現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸是國家經(jīng)濟(jì)的命脈，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著決定性作用。鐵路作為交通運(yùn)輸體系的骨干、國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在建設(shè)發(fā)展新型國家和經(jīng)濟(jì)的提升承擔(dān)著重大責(zé)任與艱巨的任務(wù)，大力加快發(fā)展具有運(yùn)量大、速度快、能耗和污染少、占地省、效益高的高速軌道交通具有非常重要的意義。

中國高鐵走出國門走向世界少不了各種新材料、新技術(shù)的加持，今天放下那些高深的技術(shù)，文中簡單總結(jié)一下高鐵在生產(chǎn)制造中用到了哪些新材料。金屬材料具有資源豐富、生產(chǎn)規(guī)模大、易于加工、性能多樣可靠、使用方便和便于回收等特點(diǎn)，以鋼鐵為代表的黑色金屬更是國家建設(shè)和現(xiàn)代化發(fā)展必不可少的重要物資，金屬材料在高速鐵路上也因此有著極其廣泛的應(yīng)用，此外還有大量的高分子材料和復(fù)合材料為高鐵建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

高鐵列車主要有四大部分組裝而成：車體、轉(zhuǎn)向架、車上下大部件、車內(nèi)設(shè)施；高速鐵路也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)諸如鋼軌、扣件等重要部件材料的自主研發(fā)生產(chǎn)和國產(chǎn)化，隨著高鐵技術(shù)不斷發(fā)展的需求，需要開發(fā)適應(yīng)高鐵需求的新材料新技術(shù)，同時(shí)對新材料的強(qiáng)度、疲勞性能、輕量化、工藝性等提出了更高的要求。高速軌道交通關(guān)鍵材料包含以下主要領(lǐng)域：高速列車關(guān)鍵材料（包括高速車體材料及工藝、高速轉(zhuǎn)向架材料及工藝、高速弓網(wǎng)關(guān)鍵材料及工藝、高速制動盤/片材料、車軸材料、減震降噪材料等）、高速鐵路建設(shè)關(guān)鍵材料（包括高速鋼軌、路橋建設(shè)用材料、信號控制等）、高速軌道交通系統(tǒng)維護(hù)關(guān)鍵材料及裝備等。

  
高鐵車體

車體是個(gè)什么東西？車體就像是列車這房子的框架，是高鐵列車之“骨”，是高鐵列車整車制造的核心技術(shù)之一。車體的構(gòu)成主要用到了不銹鋼、鋁合金還有一些復(fù)合材料。

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不銹鋼

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     車體中使用到的主要是鎳鉻奧氏體不銹鋼，由于其高耐蝕性和美觀的特點(diǎn)，在日本、美國、前蘇聯(lián)應(yīng)用較多，在保證強(qiáng)度和剛度前提下，如梁、柱等骨架的板厚由普通鋼的3.2一6.0mm減至1.0一1.5 mm，可減重40%左右。20世紀(jì)60年代初，日本率先研制出不銹鋼車輛，其輕量、節(jié)能、不需涂裝，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，目前不銹鋼車輛超過5000輛，占全部客車10%以上。

主要應(yīng)用：不銹鋼車體由于不易解決車體氣密性問題，只用于制造200km/h速度級的車體、及車內(nèi)承載和裝飾件。

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鋁合金

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目前國內(nèi)高鐵列車大量使用鋁合金材料，時(shí)速300公里以上的高速列車車體必須采用輕質(zhì)鋁合金材料，時(shí)速350公里以上的列車車廂除底盤外全部采用鋁型材。鋁及鋁合金具有密度小（僅為2.7，為鋼的1/3）、強(qiáng)度高，加入某些元素形成的合金比鋼合金強(qiáng)度更高，導(dǎo)熱導(dǎo)電性僅次于銀、銅和金，再加上表面生成致密牢固的Al2O3保護(hù)膜能夠保護(hù)基體免受腐蝕，特別是車輛引擎部分特別適合使用鋁合金材料。這里幾乎完全是鋁合金的一家天下。此外，鋁合金的加工工藝多種多樣。通用性較強(qiáng)。由于鋁的融化溫度低，流動性好，易于制造各種復(fù)雜外形的零件，在強(qiáng)度和剛度滿足高鐵車廂安全要求的同時(shí)，使用鋁合金可以減輕高鐵車廂的自重。目前中國客運(yùn)專線有crhi、crh2、crh3和crh5這四種動車組，其中crh2、crh3和crhi5三種動車組均采用鋁合金材料。

