城市轨道交通车辆车体材料的选型分析
郭泽阔1 杨中平2闫雪燕1
（1：北京城建设计研究总院；2：北京交通大学）
摘 要 城市轨道交通车辆的车体材料选材，是关系到运营的“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”的重大因素之一。本文结合当前国内城市轨道交通车辆车体的使用及选购情况，借鉴国外经验，针对不锈钢、铝合金车体的材料和结构特点进行分析、比较。探讨了针对城市轨道交通特点和对车辆的要求，合理选择车体材料问题。对两种材料车体的发展动向作了介绍。 关键词 城市轨道交通车辆、车体选材、不锈钢、铝合金
Analysis of Urban Rail Transport Vehicle Body Material Selection
Zekuo Guo Zhongping Yang Xueyan Yan
(1:BEIJING URBAN ENGINEERIN DESIGN ＆ RESEARCH INSTITUTE CO.LTD ,
2:BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY)
1
2
1
Abstract: The materials which can be selected for the car bodies of urban railway vehicles is one of the significant subjects concerned with “safety，reliability ，high speed， lightweight ，economy and applicability’’ in the operation．Text with the current domestic urban rail transport vehicles and the use of car buying, learn from foreign experience, for stainless steel, aluminum alloy body of material and structural characteristics of analysis and comparison. Explored for urban rail traffic characteristics and the requirements of the vehicle, a reasonable choice body material . On the development of different materials body movements were introduced. Key words: Urban railway vehicles，Car bodies，Stainless steel、Aluminum
1前言
车体是车辆的关键部件，其材料选型不仅牵涉车辆本身的投资大小、车重、安全性、美观性，而且还影响车辆供货商的选择、投入运营后的运营维修费用、乘客乘坐舒适度、环境影响等，是控制车辆投资、提高服务水平及运营成本的重要因素。
车体是车辆结构的主体。车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性；车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆外观、寿命和检修制度；车体的重量，则会对能耗大小、加减速度、载客能力、乘客舒适度乃至列车编组形式(动拖比) 。以上所述又都直接影响运营质量和经济效益。车体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。故车体选材在城市轨道交通工程建设中是需要考虑的一个重要问题。
2车体材料的选择关系到列车的哪些因素？
车体材料的选择不但影响车体的强度和刚度，直
接关系车辆运行的安全性和乘客的舒适性，而且关系到车辆的载客能力和能耗大小，也关系到车辆检修工作量和使用寿命，并影响车辆采购费和运营维修费的高低。因此，选择地铁车辆车体材料时，不但要考虑车辆采购价格，还要考虑车辆长期运行时的运营和维修费用。
3国内外地铁车辆车体材料状况
