2017年6月，两列流线型的“子弹头”——“复兴号”，分别从北京南站和上海虹桥站驶出，这标志着我国有了具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的中国标准动车组。最高时速可达350公里，相对“和谐号”而言，“复兴号”车体更宽更高、乘坐舒适性更好。这得益于镁合金、碳纤维复合材料等轻量化材料的大量应用，在减轻车体重量后，为车厢容积扩大提供了实现条件。

“原来高速列车刚引进国内的时候，车体的材料都是钢结构的。” 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司中车首席专家钱坤才对新材料在线说，那时候车体沉重，国内专家意识到，外国对我国轨交车辆出售交付有所保留，“国际上的都是不锈钢和铝合金等轻量化材料的车体。”

中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司中车首席专家钱坤才

拥有自主的轻量化的列车，国内轨交人产生了这样的愿望，随即开始了轻量化车辆的自主研发。“大概在2012年，我国开始提出高速列车的轻量化概念。”钱坤才说。

高速列车轻量化不仅要求尽量采用轻质材料以减轻列车的自重，还要考虑列车的高速行驶带来的对材料力学性能、减震性能、疲劳寿命、制作性能、安全性能的要求。

目前，应用在高速列车的轻量化材料以金属材料为主，复合材料受制于成本问题，未得到大批量的应用。“现阶段金属材料在轨交列车上的应用更占优势，不过等复合材料的制造技术等各方面都跟上以后，或许能取代金属材料。”钱坤才说。

在轨交装备应用上，金属材料与复合材料各自面临哪些机会和挑战？未来是谁的天下？新材料在线有幸请到钱坤才作答。以下是新材料在线?与钱坤才的对话整理。

新材料在线：金属材料的在轨交列车的轻量化应用现状是怎么样的？

钱坤才：就轻量化而言，相对于复合材料，铝合金、镁合金等是成熟的轻金属材料。国内铝合金车体方面已经实现工程化，每年有300列高速列车的应用需求，并开始导入应用于高速列车车体顶盖、齿轮箱箱体等部件。

目前，轨交车辆承载件采用的是高强度的钢材料，钢的强度提升后，壁厚可以减薄，作为减重的一个重要手段。此外，除了提高强度等级，金属也可以通过合成金属复合材料，比如将金属与石墨烯结合，以此提升强度，达到轻量化。

金属材料大部分已实现国产化，车轮还有一部分依靠进口，另外承轴部件基本依靠进口，因为滚珠、外环、保持架、壳体一块的材料要求非常高。高铁高行驶速度，对材料的使用寿命提出要求。比如轴承的使用寿命要求需要跟车体的生命周期一样长。目前，国内有的也有企业在做承轴部件的金属材料，但是质量水平和稳定性不如国外，国内这一块的材料主要用在货车上面。

新材料在线：复合材料在轨交装备的应用优势在哪里？

钱坤才：复合材料是以纤维、颗粒等作为增强材料，以聚合物、陶瓷、金属作为基体复合而成的具有优异性能的新型材料。它具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、隔热、耐磨、低成本、可设计性强等一系列优点，成为高速列车轻量化越来越重要的一类材料。

过去复合材料主要用于内部装备和装饰等非结构件，如地板、墙板、门窗、座椅等。现在越来越多的应用于各种结构件，例如车体和车头前端头部采用玻璃钢复合材料、芳纶纤维增强环氧树脂复合材料或碳纤维复合材料蜂窝夹层。四方股份做的新一代的地铁，其转向架、侧梁都是用碳纤维复合材料做的。

目前碳纤维复合材料在汽车领域的应用已经较为成熟，比如德国的宝马、奔驰、大众等汽车品牌上对复合材料的应用案例非常多，汽车上的好多结构件、底架、车体、车门、驾驶舱都是复合材料做的。此外，航空航天方面，波音、空客的飞机的碳纤维复合材料应用量也比较大，比如空客380，碳纤维复合材料的用量占到比大约为40%。

新材料在线：复合材料在轨交装备的应用还存在哪些问题？

钱坤才：复合材料现在做少量的几件产品没有问题，但是批量、质量稳定的供应等产业化能力还无法达到。所以成本偏高，只在试验的车辆上面有应用。具体原因是：

一是国内的复合材料基础研究比较薄弱。

二是成型工序、固化工艺等仍是复合材料国产化的瓶颈。一些大型的车体制造设备都是靠引进的，价格非常贵。比如大的固化热压罐、成型机械等。因为列车车体长达十几米，要将这么大的车体整体放进去，只能进口国外的设备才能实现。

对于国内企业来说，如果做车体部件，购买大型的设备估计投资需要五六千万，对于企业来说投入大。

原材料方面，比如碳纤维，车体的安全件、结构件一般要求T600，虽然国内的企业能做到T600，但是仍不够稳定，达不到列车的应用要求。

此外，复合材料在轨交上的应用欠缺标准。目前国内借鉴的是飞机的标准来做。但是，飞机与铁路的应用环境条件有所差别，所以现在国内相关单位在摸索建立这方面的标准。不过，标准的建立需要比较长的周期，最快也得十年时间。

尽管工艺、设备、基础研究还有一定差距，但是国内多所高校研究所都在做这方面工作。复合材料在汽车的应用已经较为成熟了，导入轨道交通并形成国产替代是没问题的，估计再过3、5年，可能形成大批量生产了。

新材料在线：对比金属材料与复合材料在轨交装备的轻量化应用，谁更有未来？

现阶段是金属材料更占优势，等复合材料的制造技术各方面都跟上以后，说不定能取代金属材料。关键是要经过一段时间的技术革新，像手机行业一样，经过不断地技术革新以后，慢慢就能形成材料的替代。

金属材料毕竟有一定的弊端，比如一些金属材料比较重、抗腐蚀性能差、环境适应性差，特别是海洋性气候如青岛这边空气中的盐分，容易对金属材料造成腐蚀，不管是铝合金还是钢材料都容易被腐蚀。此外，耐候性方面，我国冬天的时候南北地区温差大，金属有冷脆性，不适应高低温。复合材料能胜任上述的工况，因而更具有优势。

目前轨道交通给复合材料带来的市场空间很大。比如高铁估计每年要新造三百列左右，还有城轨地铁，因为国内很多城市都在造地铁，地铁车辆估计一年有两三千辆的量，所以市场是非常大的。另外，第一代高铁从2007年运营到现在已经十几年，根据30年的设计使用寿命，再过17年就要报废，届时轨道交通会有一个新换旧的更换市场。

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