載荷質量，并引導列車的行進方向。與普通線路相比，客運專線、高速列車及重載列車對鋼軌的安全性要求極為苛刻。鋼軌不僅要承受機車、車輛的壓力，還要承受列車高速運行所帶來的沖擊載荷，因此鋼軌需要具有足夠的強度、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鋼軌、耐磨級鋼軌、特級鋼軌3個等級。鋼軌質量越重，所能承受的載荷越大，我國主要線路一般鋪設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，通常時速200km/h以上高速客貨鐵路選用U71MnG，時速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，是車輛走行系統的重要組成部分。車輪與輪箍用鋼是采用電爐或轉爐冶煉的鎮靜鋼，根據生產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。對于重載列車，輪軌接觸應力大，特別是在在高應力下，輪軌接觸區的面積加大，列車行進時車輪磨損大，容易出現接觸疲勞失效。所以對重載列車車輪用鋼需要更高的耐磨性和抗解除疲勞性能，同時還要考慮抗熱疲勞損傷性能。
（3）車軸用鋼車軸是鐵路機車和車輛的重要部件，是車輛走行系統的重要組成部分，如果車軸發生斷裂將會導致列車脫軌。車軸用鋼應具有良好的疲勞強度和抗沖擊性能。我國普通客車和貨車車軸一般采用LZ50中碳鋼，機車少量采用JZ45，基本都是實心車軸；動車組采用中碳合金調制鋼，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，基本要求是高強度、高耐腐蝕性、高焊接性及輕量化。對于鐵路貨車用鋼主要是高強度耐候耐蝕鋼。
二、軌道用鋼生產企業及發展情況
1.國內重點企業情況
目前我國軌道交通用鋼生產企業主要包括攀鋼集團有限公司（以下簡稱“攀鋼”）、鞍鋼集團公司（以下簡稱“鞍鋼”）、包鋼集團（以下簡稱“包鋼”）、寶鋼集團有限公司（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）有限公司（以下簡稱“太鋼”）等鋼鐵企業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，各企業重點軌道用鋼產品如表2。
表2 我國軌道交通用鋼主要生產企業
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企業
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主要產品
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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構鋼、橋梁鋼板、建筑結構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、鐵路車輛用耐候結構鋼等
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寶鋼
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鐵路車輛用耐候結構鋼、鐵路車輛車軸用鋼、彈簧鋼、軸承鋼、橋梁鋼板及建筑結構用鋼等
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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、鐵路車輛用耐候結構鋼等
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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、建筑結構用鋼等
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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
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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.重點品種發展情況
（1）鋼軌
目前，我國鋼軌生產企業主要有攀鋼、鞍鋼、包鋼和武鋼等（表3），其中攀鋼是國內第1家能夠生產百米定尺鋼軌的企業，包鋼生產的U71Mn和U75V鐵路用熱軋鋼軌和武鋼生產的U71MnG和U75VG高速鐵路用鋼軌均獲得了2016年“金杯獎”產品。
表3 2015年我國主要鋼軌生產企業情況
單位：萬t
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企業
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產能
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產量