目前，城市地铁车辆车体材料有普通钢(含耐候纲) 、不锈钢和铝合金3种材料。
图1 北京13号线耐候刚车体
图2 武汉铝合金B 型城轨车
图3 天津滨海快线不锈钢城轨车
3.1 不锈钢车体的发展与国内外使用状况
自1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁线以来，地铁车辆长期采用普通钢车体。因为普通钢车体强度低、重量大、能耗高、腐蚀重、维修量大、使用寿命短，自20世纪50年代开始，人们开始用不锈钢和铝合金取代普通钢车体。不锈钢是一种含镍铬的高强度合金钢，其强度是普通钢的l 倍以上，特别是轻量化不锈钢的强度可达到普通钢的3倍，可使车体轻量化。不锈钢车体的耐腐蚀性优越，不但减少了维修工作量和维修费用，而且延长了车辆的使用寿命。因此，美
国最早于20世纪50年代由巴德公司生产了不锈钢车。日本东急车辆公司于l959年末从美国引进不锈钢车体技术，l962年生产了13辆最早的7000系全不锈钢车，到2000年累计生产不锈钢车约l2000辆。加拿大庞巴迪拉柏卡尔夫工厂l982～l992年累计生产l 546辆客车中，不锈钢车占89%。韩国韩进重工业公司l995年生产了250辆客车，不锈钢车占80%。韩国汉城地铁5号线和釜山地铁也采用了不锈钢车体。莫斯科地铁也采用了
不锈钢车辆。国内的不锈钢车体开发与研制从我国长
客厂l987年生产2辆RW2型不锈钢客车开始，至今已有2
0 多年的历史，
目前，天津滨海快速、天津地铁9号线、
成都地铁2号线、北京地铁5、10号线等都已采购或计
划采用不锈钢车体车辆。
3.2 铝合金车体的发展与国内外使用状况
铝合金的比重只相当于普通钢的l ／3，弹性模量也只有钢的l ／3，在保证车体同等强度下，车体自重最大可减轻50%；而且铝合金的耐腐蚀性好，可以延长车辆的使用寿命。因此，许多国家都在积极开发和生产铝合金车。法国于l896年将铝合金用于铁道客车车
窗上。l905年英国铁路电动车的外墙板采用了铝合金。美国在l923～1932年间有700辆电动车和客车的侧墙和车顶采用铝合金。l952年伦敦地铁、l954年加拿大多伦多地铁车辆均采用了铝合金车体。20世纪60年代以来，德国科隆、波恩铁路的市郊电动车组也相继实现车体铝合金化。本从l962年的山阳地铁2000系开始采用铝合金车体，至l999年已累计生产了约l 万辆。法国、德国、英国和俄罗斯等国在高速铁路车辆上都采用了铝合金车体。20世纪90年代以来，意大利米兰地铁、奥地利维也纳地铁以及新加坡地铁都采用了铝合金车辆。近年来，我国地铁车辆车体也采用了铝合金材料，上海地铁l 号、2号线及明珠线，广州地铁1号、2号、3号线4号、5号，深圳地铁1号、4号线，南京地
铁1号线，重庆单轨2、3号线，重庆地铁1号线、武汉地铁等都已采购或计划采用铝合金车体车辆。
4 不锈钢车体与铝合金车体技术性能比较
4.1 安全性
不锈钢的熔点为1500~C，铝合金的熔点是660℃ ，铝合金的耐热性仅是不锈钢的44％。在发生严重火灾情况下，铝合金车体将会很快熔化掉，带来可怕的灾难性后果。相比较而言， 不锈钢车体骨架难以熔化。
2003年9月莫斯科地铁火灾事故中，车体钢骨架虽变形，但没有熔化掉。莫斯科地铁和纽约地铁车辆至今不用铝合金车体。因此，从乘客和设备安全性出发，为减少人员的伤亡和火灾事故的损失，不锈钢车体占优。
4.2 轻量化
铝合金的比重为2.71 g／cm3 ，仅是不锈钢(7.85 g／cm3 )的1／3，从理论上讲，铝合金材料更能使
车体轻量化。但是，铝合金的抗拉强度不如不锈钢，铝合金抗拉强度274～352 N／mm ，而一般不锈钢抗拉强度520～685 N／mm ，采用超低碳(C
4.3 耐腐蚀性
不锈钢和铝合金车体都具有较好的耐腐蚀性， 但不锈钢车体比铝合金车体更优越， 由于不锈钢含铬大于12%，使铁的电极电位由-0.56V 突升至+0.2V，使原电池腐蚀不易发生，这就显著提高了不锈钢车体的耐腐蚀性，在制造过程中不用进行防腐保护，完工后也不需涂漆。为提高车辆装饰性，可用彩色胶膜装修。铝合金车体的耐腐蚀性是由于在空气中铝合金表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜而具有很好的防腐蚀能力。但铝合金车体在长期运用中，特别是在潮湿的环境下，遇到空气介质中的阴离子(如C1) ，就会产生局部原电池，发生点蚀、面蚀和变色，影响车体强度和美观。所以大部分铝合金车体都要涂漆。因此，不锈钢车体的耐腐蚀性比铝合金车体要好些。
