我國城市軌道交通用鋼發(fā)展前景分析

□ 周葉迪

一、研究背景

交通是現(xiàn)代化的開路先鋒，交通強(qiáng)國建設(shè)是國家發(fā)展的重中之重，黨和政府高度重視交通建設(shè)，多次出臺相關(guān)政策文件對交通建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)。城市軌道交通作為兼具綠色、高效、安全等特點(diǎn)的新式交通方式，是我國現(xiàn)代交通體系建設(shè)中的重要組成部分，正在蓬勃發(fā)展。

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》中指出，到2035年，基本建成交通強(qiáng)國，城市交通擁堵基本緩解，無障礙出行服務(wù)體系基本完善；到本世紀(jì)中葉，全面建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強(qiáng)國，人民享有美好交通服務(wù)?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出要加快建設(shè)交通強(qiáng)國，加快城際鐵路、市域（郊）鐵路建設(shè)，有序推進(jìn)城市軌道交通發(fā)展，新增城市軌道交通營運(yùn)里程3 000 km?！丁笆奈濉爆F(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》對上述目標(biāo)進(jìn)行了重述，提出到2025年城市軌道交通營運(yùn)里程要達(dá)到10 000 km。

根據(jù)《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》和《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》中的相關(guān)內(nèi)容，預(yù)計十四五期間，城市軌道交通營運(yùn)里程新增量保守估計為3 000 km，對應(yīng)鋼材消費(fèi)量約為16 800萬噸，城市軌道交通用鋼市場前景不可限量。但從現(xiàn)有文獻(xiàn)研究看，專注于城市軌道交通細(xì)分行業(yè)用鋼的文獻(xiàn)較少，并且缺乏對軌道用鋼未來發(fā)展方向的展望。基于此，本文在綜合前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地對城市軌道交通行業(yè)用鋼情況及發(fā)展方向進(jìn)行了分析。

二、城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大中型城市的人口流入量、汽車保有量逐年攀升，城市擁堵問題愈加嚴(yán)重，城市軌道交通應(yīng)運(yùn)而生。城市軌道交通是指采用專用軌道導(dǎo)向運(yùn)行的城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)，具有綠色、高效、安全等特點(diǎn)，能夠極大緩解城市地面交通壓力。

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，我國已開通的城市軌道交通包括地鐵、有軌電車、輕軌、市域快軌、跨座式單軌、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)、磁浮交通8種。截至2021年12月31日，中國內(nèi)地累計有50個城市投運(yùn)城市軌道交通線路9 192.62 km，其中地鐵7 253.73 km，占比為78.91%。2021年共計新增城市軌道交通運(yùn)營線路長度12 22.92 km，涉及前述8種制式，其中，新增地鐵971.93 km，占比為79.48%。

從時間發(fā)展看，我國城市軌道交通營運(yùn)里程逐年提升，年均增速在15%以上，發(fā)展勢頭迅猛，并且根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，未來幾年城市軌道交通建設(shè)仍處于高速發(fā)展階段，見圖1。

圖1 2012—2021年全國城市軌道交通營運(yùn)里程

從區(qū)域看，華東地區(qū)城市軌道交通最為發(fā)達(dá)，總運(yùn)營里程為3 392.09 km，占全國城市軌道交通營運(yùn)里程的36.90%，其中上海市運(yùn)營里程為936.03 km，在國內(nèi)所有城市中暫時排名第一，詳見表1。

表1 截至2021年12月31日全國城市軌道交通營運(yùn)里程

三、城市軌道交通用鋼分析

城市軌道交通用鋼和傳統(tǒng)的高速鐵路用鋼范圍高度一致，主要用于建設(shè)所需的軌道線路與車輛，以及工程配套所需的橋梁、隧道、車站等基礎(chǔ)建筑用鋼。具體看，包括軌道用鋼如鋼軌及軌枕，車輛用鋼如不銹鋼、中厚板、熱/冷軋薄板、型鋼、涂鍍板、車軸鋼、車輪鋼、彈簧鋼等，基礎(chǔ)建設(shè)用鋼如棒線材、螺紋鋼、中厚板、涂鍍板等，詳見表2。