主要應(yīng)用：作為受力構(gòu)件；作為門、窗、管、蓋、殼等材料；作為裝飾和絕熱材料。鋁合金容易加工和具有高度的散熱性。

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復(fù)合材料

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復(fù)合材料代表了未來發(fā)展趨勢，已逐漸應(yīng)用于車輛。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（FRF)因?yàn)楦弑葟?qiáng)度（剛度）、耐疲勞、耐蝕、隔熱、阻燃、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，英國、日本、德國先后在60年代開始應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)在越來越多地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件，例如車體和車頭前端部采用玻璃鋼、芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。目前在西歐，制造鐵道車輛用的復(fù)合材料中，按纖維種類分，玻璃纖維占58%. 芳族聚酸胺纖維占20%，碳纖維占20%，其他占2%；按樹脂的種類分，聚酯占35%，乙烯酸酯占22%，環(huán)氧樹脂占21%，酚醛樹脂占15%，改性的丙烯酸樹脂占4%，其他占3%。

轉(zhuǎn)向架

     轉(zhuǎn)向架是高速動車組的走行裝置，是負(fù)責(zé)完成整個(gè)車輛走行任務(wù)的部件。它相當(dāng)于汽車的底盤和車輪，具有導(dǎo)向、承載、減震、牽引、制動等作用。目前，國內(nèi)高鐵的轉(zhuǎn)向架都是由鋼和鐵制成的，多采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金低碳高強(qiáng)度鋼、耐候鋼制造的構(gòu)架，但由于鋼和鐵重量大，導(dǎo)致列車阻力大、耗能增多。近年來，中國高鐵開始了輕量化研究，作為動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架自然而然成為研究者突破的主要方向。

車輛內(nèi)裝及設(shè)備

     車輛內(nèi)裝及設(shè)備主要有裝飾板、廁所、盟洗室、座椅及水箱等，以鋁合金和高分子材料為主，如裝飾板采用鋁合金上疊合一層不燃性的纖維增強(qiáng)塑料，廁所、盟洗室、座椅及水箱還要考慮到衛(wèi)生和耐腐蝕性，也以不燃性的為佳。

輪-軌系統(tǒng)

伴隨著中國鐵路的發(fā)展，鋼軌從單重、軌頭廓形、定尺長度到材質(zhì)等方面均取得長足進(jìn)步，以適應(yīng)不同運(yùn)行條件對鋼軌的需求，車輪是輪軌系統(tǒng)中的核心部件之一，其安全可靠性直接影響到運(yùn)輸安全。車輪與鋼軌材料除了要有足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性外，還必須具有耐擦傷、抗剝離的性能。

鋼軌

我國鋼軌生產(chǎn)企業(yè)主要攀鋼、 鞍鋼、包鋼、武鋼和邯鋼。這 5 家鋼廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，包括頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、真空處理爐、大方坯連鑄機(jī)、萬能軋制機(jī)組、復(fù)合矯直機(jī)、鋼軌在線檢測中心和聯(lián)合機(jī)床等，采用先進(jìn)的連鑄、萬能軋制等生產(chǎn)工藝，均已具備現(xiàn)代化的鋼軌生產(chǎn)能力，可滿足生產(chǎn)高速、重載鐵路等高檔次鋼軌的需要。

現(xiàn)行鐵路上鋼軌主要有強(qiáng)度等級為 880 MPa的U71Mn 鋼軌和980 MPa 的 U75V 微合金鋼軌。高速鐵路上廣泛使用的鋼軌是 U71MnG 鋼軌和 U75VG 鋼軌。這 2 種鋼軌是在 U71Mn 鋼軌和 U75V 鋼軌的基礎(chǔ)上，對成分進(jìn)行優(yōu)化，主要減少了鋼中有害元素 P 和 S 的含量，并提高了斷后伸長率（A）要求。