4.4外观质量
中空铝型材平整、挺拔，又可根据用户要求选择不同的装饰和颜色，独具西装革履、阔绰大方的绅士风度，给人的感觉是庄重、美观，广大乘客容易接受。
不涂装的不锈钢车体，由于不刮腻子、不油漆，外表不做任何装饰，给人一种缺点什么的感觉；由于外墙板很薄（中国使用1.5mm ）、很光，对不平度反映过敏，只要有0.2mm 的凹凸，经反光折射，肉眼就感到不舒服；尤其是薄板的点焊印子更是无法消除，这些密密麻麻的焊点是设计确定的、工艺保证的，焊点的排列、深度、大小的一致性都有严格的要求；
至于外表面不涂装问题，也是一个习惯和观念问题，目前日本和北京都习惯粘贴色带、而香港选择全裸，认为3M 彩带很贵且寿命短，能省的钱就要省下来，千方百计降低成本，人们看惯了这些密密麻麻、排列有序的焊点，也就顺眼了，很像当前流行的休闲装，虽然皱皱巴巴，但很随意、很现代。
4.5抵御磕碰、防划伤能力
铝合金占优，且可以修复；
不锈钢由于是薄板且为拉丝板，容易划伤，更忌讳异向划痕，出现划痕又难以消除。至于触摸的手印，还是可以清洗掉的。
4.6对车下设备提供的安装空间和布置方式
中空铝型材车体，车下空间大，适应大线槽布线和空气管路预装配，做到整体吊装，实现模块化结构要求；
不锈钢车体由于板薄（底架边梁也只是采用最厚的δ=4mm钢板轧制而成），板梁点焊结构，车下空间小，设备布置分散，只能用传统的预留线槽线道、现车穿线工艺，线路、管路布置零乱（目前日本车型和北京#5线都还停留在这个档次）。
4.7能耗
对B 型车而言铝合金车体比不锈钢车体每辆车轻1t 左右，对于城轨车辆，1t 自重每走行1km ，耗电约0. 137MJ，若以每日走行425km 计算，则一年所消耗的电能为20930MJ ，折合61369kW 。以重庆地铁一号线朝天门到大学城段为例，车辆计划采用铝合金车体，线路长35.658km ，6节编组，运用车为22列/132辆，年走行公里为2061.60万车公里，则对比不锈钢车体，一年节省电能为2824392MJ ，折合8281419kW 。
4.8 工艺
地铁车辆用的是铬镍型奥氏体不锈钢，强度高，
冷加工性能好，但不能用热处理强化。奥氏体不锈钢热膨胀系数是钢的1．5倍， 热传导率仅为钢的1／3，电阻率大。这些就决定了不锈钢车体从设计到制造比钢结构车更复杂，多采用搭接方式，使用过渡件。不锈钢车体的焊接不能用电弧焊，为减少热量的输入，避免晶界腐蚀及热变形，需用水冷却在2 min内降至室温，这就需要特殊的点焊机。由于不锈钢车体使用点焊工艺，车体的气密性较差，因而在高速车辆上使用受到限制。但对于低速的地铁、轻轨车辆是适用的。铝合金的焊接工艺复杂，手工操作难，容易产生较大的热应力、变形、裂纹和气孔，焊缝区域机械强度低于母材。但铝合金具有良好的塑性， 采用现代铝挤压成型技术，大型中空铝合金型材组成的铝合金车体得到了很快发展。目前，大型中空铝合金型材的铝合金车体可以是整体焊接结构，利用自动焊机连续焊接；也可用模块化结构，采用特殊螺栓连接方式组合成铝合金车体。因此，铝合金车体和不锈钢车体虽具有不同的工艺性能，但通过采用不同的工艺手段，都能实现批量化生产。
5 不锈钢车体与铝合金车体经济性分析
用户对地铁车辆的要求是：在车辆使用期内安全可靠、低运营费和易于维修。用户是否购买这种车辆，不仅受到该车辆采购费的影响，而且还要受到车辆使用期内用户承担的运用费用和维修费用的影响。车辆采购费和运用维修费之和称为车辆寿命周期费用。
5.1 采购费计算依据
目前， 国内城市轨道车辆进行招投标，车辆采
购费一般由车辆制造价格、备品备件、特殊工具、技术文件、设计联络、检验验收、培训、运输税费和保险等费用构成。根据近年来北京、上海、广州、深圳、南京、天津等城市地铁车辆和城轨车辆采购价格的分析，铝合金的平均采购价格约是普通钢车的1.8倍，不锈钢车的采购价格约是普通钢车的1.2倍。日本是生产和运用不锈钢车和铝合金车数量多和时间长的国家，根据它们的统计分析(表1) ，铝合金车的采购价格是普通钢车的1.6倍，不锈钢车的采购价格是普通钢车的1. 1倍。目前随着原材料市场的变化，各种材料的车体制造成本有所变化，但依然是铝合金最贵、不锈钢次之、耐候刚造价最低。