表2 城市軌道交通用鋼種類

1.軌道用鋼

城市軌道交通用鋼區(qū)別于其他行業(yè)用鋼的最大地方在于軌道用鋼。以地鐵為例，地鐵用鋼軌的選擇需考量輪軌硬度、通行列車軸重、線路年總通行重量、材質(zhì)、極端天氣影響、表面質(zhì)量等多種因素。目前，城市軌道交通用鋼軌暫無特定標(biāo)準(zhǔn)，一般按國鐵鋼軌標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，部分特殊型號則參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此外，不同交通制式對應(yīng)的軌道用鋼也不一致。國內(nèi)地鐵用鋼軌與高速鐵路用鋼軌屬于同一類，常用軌型為50 kg/m和60 kg/m，其中前者主要用于輔助線（如折返線、臨時停車線、鍍線）或客流量（承重量）相對較小的城市地鐵干線，后者則用于絕大部分的地鐵主干線。產(chǎn)品材質(zhì)有U71Mn和U75V兩種，其中U75V由于抗拉強(qiáng)度和硬度性能更為突出，近年在地鐵建設(shè)中使用量更大。攀鋼是國內(nèi)最早進(jìn)入地鐵用鋼軌市場的鋼企，其產(chǎn)品應(yīng)用在北京、上海、深圳、廣州、大連、武漢、成都等多個城市地鐵工程中，在該細(xì)分領(lǐng)域中處于優(yōu)勢地位。有軌電車用鋼軌形狀較為復(fù)雜，屬于不規(guī)則的槽型軌，技術(shù)難度較高，國內(nèi)目前僅有鞍鋼和紫竹型鋼2家鋼企能生產(chǎn)，并且已在大連、蘇州、沈陽、成都等多個城市的有軌電車工程中實(shí)際使用。

2.車輛用鋼

城市軌道交通列車是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，技術(shù)含量較高，造價昂貴。根據(jù)2020年發(fā)布的《市域（郊）鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10624-2020），市域（郊）鐵路車型包括市域A型車、市域B型車、市域C型車和市域D型車，其中市域C型車為基于CRH動車組平臺的市域（郊）鐵路車輛。四者在供電制式、車體長寬高、軸重、運(yùn)行速度等方面各有不同。大致看，城市軌道交通列車均包含車體、車門、車軸、車輪列車自動控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、信息及監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)及照明等。其中，車體、車軸和車輪相對來說用鋼量較大。車體多使用不銹鋼、耐候鋼板；車輪和車軸則需使用專業(yè)化的車輪鋼和車軸鋼，如動車組列車需使用專門的空心軸。

3.基建用鋼

除軌道和車輛外，城市軌道交通系統(tǒng)還包括一些配套的基礎(chǔ)設(shè)施，如通行所需的橋梁、隧道和換乘站等。這些配套基礎(chǔ)設(shè)施的用鋼標(biāo)準(zhǔn)與其他同類設(shè)施并無區(qū)別，滿足設(shè)計規(guī)范即可。以橋梁為例，在建設(shè)工程中需使用大量鋼筋，包括普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋，此外還有一些鋼絲、鋼絞線、鋼板、角鋼、H型鋼等。

四、城市軌道交通用鋼未來發(fā)展方向

1.軌道用鋼

軌道是保證城市軌道交通列車安全、平穩(wěn)、舒適、快捷運(yùn)行的基礎(chǔ)。與普通線路或貨運(yùn)線路相比，城市軌道交通由于乘坐對象的特殊性和運(yùn)輸?shù)母哳l次對軌道安全性能的要求更為嚴(yán)格，必須具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性及良好的焊接性能。

從實(shí)際應(yīng)用看，為了提高線路的通過能力，小重量鋼軌正逐步被淘汰，主干線一般鋪設(shè)60 kg/m的重型鋼軌。此外，為了減少接頭的沖擊和磨損，減輕鋪設(shè)難度，單節(jié)鋼軌長度逐步加長，但受限于生產(chǎn)和運(yùn)輸條件的制約，目前國內(nèi)城軌交通鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長度主要有12.5 m和25 m兩種，長定尺鋼軌還需要特殊訂貨?？偨Y(jié)世界發(fā)達(dá)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，鋼軌的發(fā)展方向是重型化、強(qiáng)韌化、一體化和良好的可焊接性。

