Le rail A75 et sa place dans la gamme ferroviaire lourde
L'A75 est un tronçon de rail lourd fourni sous forme de matériau de voie en acier-laminé à chaud à haute-acier au carbone. Les sections de cette classe sont spécifiées là où les charges par essieu et le tonnage annuel sont élevés, car la tête et l'âme plus lourdes supportent des contraintes de flexion et de contact plus importantes que les profils à usage général-. Quels que soient la masse au mètre et le profil exigés par la norme de commande, le parcours de production est le même et les contrôles appliqués à chaque étape décident si le rail fini répond aux exigences de rectitude, de dureté et de propreté interne-de la ligne.
Première étape : sélection des matières premières
Le processus commence avec de l'acier qui répond déjà aux spécifications. Les rails lourds sont fabriqués à partir de blooms ou de billettes coulées en continu en acier à haute teneur en carbone, et le premier point de contrôle est la composition chimique. Le carbone, le manganèse et le silicium sont maintenus dans les plages fixées par la norme ferroviaire applicable, tandis que le phosphore, le soufre et l'hydrogène sont maintenus à de faibles niveaux car ce sont les éléments les plus susceptibles de provoquer une ségrégation, des fissures ou des défauts induits par l'hydrogène. Les éléments résiduels sont également limités, car ils affectent à la fois la ténacité et la soudabilité.
Avant que le bloom n’atteigne le four, sa surface est inspectée et conditionnée. Les défauts de surface tels que les fissures dans les coins ou les piqûres de calamine sont éliminés par décapage ou meulage, car un défaut qui survit dans le produit laminé devient un générateur de contraintes qui peut se transformer en une défaillance de service.
Deuxième étape : réchauffage et laminage à chaud
La floraison conditionnée est réchauffée dans un four à poutres mobiles à une température typique d'environ 1 150 à 1 250 degrés Celsius, puis roulée dans une séquence de supports inversés et universels. Des passes successives réduisent la section et façonnent progressivement la tête, l'âme et le pied, les passes de finition fixant le profil final et la qualité de la surface. La température est surveillée partout, car la température de laminage contrôle la taille des grains, et la taille des grains affecte à son tour la résistance, la ténacité et la résistance à la fatigue.
| Étape du processus | Contrôle principal | Effet sur le rail fini |
|---|---|---|
| Réchauffage | Plage typique d'environ 1 150 à 1 250 degrés Celsius | Température uniforme pour une déformation et une structure de grain constantes |
| Ebauche et laminage intermédiaire | Séquence de passes et écart de roulement | Réduction progressive de la section sans déchirure superficielle |
| Fin du roulage | Température de finition et état du rouleau | Profil final, tolérance dimensionnelle et état de surface |
| Sciage à chaud | Tolérance de longueur et équerrage des extrémités | Longueur de commande et extrémités propres pour le soudage |
| Refroidissement contrôlé | Taux de refroidissement sur le lit | Contraintes résiduelles limitées et dureté contrôlée |
Troisième étape : lissage et finition
Après refroidissement, le rail est redressé dans un équipement de redressage à rouleaux ou à presse pour amener la rectitude verticale et horizontale dans les limites convenues pour la commande. La rectitude est plus importante sur les sections lourdes que sur les sections légères, car une courbure résiduelle dans un rail rigide est difficile à éliminer lors de la pose de la voie et se manifeste sous forme d'écart d'écartement et de niveau une fois la voie chargée. Les extrémités sont ensuite coupées d'équerre et, lorsque les spécifications l'exigent, percées pour des éclisses ou des connexions communes.
Toutes les imperfections de surface restantes sont éliminées lors de la phase de finition. Lorsqu'une surface résistante à l'usure est requise, un durcissement de la tête peut être appliqué et la zone durcie doit être suffisamment profonde pour survivre à l'usure prévue sans créer de transition brusque qui favoriserait l'initiation de fissures.
Quatrième étape : inspection, tests et acceptation
Contrôles dimensionnels de la largeur de la tête, de l'épaisseur de l'âme, de la largeur du pied et de la hauteur hors tout, ainsi que de la longueur et de l'équerrage des extrémités.
Analyse chimique de la chaleur pour confirmer que tous les éléments se situent dans les plages spécifiées.
Essais mécaniques de résistance à la traction, d'allongement et, le cas échéant, de dureté de la tête.
Tests par ultrasons du corps pour détecter les défauts internes tels que les inclusions, la porosité et la ségrégation.
Inspection de surface pour détecter les fissures, les recouvrements et les joints, avec des méthodes de particules magnétiques ou de courants de Foucault utilisées aux endroits critiques.
Les enregistrements de ces contrôles constituent la base de l’acceptation. Un rail qui respecte les dimensions mais qui porte des indications internes ne répondra toujours pas aux spécifications, c'est pourquoi les tests par ultrasons et l'inspection de surface s'ajoutent aux contrôles dimensionnels et chimiques plutôt que de les remplacer.
Foire aux questions
Q : Quel acier est utilisé pour le rail A75 ?
L'A75 est produit à partir d'acier coulé en continu à haute teneur en carbone. Le carbone, le manganèse et le silicium sont maintenus dans les limites de la norme ferroviaire de commande, tandis que le phosphore, le soufre et l'hydrogène sont maintenus à un niveau bas pour limiter la ségrégation et la fissuration.
Q : Pourquoi le laminage à chaud est-il utilisé au lieu de couler le profil directement ?
Le laminage à chaud affine la structure coulée, ferme la porosité interne et produit une section continue et saine. Des passes successives permettent également de former le profil avec des tolérances serrées, ce que le moulage ne peut pas atteindre à cette échelle.
Q : À quelle température l’acier est-il laminé ?
Les fleurs sont réchauffées à une température typique d’environ 1 150 à 1 250 degrés Celsius. La température de finition est alors contrôlée, car elle détermine la granulométrie et donc la résistance, la ténacité et le comportement en fatigue du rail.
Q : Comment la qualité du rail est-elle vérifiée avant l'expédition ?
Des mesures dimensionnelles, des analyses chimiques, des tests mécaniques et une inspection par ultrasons sont effectués sur le produit fini, appuyés par une inspection de surface pour détecter les fissures et les joints. L’acceptation dépend de l’ensemble de ces résultats.
Q : Pourquoi la rectitude est-elle si importante pour les rails lourds ?
Une section lourde est rigide, donc une courbure résiduelle est difficile à éliminer lors de l'installation et apparaît plus tard comme un écart de niveau ou d'alignement. Le redressage après refroidissement ramène le rail dans les limites de rectitude fixées à la commande.
Q : Qu'est-ce qui cause la défaillance d'un rail en service malgré une inspection réussie ?
Les défauts de surface, les inclusions internes et les contraintes résiduelles sont les facteurs habituels. C'est pourquoi le décapage avant le laminage, les tests par ultrasons après le laminage et le refroidissement contrôlé font tous partie du parcours plutôt que des extras optionnels.