表1 日本3种车体的制造价格（美元）
5.2 能耗费计算依据
普通钢车以北京地铁复八线耐候钢车为例，从2000年6月28日正式开通投入运营以来，根据每辆车的电能表记录，每辆车百公里平均耗电175 kW/h。如果采用不锈钢车体，则电动车组的总重249.2 t， 比耐候钢电动车组轻16.2 t；采用同样车型的铝合金电动车组的总重为242.4 t，比耐候钢电动车组总重轻22t 。对于城轨车辆，1t 自重每走行1km ，耗电约0. 137MJ，若以每日走行425km 计算，则一年所消耗的电能为20930M ，折合61369KW 。
5.3 维修费计算依据
维修费用的多少与车辆的性能、维修量、修程和维修效率以及物价水平有关。日本碳钢车体、铝合金车体与不锈钢车体的维修费用见图1。从图1可以看出：在20年使用期内，不锈钢车体的维修费用最低，铝合金车体的维修费高于不锈钢车体，小于碳钢车体，碳钢车体的维修费最高；特别是超过12年后，碳钢车体和铝合金车体的维修费显著增加，在第20年，不锈钢车体的维修费不到1万美元，铝合金车体超过2万美元，碳钢车体达到10万美元以上。
维修美费元用
碳钢车体铝合金车体使用年限
图4 日本三种车体的维修费用
5.4 地铁车辆寿命周期费用计算
按地铁车辆的使用寿命30计算，不锈钢、铝合金车体车辆在寿命周期内的费用比较。根据日本地铁的运营经验，铝合金车体的寿命周期费用是不锈钢车体的1.25倍。
结论
目前A 型车，国内仅有铝合金车体一种备选方案（因为国内城市轨道交通车辆的通用轴承最大承重为17t ，如果采用不锈钢车体将达到这个限制，而采用铝合金车体最大轴重不超过16t ），所以说铝合金车体和不锈钢车体的竞争主要在B 型车上。综上所述，在地铁
铝合金车体
B 型车选型中，不锈钢车体与铝合金车体各有优势，具总费用碳钢车体
万美
元
不锈钢车体
使用年限
图5 日本三种车型的使用费用（含制造、维修）
6 材料供货情况
在我国，车体材料的开发研制也从未间断过。7O 年代的铝合金车体铁道车辆、9O 年代的不锈钢软卧车和铝合金的地铁车就已研制出来，现正在正常运行。现在大断面铝型材和车辆经济不锈钢SUS301L 国内已完成研制，可以批量投产。
6.1不锈钢
以前，车辆用不锈钢需要从日本进口，近几年，太原钢铁（集团）有限公司和宝钢不锈钢分公司为国产地铁车辆研发的不锈钢材料经长春客车厂验证，产品质量接近进口产品水平，尤其是表面质量平直度、表面拉丝立体感尤佳，现已应用在北京地铁线上。不锈钢的国产也不存在问题。
6.2铝合金
目前，国内城轨车辆市场铝合金原材料供货商主要为吉林麦达斯铝业有限公司、山东丛林集团龙口市丛林铝材有限公司、西南铝厂等单位。据了解吉林麦达斯铝业有限公司主要为长客厂供货，山东丛林集团龙口市丛林铝材有限公司主要为四方厂供货，而西南铝厂相对重视军工市场，对于要求较为苛刻的城轨车辆市场积极性不高、其强度及几何尺寸异性材料达不到要求而较少采用。
体到某一个城市的车辆选型应该综合考虑以上问题，尤其是要考虑到车体选型对本地产业链的影响及本地的人文特色。建议国内城市在车辆选型中采用层次分析法，综合经济、安全、外观等因素综合考虑。个人建议同一个城市的多条线路在车体选型中应尽量统一，以有利于线网的资源共享。
参考文献
【1】钱仲侯．高速铁路概论【M 】 北京：中国铁道出版社，
1999
【2】铁路机车车辆科技手册编委会 铁道车辆【M 】．北京：中国铁道出版社，2000
【3】 郭怀金，王得合，等．赴法国比利时参观考察城市轨道
交通车辆制造工艺综述fJ1 建厂科技交流。2002． 【4】{GB}T3190-1996，变形铝及铝合金化学成分。 【5】俄罗斯《BECTH14K BHHH)KT)2004，No4，44～48
作者简介：
郭泽阔： 男，工程师，北京城建设计研究总院 车辆专业，
杨中平： 男，副教授，北京交通大学硕士生导
师， 闫雪燕: ： 女，高级工程师，北京城建设计研
究总院。
第一作者简历：郭泽阔，男，1981年12月，汉族，籍贯：内蒙古，中共党员，硕士毕业，工程师，研究方向为城市轨道交通车辆。 联系方式：
地址：北京市西城区阜成门北大街5号2号楼416， 邮编：10037 电话：[1**********]
城市轨道交通车辆车体材料的选型分析
郭泽阔1 杨中平2闫雪燕1