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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%，道岔用非對稱斷面鋼軌2.6%。目前，各鋼企均已具備現代化的鋼軌生產能力，基本滿足國內高速鐵路和重載鐵路對鋼軌的質量需求。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，日本生產的過共析珠光體SP3 鋼軌，通過熱處理，軌面硬度可達到450 HB，碳含量僅為0.80%，但國產的過共析鋼軌U95Cr，通過在線熱處理后，軌面硬度可達到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最大的車輪生產商，除馬鋼以外，生產車輪的企業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、貨車及機車車輪方面，技術水平與國外相差無幾。對于重載列車車輪，我國也已經開發出一系列新材質重載貨車車輪，并且已經投入應用，研發水平已處于世界先進水平之列。但在高速列車車輪的研究和開發方面，我國與國外存在一定差距。目前我國動車組車輪和大功率機車車輪基本依賴進口，全部從日本住友、法國VALDUNES、德國BVV、意大利LUCCHINI等少數幾個具備高速車輪生產能力的企業進口。
（3）車軸
普通客車和貨車的車軸主要以實心車軸為主，我國在車軸鋼冶煉潔凈度完全能滿足生產實心車軸的要求，所以在普通客車和貨車車軸生產完全實現國產化。但在重載和高速列車車軸的研究與開發方面，仍然比較落后。目前，我國采用微合金化路線生產出適用于30t以上的重載車輛的車軸鋼坯，制造出的車軸已經裝車試運行，效果良好。動車組列車采用空心軸，目前空心軸核心生產技術主要掌握日本等少數發達國家手中。
（4）車體用鋼
不銹鋼車輛具有耐腐蝕、免維護、安全、輕量化、全壽命周期成本低等特點，隨著綠色、節能、環保、安全等意識的提高，不銹鋼車輛漸成趨勢。特別是隨著輕量化要求越來越高，不銹鋼已經成為車體主要用鋼。2005年太原鋼鐵集團有限公司就開始為軌道交通提高車體用不銹鋼，經過不斷的鉆研與努力，車體用不銹鋼的國產化率由最初的100%依賴進口，到目前僅有少數高耐蝕不銹鋼種需要進口。
三、軌道交通產業發展及鋼材消費情況
1.軌道交通產業發展
現狀城市軌道交通方面，截至2015年底，我國城市軌道交通運營線路網長度達到3195.4km（圖1），是2005年的8.2倍，10年內年均增長23%。“十二五”期間，我國城市軌道交通運營線路新增1 724km，同期我國城市軌道運營車輛也從2010年的21 165標臺增至48 165標臺，年均增長18%（圖2）。
數據來源：wind 圖1 2010-2015年我國城市軌道交通運營線路長度
數據來源：wind 圖2 “十二五”期間我國城市軌道交通運營車輛
鐵路交通方面，2011-2015年，我國新增鐵路營運里程逐年保持增長（圖3）。截至2015年底，全國鐵路營業里程12.1萬km，其中高鐵運營里程達到1.9萬km。2015年全國鐵路機車、鐵路客車、鐵路動車組和鐵路貨車擁有量分別為21 366臺、67 706輛、17 648輛和768 516輛（表4），其中機車、客車和動車組分別較2010年增長了9.96%、29.88%和300.36%。
數據來源：wind 圖3 “十二五”期間我國鐵路新增營業里程
表4 2011-2015年鐵路車輛擁有量
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機車/臺
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客車/輛
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動車組/輛
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貨車/輛
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|
|
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
|
數據來源：wind
2.軌道交通用鋼消費情況
城市軌道交通用鋼方面，據統計，城市軌道交通每新增1km，將帶動鋼材消費5.6萬t，鋼軌消費260t。照此估算，“十二五”期間我國城市軌道交通拉動鋼材消費近1億t，軌道用鋼40多萬t，年均消費鋼材2 000萬t左右（圖4）。
數據來源：賽迪智庫原材料工業研究所整理 圖4“十二五”期間城市軌道交通鋼材消費量
數據來源：賽迪智庫原材料工業研究所整理 圖5“十二五”期間鐵路交通鋼材消費量
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鋼材消費2.06億t，年均消費鋼材超過4 100萬t。
四、軌道交通用鋼的未來發展趨勢
1.未來需求預測
“十三五”期間，我國鐵路建設和城市軌道交通將繼續保持快速發展。鐵路建設方面，到2020年，我國鐵路網規模將達到15萬km（其中高速鐵路3萬km），預計每年拉動鋼材消費2 300萬t，“十三五”期間預計拉動鋼材消費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線路將超過3 000km，年均新增營運里程600km以上，預計“十三五”期間將帶動鋼材消費1.68億t，鋼軌消費79萬t；平均每年拉動鋼材消費3300萬t以上，鋼軌消費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.重點發展方向
鋼軌：隨著我國軌道交通向高速、重載方向發展，對鋼軌的斷面、鋼種、鋼的純凈度、外觀平直度以及鋼軌表面質量、尺寸精度等各方面要求更加嚴格，今后應將高速重載輪軌用鋼作為重點發展方向。
輪軸：已經進入試用的重載輪軸，加快推進國產替代的速度；對尚未擁有生產技術能力的高速輪軸要加大研發力度，突破鋼種成分優化、強韌性匹配、抗剝離性能、接觸疲勞性能批量生產及檢測技術，早日改變我國在高速輪軸進口依賴的被動局面 。
車體用鋼：鑒于不銹鋼車體的免維護、綠色、節能、環保、全壽命周期成本低及輕量化等優勢特點，積極推進不銹鋼車體的研發設計，特別是加強高耐蝕鋼和耐候鋼的技術研發，大力促進不銹鋼在車輛制造中的應用。
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