铝应用丨轨道交通用铝再入黄金期
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前言：十年前，高铁、城轨甚至于地铁对于我们是如此的陌生，而十年后，高铁、城轨、地铁跟我们走得却是如此之近，8小时、3小时、1小时生活圈、跨城市地铁网的名词屡见不鲜，而这些交通工具逐渐成了我们工作、生活、学习不可或缺的出行伴侣。
我们可把2008年中国首条高铁路线京津线投入运营至2015年为止这段时间定为轨道交通用铝第一个黄金发展期，其特点是线路建设与对铝合金车辆需求以国内为主；第二个黄金需求期为“十三五”与“十四五”规划期即2016年-2025年，线路建设与对铝合金需求国内外并重；2026年起将进入第三黄金需求期，其特点可能是以国外为主。
从大的层面看，轨道车辆可分为货运用的与客运用的两大类。在当前可用铝合金制造的货运车辆不多，还不到车辆总数的2%，发达国家的多一些，用于运输矿产品与农产品，中国的很少，仅约3万辆，主要是C80运煤车，用于大秦线与神黄线运煤。用铝合金制的轨道车辆是一个庞大的家族：高速铁路，中、低速磁悬浮线，地铁，高架城轨，市域快轨，地际高速，市区单轨，磁悬浮车辆等。磁悬浮车辆不管速度高低都必须是全铝的，所谓全铝的就是在当前的技术条件下凡是可用铝合金制的零部件都用上了铝。单轨车辆有两种：悬挂式与骑跨式。
市域快轨交通是指大城市市域范围内的客运轨道交通与郊区（如北京地铁平谷线，长67.6m）、中心城市与卫星城、重点城镇间等，服务范围一般不超过100km，在广义上它属城市轨道交通范围，但是它的站距比一般市内地铁的长得多，通常为2km-5km，而一般市内地铁的仅1km左右。地铁可以满足出行半径不大于50km的乘客要求，城际和高铁的服务半径则大于100km，而50km-100km的客运则由市域快轨承担，它的最高速度可达160km/h，既可以在高铁线路上跑，又能在地铁轨道上跑，被誉为“全能”市域快轨车。
首列这种快轨车于2015年在中国中车长春轨道客车股份有限公司下线，进行了试跑，它的车身是用碳纤维复合材料与铝材制造的，是中国首次用复合材料制造轨道客车车身，取得了更好的减重效果，不过复合材料价格比铝合金的高不少，零部件制造工艺与车辆维修也比铝合金的困难，报废零部件与车辆的回收几乎无法进行，而铝合金废件的回收率可达95%以上，是一类永不消失可循环利用的金属。
市域快轨交通车辆的铝化率为30%-40%，全铝车辆的发展还有相当大的潜力，仍是推广铝应用的重点领域。
根据国际铁路联盟的定义，在既有线路上运营速度大于200km/h的列车，在新建线路上运行速度大于250km/h的，相应的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。在当今的技术条件下，高铁车辆车体都是用铝材制造的，其中85%以上为挤压型材，其余的15%为平轧铝产品、铸件与锻件。另外，车辆内部设施如行李架、卫生设施、贮柜等还要用一些铝，空调通风系统、照明与通讯系统、车站与其他设施的建设也都需要一些铝材。
“十三五”期间国内客运轨道车辆铝材需求253kt
据原国家铁路局发布的《铁路“十三五”发展规划征求意见稿》（下称《征求意见稿》）称：全国铁路网要基本覆盖20万人口以上的城市，80%的县级行政中心。要基本实现国家、高速铁路网基本覆盖50万人口以上的城市、区域中心城市1h-8h高速通达圈；相邻大城市1h~4h快速交通圈；城市群内0.5h-2h通勤圈。
1）国内高速铁路
中国自2004年起开始建设高铁，2007年12月首条城际高铁——京津高速铁路开通，至2013年高速铁路已突破1万km，占世界总里程的近50%，2015年中国高铁运营里程已达1.9万km，占世界总里程的65.5%。
《征求意见稿》称：“十三五”期间铁路固定资产投资规模将达3.5万亿-3.8万亿元。笔者认为，规划的投资规模趋于保守，最终决算规模有可能突破4.2万亿-4.5万亿元。
《征求意见稿》称：“十三五”期间，高速铁路网要在“四纵四横”骨架基础上，继续实施一批条件成熟的高铁项目共计20多个，其中重点建设项目包括北京至沈阳、北京至张家口至呼和浩特、大同至张家口等23个高速铁路项目；同时建设郑州至万州、太原至郑州、贵阳至南宁等21个高速铁路。至2020年末，中国高速铁路里程可达到3万km。
这3万km高铁通车里程有1.1万km是在“十三五”期间通车运营的，按1km配备1辆铝合金车辆匡算（含机车），需1.1万辆，这是保守的匡算，乐观的匡算则需要1.3万辆，平均2200辆/a-2600辆/a。每辆车采购铝材消费量约12t（含外购产品如空调系统的用铝量），其中挤压材（含管材）10.6t，平轧材0.8t，铸件0.4t，锻件0.2t。“十三五”期间国内高铁车辆对铝材的总需求为：132kt-156kt，平均为26.4kt/a-31.2kt/a；另外，在车站、厂房、其他设施建设方面还要用一些铝材，如果每km按1t采购量匡算，则采购量为11kt。由此可见，需要采购的铝材总量为143kt-167kt。