（1：北京城建设计研究总院；2：北京交通大学）
摘 要 城市轨道交通车辆的车体材料选材，是关系到运营的“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”的重大因素之一。本文结合当前国内城市轨道交通车辆车体的使用及选购情况，借鉴国外经验，针对不锈钢、铝合金车体的材料和结构特点进行分析、比较。探讨了针对城市轨道交通特点和对车辆的要求，合理选择车体材料问题。对两种材料车体的发展动向作了介绍。 关键词 城市轨道交通车辆、车体选材、不锈钢、铝合金
Analysis of Urban Rail Transport Vehicle Body Material Selection
Zekuo Guo Zhongping Yang Xueyan Yan
(1:BEIJING URBAN ENGINEERIN DESIGN ＆ RESEARCH INSTITUTE CO.LTD ,
2:BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY)
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Abstract: The materials which can be selected for the car bodies of urban railway vehicles is one of the significant subjects concerned with “safety，reliability ，high speed， lightweight ，economy and applicability’’ in the operation．Text with the current domestic urban rail transport vehicles and the use of car buying, learn from foreign experience, for stainless steel, aluminum alloy body of material and structural characteristics of analysis and comparison. Explored for urban rail traffic characteristics and the requirements of the vehicle, a reasonable choice body material . On the development of different materials body movements were introduced. Key words: Urban railway vehicles，Car bodies，Stainless steel、Aluminum
1前言
车体是车辆的关键部件，其材料选型不仅牵涉车辆本身的投资大小、车重、安全性、美观性，而且还影响车辆供货商的选择、投入运营后的运营维修费用、乘客乘坐舒适度、环境影响等，是控制车辆投资、提高服务水平及运营成本的重要因素。
车体是车辆结构的主体。车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性；车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆外观、寿命和检修制度；车体的重量，则会对能耗大小、加减速度、载客能力、乘客舒适度乃至列车编组形式(动拖比) 。以上所述又都直接影响运营质量和经济效益。车体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。故车体选材在城市轨道交通工程建设中是需要考虑的一个重要问题。
2车体材料的选择关系到列车的哪些因素？
车体材料的选择不但影响车体的强度和刚度，直
接关系车辆运行的安全性和乘客的舒适性，而且关系到车辆的载客能力和能耗大小，也关系到车辆检修工作量和使用寿命，并影响车辆采购费和运营维修费的高低。因此，选择地铁车辆车体材料时，不但要考虑车辆采购价格，还要考虑车辆长期运行时的运营和维修费用。
3国内外地铁车辆车体材料状况
