绿色铝宣传专栏——飞驰之“铝”

　　铁路，世界各国经济发展的大动脉，而提高列车速度是铁路赖以生存和适应社会发展的有效措施，在特大城市与大城市建设轨道交通网络是解决市中心人口集中度大与交通拥堵的最佳途径之一，更不用说建设高速铁路网可拉动相关产业的发展。
　　
　　轨道车辆包括城市间铁路客货运车辆、城市地铁与高架铁路车辆、磁悬浮车辆。根据国际铁路联盟的定义，在既有路线上运营速度大于200km/h的列车，在新建路线上运行速度大于250km/h的列车的相应线路被称为高速铁路，车辆被称为高速列车车辆或高铁车辆。在现有的技术条件下，高铁车辆车身都是用铝制造的。城市轨道车辆的34%是用铝制造的，磁悬浮车辆不论速度高低都必须用铝制造，铁路运煤及矿石的车辆也可以用铝制造。
　　
　　城铁篇
　　
　　城市轨道交通除磁悬浮列车外，还有地铁与高架线路（轻轨）。截至2011年底，中国城市轨道交通运营里程近850km，预计2020年可达8000km。目前，已有北京、上海等10个城市的32条轨道交通线路投入运营，有14个城市共50条轨道线路正在建设，总里程1200km以上，而自2003年以来，共有19个城市轨道交通建设规划得到国家批准。在此基础上中国作为全球最大的城市轨道交通建设市场，受到全世界关注，到2020年全国地铁总里程可达6100km。
　　
　　地铁、轻轨、磁悬浮列车的最大特点是启停频繁，要求车辆质量尽可能轻些，以减少惯力，便于快速启停与降低电力消耗。当前，除磁悬浮车辆必须用铝制造外，轻轨与地铁车辆的铝化率为28%~36%，其余的是用碳钢或不锈钢制造的，大致各占50%。2010年中国城市轨道车辆的用铝量约18kt，2015年的可达25kt,2020年可增至50kt。除地铁车辆可用铝合金制造外，地铁导电轨也是用铝合金制造的。在轻轨线路与台站建设中也需用一些铝材。城轨车辆的铝材采购质量可按11t/辆估算。
　　
　　高铁篇
　　
　　1964年10月1日，日本建成了世界上第一条高速铁路——东海道新干线，其后相继建成了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了2325km的高速铁路网。日本从1962年开始研发高铁铝制车辆，1963年批量生产，是研制与生产高铁铝制车辆的先驱，自此以后全世界的高铁车辆全部都用铝制造。高铁所具有一系列的优点，是与铝车辆的采用密不可分，可以说没有铝就没有今天在华夏大地风驰电掣的高速列车。