車輪

我國鐵路車輪用材料主要以中碳鋼為主， 普通客車和貨車車輪材料為 CL60 鋼，普通機(jī)車車輪材料略有不同，但基本與 CL60 相近。

受電弓滑板

受電弓滑板是機(jī)車供電系統(tǒng)重要集電元件，通常有碳滑板、金屬滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板，各國多采用碳滑板。近幾年我國常采用浸金屬碳滑板，浸金屬碳滑板既有碳材料的自潤滑性，又具備了金屬材料集電、強(qiáng)度和抗沖擊力高的特點(diǎn)。浸金屬碳滑板主要是利用了碳滑板材料的多孔性質(zhì)，將熔融的銅或銅合金等高導(dǎo)電性金屬，在高溫高壓下浸入到碳滑板基體中去，使它既有碳材料的自潤滑和抗電弧性能，又具備金屬材料的集電、強(qiáng)度高、抗彈撞擊力強(qiáng)的特點(diǎn)。

制動摩擦系統(tǒng)

制動摩擦系統(tǒng)要求摩阻材料有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，更好的散熱性和耐磨性，足夠高的沖擊強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，對磨偶件不產(chǎn)生異常磨損和其他形式的損傷，制動火花少，價(jià)格便宜，而且輕量化。制動盤過去長期使用合金鑄鐵，但高速列車要求選用高強(qiáng)度抗熱裂的合金鍛鋼，如Ni-Cr-Mo或Cr-Mo-V合金鋼，也有研制金屬基復(fù)合材料和C-C復(fù)合材料制動盤。

目前常用的摩阻材料可分為含磷鑄鐵、粉末冶金材料和合成材料。法國TGV-A、日本新干線等高速列車都采用了粉末冶金閘片，而且普遍是銅基材料。

減振降噪材料

     高速鐵路引起的噪聲源主要包括列車高速運(yùn)行時(shí)走行部的車輪與鋼軌產(chǎn)生的“輪軌噪聲”、集電弓與接觸網(wǎng)高速摩擦產(chǎn)生的“集電系統(tǒng)噪聲”、高速行車引起的“空氣動力噪聲”、行車激勵(lì)引起的橋梁結(jié)構(gòu)的振動而產(chǎn)生的“結(jié)構(gòu)噪聲”。一般都會在設(shè)計(jì)高鐵時(shí)采用低噪聲的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造達(dá)到降噪的目的。在材料的選擇上許多化工新材料特別是化工高分子材料在減振、降噪、吸音等方面的性能優(yōu)勢是傳統(tǒng)的金屬、水泥、木材所無法比擬的，高鐵鐵軌所用到的高分子減振、降噪材料就多達(dá)十幾種。

     聚氨酯、碳纖維復(fù)合材料、熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、丁基橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠等材料廣泛地應(yīng)用在高速鐵路的車輛、軌道、橋梁和接觸導(dǎo)線上，滿足了高速鐵路對材料的特殊要求。例如勃彈性能、耐疲勞、耐老化性能更優(yōu)的橡膠元件，以保證乘坐的安全舒適，橡膠元件的減振降噪作用特別顯著。

高速軌道交通材料的建議

1）主管部門加強(qiáng)引導(dǎo)，聯(lián)合國內(nèi)高速列車的生產(chǎn)企業(yè)和材料生產(chǎn)廠家等分析高速列車關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化中存在的問題，建立高速列車生產(chǎn)主機(jī)廠與材料生產(chǎn)單位的直接聯(lián)系。

2）聯(lián)合科研院所、高校、企業(yè)，對關(guān)鍵材料重點(diǎn)攻關(guān)。通過成分配方設(shè)計(jì)、冶金（合成）軋制、熱處理（表面處理）等控制材料的成分、組織、性能，提高材料綜合服役性能。通過過程控制提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

3）由高速、重載鐵路運(yùn)營部門進(jìn)行高速、重載列車新材料的現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行長期運(yùn)行考驗(yàn)。 

4）建立市場需求牽引的高速鐵路材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。即國家用需求引導(dǎo)高速鐵路材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式。

5）建立符合中國市場特征自主高速、重載鐵路材料質(zhì)量評價(jià)體系，建立包括多方參與的高速、重載材料試驗(yàn)、服役行為評價(jià)平臺。 

6）集中力量進(jìn)行高端高鐵關(guān)鍵材料的質(zhì)量和技術(shù)攻關(guān)，解決材料在工程應(yīng)用中的工藝技術(shù)問題，加快材料產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。 

7）在參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實(shí)際情況，盡快建立中國的高速鐵路材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。 

8）實(shí)現(xiàn)主要材料生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化，通過自動過程控制穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。