目前，城市地铁车辆车体材料有普通钢(含耐候纲) 、不锈钢和铝合金3种材料。
图1 北京13号线耐候刚车体
图2 武汉铝合金B 型城轨车
图3 天津滨海快线不锈钢城轨车
3.1 不锈钢车体的发展与国内外使用状况
自1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁线以来，地铁车辆长期采用普通钢车体。因为普通钢车体强度低、重量大、能耗高、腐蚀重、维修量大、使用寿命短，自20世纪50年代开始，人们开始用不锈钢和铝合金取代普通钢车体。不锈钢是一种含镍铬的高强度合金钢，其强度是普通钢的l 倍以上，特别是轻量化不锈钢的强度可达到普通钢的3倍，可使车体轻量化。不锈钢车体的耐腐蚀性优越，不但减少了维修工作量和维修费用，而且延长了车辆的使用寿命。因此，美
国最早于20世纪50年代由巴德公司生产了不锈钢车。日本东急车辆公司于l959年末从美国引进不锈钢车体技术，l962年生产了13辆最早的7000系全不锈钢车，到2000年累计生产不锈钢车约l2000辆。加拿大庞巴迪拉柏卡尔夫工厂l982～l992年累计生产l 546辆客车中，不锈钢车占89%。韩国韩进重工业公司l995年生产了250辆客车，不锈钢车占80%。韩国汉城地铁5号线和釜山地铁也采用了不锈钢车体。莫斯科地铁也采用了
不锈钢车辆。国内的不锈钢车体开发与研制从我国长
客厂l987年生产2辆RW2型不锈钢客车开始，至今已有2
0 多年的历史，
目前，天津滨海快速、天津地铁9号线、
成都地铁2号线、北京地铁5、10号线等都已采购或计
划采用不锈钢车体车辆。
3.2 铝合金车体的发展与国内外使用状况
铝合金的比重只相当于普通钢的l ／3，弹性模量也只有钢的l ／3，在保证车体同等强度下，车体自重最大可减轻50%；而且铝合金的耐腐蚀性好，可以延长车辆的使用寿命。因此，许多国家都在积极开发和生产铝合金车。法国于l896年将铝合金用于铁道客车车
窗上。l905年英国铁路电动车的外墙板采用了铝合金。美国在l923～1932年间有700辆电动车和客车的侧墙和车顶采用铝合金。l952年伦敦地铁、l954年加拿大多伦多地铁车辆均采用了铝合金车体。20世纪60年代以来，德国科隆、波恩铁路的市郊电动车组也相继实现车体铝合金化。本从l962年的山阳地铁2000系开始采用铝合金车体，至l999年已累计生产了约l 万辆。法国、德国、英国和俄罗斯等国在高速铁路车辆上都采用了铝合金车体。20世纪90年代以来，意大利米兰地铁、奥地利维也纳地铁以及新加坡地铁都采用了铝合金车辆。近年来，我国地铁车辆车体也采用了铝合金材料，上海地铁l 号、2号线及明珠线，广州地铁1号、2号、3号线4号、5号，深圳地铁1号、4号线，南京地
铁1号线，重庆单轨2、3号线，重庆地铁1号线、武汉地铁等都已采购或计划采用铝合金车体车辆。
4 不锈钢车体与铝合金车体技术性能比较
4.1 安全性
不锈钢的熔点为1500~C，铝合金的熔点是660℃ ，铝合金的耐热性仅是不锈钢的44％。在发生严重火灾情况下，铝合金车体将会很快熔化掉，带来可怕的灾难性后果。相比较而言， 不锈钢车体骨架难以熔化。
2003年9月莫斯科地铁火灾事故中，车体钢骨架虽变形，但没有熔化掉。莫斯科地铁和纽约地铁车辆至今不用铝合金车体。因此，从乘客和设备安全性出发，为减少人员的伤亡和火灾事故的损失，不锈钢车体占优。
4.2 轻量化
铝合金的比重为2.71 g／cm3 ，仅是不锈钢(7.85 g／cm3 )的1／3，从理论上讲，铝合金材料更能使
车体轻量化。但是，铝合金的抗拉强度不如不锈钢，铝合金抗拉强度274～352 N／mm ，而一般不锈钢抗拉强度520～685 N／mm ，采用超低碳(C
4.3 耐腐蚀性
不锈钢和铝合金车体都具有较好的耐腐蚀性， 但不锈钢车体比铝合金车体更优越， 由于不锈钢含铬大于12%，使铁的电极电位由-0.56V 突升至+0.2V，使原电池腐蚀不易发生，这就显著提高了不锈钢车体的耐腐蚀性，在制造过程中不用进行防腐保护，完工后也不需涂漆。为提高车辆装饰性，可用彩色胶膜装修。铝合金车体的耐腐蚀性是由于在空气中铝合金表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜而具有很好的防腐蚀能力。但铝合金车体在长期运用中，特别是在潮湿的环境下，遇到空气介质中的阴离子(如C1) ，就会产生局部原电池，发生点蚀、面蚀和变色，影响车体强度和美观。所以大部分铝合金车体都要涂漆。因此，不锈钢车体的耐腐蚀性比铝合金车体要好些。