　　 　　能耗仅为飞机的18%
　　
　　中国铁路能耗占全国交通运输行业的9%，铁路运输量占全行业的32%，高铁的节能优势明显。目前，我国速度在350km/h以上高铁的能耗不到6kWh/(100km)，是大客车的50%，飞机的18%，在陆路运输中是最节能的。其中，高速铁路，使用全铝车体，降低了列车自身质量，是高铁实现低耗的关键因素之一。
　　
　　铁路运输占地为公路的10%
　　
　　在土地占用面积方面，铁路完成单位运输量所占的土地面积仅为公路的1/10。在中国高速铁路建设中，还大量采用“以桥代路”，铁路桥梁工程占地与路基工程相比，每km节约土地44亩。例如京沪高铁全长1318km，桥梁总长度占全线的80%，节约用地3000公顷。
　　
　　高铁运力是普通铁路的四五倍
　　
　　铁道部预计，到2015年，全社会客流量将超过500亿人次；到2020年，中国的城镇化率将由46.6%提高到60%，将带动全社会客流量的大幅度上升。2010年我国主要客运通道平均单向客流密度为2200人/km，而高铁单向运输能力可达到8000万人以上，是普通铁路的四五倍，优势巨大。
　　
　　舒适安全
　　
　　即使在最高速度行驶时，高铁车厢内仍保持平稳，小桌板上放置的水杯仍稳稳地站立着，仅仅在列车起动的瞬间，杯中的水轻微地晃动一下，这主要得益于铝制车辆先进的气密性，与日本等其他国家的高铁相比，中国高铁的气密强度已领先10年。在2010年12月3日京沪高铁的试验冲刺中，列车速度达到486.1km/h，乘客都不会出现明显不适的耳鸣、头晕等现象。在此应特别指出，自1964年至今的48年中，全球的高铁发生的事故上千次，可就是没有一次是因为铝材本身问题引发的。铝材的优秀性能对保证高铁的安全运营起了至关重要的作用。高铁车辆的铝材采购量可按10.5t/辆估算。
　　
　　货运列车篇
　　
　　2004年3月，中国齐齐哈尔车辆有限责任公司、北京二七机车车辆厂、株洲电力机车车辆有限公司等生产的首批210辆C80型运煤车交付大秦线营运，到2011年营运的此型号铝合金运煤车已超过25000辆。
　　
　　C80型铝合金运煤车为双浴盆式，车箱长13m、高2m、宽2.5m，用6~8mm的5083铝合金板与加固型材铆接而成。每辆车约用板材1.8t，型材1.6t，与C63A型、C62B型钢运煤车相比可分别多装煤20t、21t，铝合金车的自重18.3t，而钢车分别为22.5t及22.3t。铝合金运煤车具有很多优势。

　　 　　运输效率大大提高
　　
　　铝有更高的比强度（强度/密度）、与中国现有的高强度耐候钢相比，铝合金车厢更容易实现轻量化，从而增加载重，提高运输效率。按照美国制造的铝合金运煤车的统计，在同等强度条件下，铝合金车自重约比钢车轻20%，而中国C80铝合金运煤车比C63A型钢车轻4.2t，比C62B型钢车轻4t。在车辆总重不变的情况下，可显著提高车辆的有效载重，同时可减少机车与车辆保有量。
　　
　　可实现减员和降耗增效
　　
　　采用C80型铝合金运煤敞车可减少列车开行对数，从而可减少机车车辆的维护人员、机车司乘人员、机车能源、车辆维护费、线路损耗等，从而达到减员增效与降耗增效。
　　
　　可大大减少车辆维护费
　　
　　铝合金煤车比钢制的具有更强的抗腐蚀性能，可减少对其维护与修整，尤其是在运输硫含量高的煤炭时，这个优点尤为突出；同时铝的表面光滑，有助于卸车。因此，铝材成为设计煤车与其他矿产品运输车辆的一种有竞争力的材料。
　　
　　C80运煤车在我国铁路货车上首次采用了铝合金，减轻了车辆自身质量，降低了车辆重心，载重达到80t，具有显著的经济效益与社会效益，是中国铁路货运发展的一次飞跃。该车投入使用后，对实现大秦线开行2万吨重载列车，运输量达到2亿吨/年的要求起了决定的作用，大大缓解了西煤东运的紧张局面，对国民经济的持续稳中求进发展提供了有力保证。同时，该车的研制成功，填补了中国铁路货车的一项空白，达到国际先进水平，还带动了铁路货车研究、设计、制造、运用、检修等工作全面迈上了一个新台阶。

