2017年6月，兩列流線型的“子彈頭”——“復興號”，分別從北京南站和上海虹橋站駛出，這標志著我國有了具有完全自主知識產權、達到世界先進水平的中國標準動車組。最高時速可達350公里，相對“和諧號”而言，“復興號”車體更寬更高、乘坐舒適性更好。這得益于鎂合金、碳纖維復合材料等輕量化材料的大量應用，在減輕車體重量后，為車廂容積擴大提供了實現條件。

“原來高速列車剛引進國內的時候，車體的材料都是鋼結構的。” 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司中車首席專家錢坤才對新材料在線說，那時候車體沉重，國內專家意識到，外國對我國軌交車輛出售交付有所保留，“國際上的都是不銹鋼和鋁合金等輕量化材料的車體。”

中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司中車首席專家錢坤才

擁有自主的輕量化的列車，國內軌交人產生了這樣的愿望，隨即開始了輕量化車輛的自主研發。“大概在2012年，我國開始提出高速列車的輕量化概念。”錢坤才說。

高速列車輕量化不僅要求盡量采用輕質材料以減輕列車的自重，還要考慮列車的高速行駛帶來的對材料力學性能、減震性能、疲勞壽命、制作性能、安全性能的要求。

目前，應用在高速列車的輕量化材料以金屬材料為主，復合材料受制于成本問題，未得到大批量的應用。“現階段金屬材料在軌交列車上的應用更占優勢，不過等復合材料的制造技術等各方面都跟上以后，或許能取代金屬材料。”錢坤才說。

在軌交裝備應用上，金屬材料與復合材料各自面臨哪些機會和挑戰？未來是誰的天下？新材料在線有幸請到錢坤才作答。以下是新材料在線?與錢坤才的對話整理。

新材料在線：金屬材料的在軌交列車的輕量化應用現狀是怎么樣的？

錢坤才：就輕量化而言，相對于復合材料，鋁合金、鎂合金等是成熟的輕金屬材料。國內鋁合金車體方面已經實現工程化，每年有300列高速列車的應用需求，并開始導入應用于高速列車車體頂蓋、齒輪箱箱體等部件。

目前，軌交車輛承載件采用的是高強度的鋼材料，鋼的強度提升后，壁厚可以減薄，作為減重的一個重要手段。此外，除了提高強度等級，金屬也可以通過合成金屬復合材料，比如將金屬與石墨烯結合，以此提升強度，達到輕量化。

金屬材料大部分已實現國產化，車輪還有一部分依靠進口，另外承軸部件基本依靠進口，因為滾珠、外環、保持架、殼體一塊的材料要求非常高。高鐵高行駛速度，對材料的使用壽命提出要求。比如軸承的使用壽命要求需要跟車體的生命周期一樣長。目前，國內有的也有企業在做承軸部件的金屬材料，但是質量水平和穩定性不如國外，國內這一塊的材料主要用在貨車上面。

新材料在線：復合材料在軌交裝備的應用優勢在哪里？

錢坤才：復合材料是以纖維、顆粒等作為增強材料，以聚合物、陶瓷、金屬作為基體復合而成的具有優異性能的新型材料。它具有高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、隔熱、耐磨、低成本、可設計性強等一系列優點，成為高速列車輕量化越來越重要的一類材料。

過去復合材料主要用于內部裝備和裝飾等非結構件，如地板、墻板、門窗、座椅等。現在越來越多的應用于各種結構件，例如車體和車頭前端頭部采用玻璃鋼復合材料、芳綸纖維增強環氧樹脂復合材料或碳纖維復合材料蜂窩夾層。四方股份做的新一代的地鐵，其轉向架、側梁都是用碳纖維復合材料做的。

目前碳纖維復合材料在汽車領域的應用已經較為成熟，比如德國的寶馬、奔馳、大眾等汽車品牌上對復合材料的應用案例非常多，汽車上的好多結構件、底架、車體、車門、駕駛艙都是復合材料做的。此外，航空航天方面，波音、空客的飛機的碳纖維復合材料應用量也比較大，比如空客380，碳纖維復合材料的用量占到比大約為40%。

新材料在線：復合材料在軌交裝備的應用還存在哪些問題？

錢坤才：復合材料現在做少量的幾件產品沒有問題，但是批量、質量穩定的供應等產業化能力還無法達到。所以成本偏高，只在試驗的車輛上面有應用。具體原因是：

一是國內的復合材料基礎研究比較薄弱。

二是成型工序、固化工藝等仍是復合材料國產化的瓶頸。一些大型的車體制造設備都是靠引進的，價格非常貴。比如大的固化熱壓罐、成型機械等。因為列車車體長達十幾米，要將這么大的車體整體放進去，只能進口國外的設備才能實現。

對于國內企業來說，如果做車體部件，購買大型的設備估計投資需要五六千萬，對于企業來說投入大。

原材料方面，比如碳纖維，車體的安全件、結構件一般要求T600，雖然國內的企業能做到T600，但是仍不夠穩定，達不到列車的應用要求。

此外，復合材料在軌交上的應用欠缺標準。目前國內借鑒的是飛機的標準來做。但是，飛機與鐵路的應用環境條件有所差別，所以現在國內相關單位在摸索建立這方面的標準。不過，標準的建立需要比較長的周期，最快也得十年時間。

盡管工藝、設備、基礎研究還有一定差距，但是國內多所高校研究所都在做這方面工作。復合材料在汽車的應用已經較為成熟了，導入軌道交通并形成國產替代是沒問題的，估計再過3、5年，可能形成大批量生產了。

新材料在線：對比金屬材料與復合材料在軌交裝備的輕量化應用，誰更有未來？

現階段是金屬材料更占優勢，等復合材料的制造技術各方面都跟上以后，說不定能取代金屬材料。關鍵是要經過一段時間的技術革新，像手機行業一樣，經過不斷地技術革新以后，慢慢就能形成材料的替代。

金屬材料畢竟有一定的弊端，比如一些金屬材料比較重、抗腐蝕性能差、環境適應性差，特別是海洋性氣候如青島這邊空氣中的鹽分，容易對金屬材料造成腐蝕，不管是鋁合金還是鋼材料都容易被腐蝕。此外，耐候性方面，我國冬天的時候南北地區溫差大，金屬有冷脆性，不適應高低溫。復合材料能勝任上述的工況，因而更具有優勢。

目前軌道交通給復合材料帶來的市場空間很大。比如高鐵估計每年要新造三百列左右，還有城軌地鐵，因為國內很多城市都在造地鐵，地鐵車輛估計一年有兩三千輛的量，所以市場是非常大的。另外，第一代高鐵從2007年運營到現在已經十幾年，根據30年的設計使用壽命，再過17年就要報廢，屆時軌道交通會有一個新換舊的更換市場。

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責任編輯：殷鵬飛