4.4外观质量
中空铝型材平整、挺拔，又可根据用户要求选择不同的装饰和颜色，独具西装革履、阔绰大方的绅士风度，给人的感觉是庄重、美观，广大乘客容易接受。
不涂装的不锈钢车体，由于不刮腻子、不油漆，外表不做任何装饰，给人一种缺点什么的感觉；由于外墙板很薄（中国使用1.5mm ）、很光，对不平度反映过敏，只要有0.2mm 的凹凸，经反光折射，肉眼就感到不舒服；尤其是薄板的点焊印子更是无法消除，这些密密麻麻的焊点是设计确定的、工艺保证的，焊点的排列、深度、大小的一致性都有严格的要求；
至于外表面不涂装问题，也是一个习惯和观念问题，目前日本和北京都习惯粘贴色带、而香港选择全裸，认为3M 彩带很贵且寿命短，能省的钱就要省下来，千方百计降低成本，人们看惯了这些密密麻麻、排列有序的焊点，也就顺眼了，很像当前流行的休闲装，虽然皱皱巴巴，但很随意、很现代。
4.5抵御磕碰、防划伤能力
铝合金占优，且可以修复；
不锈钢由于是薄板且为拉丝板，容易划伤，更忌讳异向划痕，出现划痕又难以消除。至于触摸的手印，还是可以清洗掉的。
4.6对车下设备提供的安装空间和布置方式
中空铝型材车体，车下空间大，适应大线槽布线和空气管路预装配，做到整体吊装，实现模块化结构要求；
不锈钢车体由于板薄（底架边梁也只是采用最厚的δ=4mm钢板轧制而成），板梁点焊结构，车下空间小，设备布置分散，只能用传统的预留线槽线道、现车穿线工艺，线路、管路布置零乱（目前日本车型和北京#5线都还停留在这个档次）。
4.7能耗
对B 型车而言铝合金车体比不锈钢车体每辆车轻1t 左右，对于城轨车辆，1t 自重每走行1km ，耗电约0. 137MJ，若以每日走行425km 计算，则一年所消耗的电能为20930MJ ，折合61369kW 。以重庆地铁一号线朝天门到大学城段为例，车辆计划采用铝合金车体，线路长35.658km ，6节编组，运用车为22列/132辆，年走行公里为2061.60万车公里，则对比不锈钢车体，一年节省电能为2824392MJ ，折合8281419kW 。
4.8 工艺
地铁车辆用的是铬镍型奥氏体不锈钢，强度高，
冷加工性能好，但不能用热处理强化。奥氏体不锈钢热膨胀系数是钢的1．5倍， 热传导率仅为钢的1／3，电阻率大。这些就决定了不锈钢车体从设计到制造比钢结构车更复杂，多采用搭接方式，使用过渡件。不锈钢车体的焊接不能用电弧焊，为减少热量的输入，避免晶界腐蚀及热变形，需用水冷却在2 min内降至室温，这就需要特殊的点焊机。由于不锈钢车体使用点焊工艺，车体的气密性较差，因而在高速车辆上使用受到限制。但对于低速的地铁、轻轨车辆是适用的。铝合金的焊接工艺复杂，手工操作难，容易产生较大的热应力、变形、裂纹和气孔，焊缝区域机械强度低于母材。但铝合金具有良好的塑性， 采用现代铝挤压成型技术，大型中空铝合金型材组成的铝合金车体得到了很快发展。目前，大型中空铝合金型材的铝合金车体可以是整体焊接结构，利用自动焊机连续焊接；也可用模块化结构，采用特殊螺栓连接方式组合成铝合金车体。因此，铝合金车体和不锈钢车体虽具有不同的工艺性能，但通过采用不同的工艺手段，都能实现批量化生产。
5 不锈钢车体与铝合金车体经济性分析
用户对地铁车辆的要求是：在车辆使用期内安全可靠、低运营费和易于维修。用户是否购买这种车辆，不仅受到该车辆采购费的影响，而且还要受到车辆使用期内用户承担的运用费用和维修费用的影响。车辆采购费和运用维修费之和称为车辆寿命周期费用。
5.1 采购费计算依据
目前， 国内城市轨道车辆进行招投标，车辆采
购费一般由车辆制造价格、备品备件、特殊工具、技术文件、设计联络、检验验收、培训、运输税费和保险等费用构成。根据近年来北京、上海、广州、深圳、南京、天津等城市地铁车辆和城轨车辆采购价格的分析，铝合金的平均采购价格约是普通钢车的1.8倍，不锈钢车的采购价格约是普通钢车的1.2倍。日本是生产和运用不锈钢车和铝合金车数量多和时间长的国家，根据它们的统计分析(表1) ，铝合金车的采购价格是普通钢车的1.6倍，不锈钢车的采购价格是普通钢车的1. 1倍。目前随着原材料市场的变化，各种材料的车体制造成本有所变化，但依然是铝合金最贵、不锈钢次之、耐候刚造价最低。
