城市轨道交通车辆也可采用耐候钢等普通钢材
对于城市轨道交通的车辆,目前国际上有一种趋向:外观装饰要求漂亮和豪华;车体结构材料也大量采用不锈钢、铝合金等材料。这样不但增加了制造工艺难度,也大幅度提高了成本和价格。铝合金和不锈钢的价格一般是钢材的几倍甚至更多。由于城市轨道交通系统的车辆购置费在整个工程费用中占有较大的比重(地铁一般在10 % 左右), 因此车辆标准过高会造成工程总投资增加。随着城市的现代化,漂亮的车辆外形是必要的,但应和城市的整个格调相一致,避免奢侈性的超前要求。轨道车辆的主要损坏形式除走行部分的正常磨损外是车体钢结构的腐蚀。采用铝合金和不锈钢材料的主要目的是为了抗蚀。国产铁路客车的厂修规程规定厂修周期为6 年,在采用耐候钢(一种含铜的低合金钢) 后,厂修周期改为7. 5 年,有些车型如25 型车在加强了车辆的除锈和油漆工艺后,厂修周期标明为15 年。普通钢材车辆的使用寿命可做3 个厂修,为24 年左右,耐候钢车辆寿命据估计可达三四十年。车辆寿命除材料外也决定于钢结构的除锈及油漆处理工艺。处理好的车体钢结构使用三四十年后腐蚀也不严重。曾经见到在40 年代制造的客车,由于除锈和油漆工艺做得好,在80 年代初车辆解体后, 钢结构部分仍然很少看到有腐蚀现象。最近曾到车辆段进行调查和了解,25 型车耐候钢车体在进行两年段修程的修理检查时,基本未发现腐蚀现象,其抗腐蚀性能相当理想。城市轨道交通的车辆是否可以耐候钢来代替铝合金或者不锈钢,从而大幅度地降低成本和价格呢? 我们可从以下几个方面进行分析。
(1) 构造方面
铁路客车上设置有煤箱、水箱、采暖锅炉、饮用水锅炉,装有暖气管道(水暖) 、上下水管道,在车厢的两端还设置有盥洗室和厕所,并且在车上还为旅客提供饮水和饮食服务。大量的水和蒸汽泄漏至车体钢结构的表面,是钢结构产生腐蚀的主要根源。而城市轨道交通的车辆则不存在这种状况,车厢里没有水源和汽源,降温用空调或风扇,采暖用电加热,因此腐蚀源很少。
(2) 运用条件方面
铁路客车的运用范围广,条件差别大。如齐齐哈尔至南京的铁路客车在冬季运行时,齐齐哈尔夜间的最低温度可达-40 ℃,而南京白天的温度则在10 ℃ 左右,温度差值达50 ℃;乌鲁木齐至上海的客车在夏季运行时,海拔高度相差2 000 m 之多,相对湿度乌鲁木齐为40 %～50 % , 上海则达到90 % 以上。温差大、湿度变化大、凝结水的大量产生,也是造成车体钢结构腐蚀的重要原因。地铁和轻轨的车辆则也不存在这种状况。
(3) 钢结构使用寿命方面
金属结构的寿命除受腐蚀影响外,另一个重要因素是受疲劳强度破坏的影响。根据断裂力学理论,铁路客车钢结构的疲劳寿命一般不超过50 年。在疲劳强度方面,不锈钢和普通钢材是接近的,而铝合金还不如钢材。另外从产品的更新换代方面考虑,过分的延长车辆的使用寿命实际上是没有什么现实意义的。
(4) 价格因素
根据1999 年的价格,国内市场普通钢材(型、板材) 价格在3 000 元/t 左右,不锈钢价格在15 000 元/t 左右,铝合金材价格在12 000 元/t 左右(日本市场价格远高于不锈钢价格) 。不锈钢和铝合金的价格是普通钢材的四五倍,选用不锈钢或铝合金材料作为车体结构,必然会大大提高车辆的成本和价格。综上所述可以看出,只要做好金属结构的防腐处理和油漆工艺,采用耐候钢材料制造城市轨道交可行的,寿命能保证在30 年以上。采用普通钢材通车辆是完全可行的。
原作者：王永宁