2.車輛用鋼

軌道交通列車是軌道交通運(yùn)輸?shù)闹饕d體，也是用鋼大戶，主要用鋼方向可分為車體用鋼、車輪用鋼和車軸用鋼等。

車體用鋼主要是車體主梁、車框、內(nèi)外車廂板等。車輛車體用鋼的基本要求是高強(qiáng)化、高耐蝕性、高焊接性和輕量化。隨著我國鐵路軌道技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是提速、變速和重載運(yùn)輸技術(shù)的革新，實(shí)現(xiàn)車身輕量化成為必要條件，發(fā)展高強(qiáng)度、高耐候鋼成為主流。國內(nèi)鋼企中，寶鋼、武鋼、鞍鋼等國有企業(yè)率先進(jìn)行試驗(yàn)并穩(wěn)步生產(chǎn)可用于軌道交通列車制造的高強(qiáng)耐候鋼和鐵素體不銹鋼板。

車輪用鋼一般都由鋼廠專用生產(chǎn)線生產(chǎn)，主要原料是用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。隨著軌道交通車輛提速技術(shù)的更新及更高標(biāo)準(zhǔn)安全規(guī)范的提出，車輪鋼正在向高強(qiáng)、高抗疲勞和高表面質(zhì)量方向發(fā)展。

車軸用鋼正處于從實(shí)心軸向空心軸發(fā)展的技術(shù)革新階段。以往的列車車軸基本上都是實(shí)心車軸，原料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼。但隨著車體輕量化帶來的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、疲勞強(qiáng)度提高和使用壽命延長，采用鉻、鉬合金鋼制造的空心車軸將成為主流。空心車軸以前需要從國外進(jìn)口，但現(xiàn)在我國攀鋼、大冶特鋼等鋼企通過加大研發(fā)力度和技術(shù)升級，已能獨(dú)立生產(chǎn)空心的車軸用鋼。

3.基建用鋼

事實(shí)上，基建用鋼是軌道交通用鋼的最大板塊，車站、隧道和橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施需要使用大量的鋼材，有時，一個地鐵站消費(fèi)的鋼材量大于整條線路的軌道用鋼量。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，建設(shè)一座車站所需鋼材量在3萬噸左右，相當(dāng)于鳥巢用鋼量的一半。這些基礎(chǔ)設(shè)施主要使用的原料是鋼筋、線材和混凝土。

車站建設(shè)所需鋼材需要兼顧美觀和穩(wěn)固，隧道建設(shè)所需鋼材需要滿足抗震、抗壓和耐腐蝕，橋梁用鋼所需鋼材要有良好的強(qiáng)度和剛度、足夠的韌性、較高的抗疲勞性、良好的可焊性和耐大氣腐蝕性。除了這些共性要求外，根據(jù)不同地勢、地形特點(diǎn)，軌道交通基建用鋼還需因地制宜，在防水、耐鹽堿、耐酸雨等方向進(jìn)行調(diào)整。

五、結(jié)束語

在國家相關(guān)政策的推動下，我國城市軌道交通快速發(fā)展，較好地滿足了居民出行需要，但仍存在線路銜接不暢、前期規(guī)劃不完善等問題；未來，城市軌道交通建設(shè)還存在廣闊市場，并將朝著更加方便、快捷、綠色的方向發(fā)展，這對城市軌道建設(shè)的基礎(chǔ)——軌道交通用鋼提出更高的要求。根據(jù)前述分析，在城市軌道交通建設(shè)中，將更多地采用具有重型化、強(qiáng)韌化、一體化和良好可焊接性能的軌道用鋼，具有高強(qiáng)化、高耐蝕性、良好可焊性和輕量化性能的車體用鋼，具有高強(qiáng)化、高抗疲勞性和高表面質(zhì)量的車輪用鋼，由鉻、鉬合金制造的空心車軸用鋼，以及具有高強(qiáng)化、高抗疲勞性、良好可焊性和耐腐蝕性的基建用鋼。