表1 日本3种车体的制造价格（美元）
5.2 能耗费计算依据
普通钢车以北京地铁复八线耐候钢车为例，从2000年6月28日正式开通投入运营以来，根据每辆车的电能表记录，每辆车百公里平均耗电175 kW/h。如果采用不锈钢车体，则电动车组的总重249.2 t， 比耐候钢电动车组轻16.2 t；采用同样车型的铝合金电动车组的总重为242.4 t，比耐候钢电动车组总重轻22t 。对于城轨车辆，1t 自重每走行1km ，耗电约0. 137MJ，若以每日走行425km 计算，则一年所消耗的电能为20930M ，折合61369KW 。
5.3 维修费计算依据
维修费用的多少与车辆的性能、维修量、修程和维修效率以及物价水平有关。日本碳钢车体、铝合金车体与不锈钢车体的维修费用见图1。从图1可以看出：在20年使用期内，不锈钢车体的维修费用最低，铝合金车体的维修费高于不锈钢车体，小于碳钢车体，碳钢车体的维修费最高；特别是超过12年后，碳钢车体和铝合金车体的维修费显著增加，在第20年，不锈钢车体的维修费不到1万美元，铝合金车体超过2万美元，碳钢车体达到10万美元以上。
维修美费元用
碳钢车体铝合金车体使用年限
图4 日本三种车体的维修费用
5.4 地铁车辆寿命周期费用计算
按地铁车辆的使用寿命30计算，不锈钢、铝合金车体车辆在寿命周期内的费用比较。根据日本地铁的运营经验，铝合金车体的寿命周期费用是不锈钢车体的1.25倍。
结论
目前A 型车，国内仅有铝合金车体一种备选方案（因为国内城市轨道交通车辆的通用轴承最大承重为17t ，如果采用不锈钢车体将达到这个限制，而采用铝合金车体最大轴重不超过16t ），所以说铝合金车体和不锈钢车体的竞争主要在B 型车上。综上所述，在地铁
铝合金车体
B 型车选型中，不锈钢车体与铝合金车体各有优势，具总费用碳钢车体
万美
元
不锈钢车体
使用年限
图5 日本三种车型的使用费用（含制造、维修）
6 材料供货情况
在我国，车体材料的开发研制也从未间断过。7O 年代的铝合金车体铁道车辆、9O 年代的不锈钢软卧车和铝合金的地铁车就已研制出来，现正在正常运行。现在大断面铝型材和车辆经济不锈钢SUS301L 国内已完成研制，可以批量投产。
6.1不锈钢
以前，车辆用不锈钢需要从日本进口，近几年，太原钢铁（集团）有限公司和宝钢不锈钢分公司为国产地铁车辆研发的不锈钢材料经长春客车厂验证，产品质量接近进口产品水平，尤其是表面质量平直度、表面拉丝立体感尤佳，现已应用在北京地铁线上。不锈钢的国产也不存在问题。
6.2铝合金
目前，国内城轨车辆市场铝合金原材料供货商主要为吉林麦达斯铝业有限公司、山东丛林集团龙口市丛林铝材有限公司、西南铝厂等单位。据了解吉林麦达斯铝业有限公司主要为长客厂供货，山东丛林集团龙口市丛林铝材有限公司主要为四方厂供货，而西南铝厂相对重视军工市场，对于要求较为苛刻的城轨车辆市场积极性不高、其强度及几何尺寸异性材料达不到要求而较少采用。
体到某一个城市的车辆选型应该综合考虑以上问题，尤其是要考虑到车体选型对本地产业链的影响及本地的人文特色。建议国内城市在车辆选型中采用层次分析法，综合经济、安全、外观等因素综合考虑。个人建议同一个城市的多条线路在车体选型中应尽量统一，以有利于线网的资源共享。
参考文献
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1999
【2】铁路机车车辆科技手册编委会 铁道车辆【M 】．北京：中国铁道出版社，2000
【3】 郭怀金，王得合，等．赴法国比利时参观考察城市轨道
交通车辆制造工艺综述fJ1 建厂科技交流。2002． 【4】{GB}T3190-1996，变形铝及铝合金化学成分。 【5】俄罗斯《BECTH14K BHHH)KT)2004，No4，44～48
作者简介：
郭泽阔： 男，工程师，北京城建设计研究总院 车辆专业，
杨中平： 男，副教授，北京交通大学硕士生导
师， 闫雪燕: ： 女，高级工程师，北京城建设计研
究总院。
第一作者简历：郭泽阔，男，1981年12月，汉族，籍贯：内蒙古，中共党员，硕士毕业，工程师，研究方向为城市轨道交通车辆。 联系方式：
地址：北京市西城区阜成门北大街5号2号楼416， 邮编：10037 电话：[1**********]