　　 　　我国是一个产煤大国，2011年的产量32.4亿吨，占全球总产量的48.3%，2015年的产量无疑将超过40亿吨，西煤东运、北煤南运的紧张态势会更加紧张，适度发展铝合金运煤车专列是缓解运输紧张的有效措施。2006~2012年美国铝合金运煤车的产量14000辆/年，如果中国能达到美国的水平，则需要铝合金车辆5万辆/年，每辆车的铝材采购量约4t，年需求量约200kt，当然在2020年以前不可能达到美国当前的水平。不过，铝合金运煤车在中国的应用潜力还远未得到发挥。美国从1993年起已停止生产钢制运煤车而全部改用铝合金运煤车。
　　
　　磁悬浮列车篇
　　
　　磁悬浮列车是利用电磁力将车浮起来，然后再用电磁力作为牵引力，驱动列车。磁悬浮列车不与钢轨接触，不会产生摩擦噪声。高速磁悬浮列车的速度大于100km/h，中低速的小于100km/h，不管是哪一种，它们的车辆都必须是全铝的。所谓全铝的，就是凡是可用铝合金制造的一切零部件与构件都是铝质的，也就是说全部铝化了。一辆磁悬浮车辆的铝材采购量约11.5t，其中80%左右为铝合金挤压型材，其余的20%左右为板材、箔材、线材与锻件等。2010年2月，中国具有完全自主知识产权的高速磁悬浮样车在中航工业成都飞机工业（集团）有限公司下线，标志着中国具备了磁悬浮铝合金车辆国产化设计、制造、整车集成能力。
　　
　　目前中国已经建成的高速磁悬浮铁路只有上海浦东机场线，长31km，全部技术与装备从德国引进，在今后一定时期内中国还没有建设高速磁悬浮铁路的规划，但一些城市出台了建设中低速磁悬铁路的规划。
　　
　　中低速磁悬浮轨道列车是一种新近发展起来的轨道交通装备，性能卓越，适用于大中城市市内、近距离城市间、旅游景区的交通连接，市场前景广阔。与普通轮轨列车相比，中低速磁悬浮列车具有噪声低、震动小、线路铺设条件宽松、易于实施、易于维护等优点，而且由于其牵引力不受轮轨间粘着系数影响，使其爬坡能力强，转弯半径小，是最舒适、安全、快捷、环保的绿色轨道交通工具，在各种交通方式中具有独特的优势。

　　 　　此外，它还有造价远低于地铁与可穿行于建筑物密集区的优点。和目前的地铁、城铁相比，磁悬浮轨道造价较低，只需几千万元/km，跟高达7亿元/km以上的地铁相比，可大大节约建设资金。与地铁相比，磁悬浮不挖地道，能节省大笔费用；和城铁轻轨相比，转弯能力强、噪声小、爬坡能力强，可在房屋稠密的社区穿行。另外，对于一些因土壤地质构造原因，无法挖地道的地方，如昆明、济南等城市，使用磁悬浮列车作为轨道交通，则要实际得多。
　　
　　当前世界上有3种类型磁悬浮：德国的常导电式，日本的超导电式，它们都是用电力来产生磁浮动力；中国的永磁式，利用特殊的高技术永磁材料，不需要任何其他动力支持。前两种磁悬浮列车在不通电时，车体与槽轨道接触在一起，而中国利用永磁悬浮技术制造的列车在任何情况下，车体和轨道之间都不接触，是独立于德国、日本磁悬浮技术之外的独创技术，其优点为：悬浮力强大，经济效益好，节能性强，安全性好，平衡性好。
　　
　　北京轨道交通建设管理有限公司正在建设中国首条中低速磁悬浮线——S1线，全长19.985km，其中高架线19.420km，地下线0.455km。分两期建设，首期建西段，长10.165km，2012年底通车试运营；东段工程为二期，长9.704km，计划2013年11月开工，2017年2月试运营。
　　
　　2009年6月15日，中国首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车在中国北车集团唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，取得了预期的效果，这标志着中国已具备中低速悬浮列车产业化生产能力。这种永磁式中低速磁悬浮列车将在中国得到稳健的发展，而且必将走向全世界，为世界大中城市的交通带来巨大变化，也为交通运输铝材的应用开辟了另一个亮点。
　　
　　另外，中国磁悬浮列车是靠列车底部永磁体产生的强磁场而悬浮驱动，这种永磁体用强磁材料——钕铁硼（Nd-Fe-B）合金制造。钕是一种稀土金属，中国是稀土金属之乡，占世界总储量的23%，为发展钕-铁-硼合金提供了强大的资源支撑，为中国中低速磁悬浮列车的发展创造了条件。