Les anciens procédés de fabrication pouvaient entraîner des défauts de rectitude, des zones difficiles à contrôler en profondeur, des écarts dimensionnels, des rayures superficielles ou une décarburation. Les procédés modernes visent à maîtriser ces défauts dès l’élaboration de l’acier.
Les rails ferroviaires modernes sont généralement laminés dans des aciers au carbone et au manganèse, dont la composition et le traitement sont adaptés à la résistance, à l’usure et à la fatigue recherchées. Ils ne doivent pas être confondus avec les aciers austénitiques contenant environ 13 % de manganèse, surtout employés pour certains cœurs d’aiguillage. Le laminage de blooms issus de coulée continue a remplacé la fonte ou le moulage pour la majorité des rails de ligne et permet de satisfaire des exigences élevées de qualité interne, de propriétés mécaniques et de précision dimensionnelle.
La section d’un rail comprend le champignon en contact avec les roues, l’âme et le patin. Le profil est formé par passes successives dans un train de laminage. Les dimensions et la nuance sont choisies selon les charges, la vitesse, la résistance à l’usure et les normes de la ligne.
Processus de fabrication des rails ferroviaires
Le procédé a fortement évolué. Une chaîne moderne comprend généralement les étapes suivantes.
- Prétraitement de la fonte
La fonte liquide est prétraitée pour réduire les éléments indésirables. Selon l’aciérie, elle peut être désiliciée, déphosphorée et désulfurée avant son passage au convertisseur, où la teneur en carbone et la composition sont ajustées.
- Affinage secondaire
La métallurgie en poche ajuste précisément la composition et la température de l’acier liquide, réduit les inclusions et homogénéise le bain avant la coulée.
- Dégazage sous vide
Le dégazage sous vide réduit l’hydrogène et les autres gaz dissous susceptibles d’altérer les propriétés de l’acier. Les procédés VD ou RH sont couramment employés. Les limites admissibles dépendent de la norme et de la nuance ; elles sont contrôlées afin d’améliorer la propreté et la ténacité du rail.
- Coulée continue de blooms
L’acier liquide est transféré de la poche vers la machine de coulée continue afin de former des blooms. Ceux-ci sont réchauffés et homogénéisés avant laminage. Un décalaminage par jets d’eau à haute pression élimine les oxydes superficiels et prépare la surface à la mise en forme.
La coulée protégée limite la réoxydation de l’acier liquide, réduit les inclusions et améliore la qualité de surface des blooms. La coulée continue est aujourd’hui largement utilisée pour la production de rails.
La combinaison de ces opérations permet d’obtenir un acier propre et une composition chimique étroitement maîtrisée selon les tolérances de la nuance spécifiée.
Le prétraitement, l’affinage secondaire, le dégazage et la coulée protégée contribuent à limiter l’hydrogène, l’oxygène, le phosphore, le soufre et les inclusions non métalliques. Les résultats sont vérifiés selon les méthodes et niveaux d’acceptation prévus par la norme applicable.
- Laminage
Le bloom chauffé traverse plusieurs cages de laminage qui réduisent progressivement sa section et forment le champignon, l’âme et le patin tout en allongeant la barre.
- Traitement thermique
Selon la nuance et l’application, le refroidissement contrôlé ou un traitement thermique du champignon permet d’ajuster la microstructure, la dureté et la résistance à l’usure. Les paramètres doivent rester conformes à la spécification du produit.
- Dressage
Après refroidissement, les rails sont dressés dans les directions verticale et horizontale afin de respecter les tolérances de rectitude.
- Contrôle
Le contrôle des rails vérifie leurs dimensions, leur surface et leur qualité interne. Les méthodes peuvent inclure le contrôle ultrasonore et les courants de Foucault, conformément aux exigences de la norme.
- Sciage et perçage
Les rails sont sciés à longueur et, lorsque le produit l’exige, les trous d’éclissage sont usinés avec précision dans l’âme au moyen d’outils au carbure. Le perçage du champignon n’est pas une opération normale d’assemblage.