2）城际铁路
城际铁路的服务半径大于100km。在城际铁路布局上，《征求意见稿》提出：城际铁路规划新开工建设5000km左右，2020年城际铁路规模达到5000km。重点建设京津冀地区、长三角地区、珠三角地区等8个城市群城际铁路，其中最大的是京津冀城际，由27条城际铁路线组成，总规模3796km，京唐城际、京滨城际、廊涿城际、首都机场到北京新机场联络线计划2016年开工。如果按1.5辆/km配备动车辆，则需要车辆5694辆，若其中40%是用铝合金制造的，则需购置铝合金车辆2278辆；若“十三五”期间有50%线路投入运营，则投入运营的铝合金动车有1140辆，需采购铝材1140辆×9t/辆=10.26kt。
这就是说，铝加工业在“十三五”期间应向客车车辆制造企业提供10.26kt铝材。当然这些铝材有小部分是从2014年起提供的，因为有些车辆需提前制造，制造周期1a-1.5a。
3）市域轨道线路
市域轨道交通是一个大家族，包括磁悬浮、中低速磁悬浮、地铁、高架城轨、市域快轨、市区单轨等，中国当前有38个城市的轨道交通线路获得国家发改委审批通过，约有50个城市在继续建设与准备建设这类交通线路。但是“十三五”期间究竟有多少里程开始运营没有确切的统计资料可供利用，所以很难作出靠谱的对铝材需求量。
制造这类客运轨道车辆车体用的主要材料有：低合金化高强度碳钢、不锈钢、铝材、复合材料。用铝材制造的车辆约占总数的35%，估计“十三五”期间市域轨道线路铝合金车辆总制造量约8000辆，每辆铝材采购量按9t计算，铝加工厂的供应量约72kt，平均每年供应14.4kt；线路、车站等建设的铝材用量按1kt/a计算，则铝材的供给量为15.4kt/a。
“十三五”期间运煤车需要铝材85kt
1996年齐齐哈尔车辆公司与美国有关企业合作研制了两辆铝合金运煤车，2004年3月齐齐哈尔车辆公司、二七机车车辆公司、株洲电力机车车辆公司等生产首批210辆交付大秦线使用，2010年运营的C80型运煤车已超过11000辆，2015年神黄线购买了8000辆C80车。
至此，中国投入运营的C80运煤车约25000辆。《征求意见稿》称，“十三五”期间将建设成都至兰州、拉萨至林芝、蒙西至华中铁路通道，预计需要C80型运煤车25000辆。神黄运煤专线全长860km，运输能力1亿t/a，侯月等运煤专线的总运量也在1亿t/a以上。
C80型运煤车为双浴盆式，车厢长13m、高2m、宽2.5m，用6mm-8mm的5083-H32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，共用铝材3.4t/辆，“十三五”期间制造C80运煤车需要铝材85kt。
与钢煤车相比，铝合金车的优越性显而易见，它的经济效益与社会效益巨大，与C63型钢车相比，每辆提高载重19t，提高运输能力31.1%，因此每辆车平均收益提高22.92万元，在车辆使用期内每辆收益提高572.90万元，同时可减少车辆保有量，按大秦线目标运量2亿t计算，可减少车辆购置3763辆、减少机车购置165台。
铝合金煤车的抗腐蚀性能比钢车的强得多，可大大减少车的维修费用，在运输含硫高的煤炭时，这个优点尤为突出，同时由于铝合金的表面光滑，有利于卸煤。
中国是全世界产煤最多的国家，2015年的产量37.5亿t，为美国的（8.9亿t）的4.21倍，可是美国的运煤车有14万辆，为中国运煤车的5.6倍，美国从1993年起停止生产钢运煤车，可见中国铝合金煤车的发展潜力还很大，运煤车的铝化率还很低。制造运煤车用的铝材属常规工业铝材，中国通通能制造。
今天中国的高铁技术，的确可堪称是世界高铁领域中的“高富帅”。这不是我们自吹自擂。早在2010年，奥巴马便承认，美国高铁技术比中国落后10年。中国已经掌握了高铁中最为核心的精密技术，是世界上能独立研制高铁装备并提供成套技术和服务的少数几个国家之一。中国能造最好的高铁，还能造价格最便宜、成本最低的高铁。这也不是我们自己算出来的，是世界银行发布的报告：中国高铁建设成本约为其他国家的2/3，票价是其他国家的1/4到1/5。
以往中国铝消费过多地依赖建筑行业，未来随着中国的经济结构转型，我们预计交通运输领域铝的消费占比或将不断提高。而在“一带一路”的国家战备引领下，轨道线路特别是高铁线路建设“走出去”的机会将越来越多，尤其对国内铝型材消费有着强大的促进作用。另外，铝加工行业将走产业升级的道路，对铝材产品质量、精度和档次要求会更高，特殊铝型材及铝型材深加工项目和大截面交通运输铝型材深加工项目也将越来越普遍。
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