Article de référence | Réf : M3070 v1

Conclusion
Rails de chemins de fer - Aspects métallurgiques

Auteur(s) : Raymond DEROCHE

Date de publication : 10 juin 2013

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RÉSUMÉ

Le transport ferroviaire est un moyen de transport basique dans le monde entier : transport journalier de personnes, transport à grande distance ainsi que transport de fret de toute nature, et particulièrement de minerais dans les pays miniers. Les rails, dont le but est de porter les essieux des trains et de les guider en alignement comme en courbe constituent un élément majeur de sécurité pour les personnes et les biens transportés. Cet article décrit les moyens de fabrication et les principales contraintes que subit le rail en voie, ainsi que la surveillance nécessaire pour éviter tout déraillement.

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ABSTRACT

Railways rails - Metallurgical aspects

Railway transport is a worldwide basic means of transport: daily transport of people, long-distance transport and freight transport of all types and notably of ores in mining countries. Rails, whose aim is to carry the axles of trains and guide them in lines or curves are major safety elements for people and transported goods. This article describes the manufacturing processes and the main constraints rails are subjected to as well as the required monitoring in order to prevent derailment.

Auteur(s)

  • Raymond DEROCHE : Ingénieur des Mines de Nancy - Ex chef de Produit Rail à Sacilor-Unimetal

INTRODUCTION

Les rails, dont le but est de porter les essieux des trains et de les guider en alignement comme en courbe (parfois serrée avec un rayon inférieur à 200 mètres), constituent un élément majeur de sécurité pour les personnes et les biens transportés.

Les rails sont supportés par des traverses soit en bois créosoté sur les anciennes voies, soit en béton sur les voies modernes ; les voies européennes comptent 1 700 traverses par kilomètre (2 000 pour les voies lourdement chargées). Les rails reposent sur les traverses, elles-mêmes supportées par une épaisse couche de ballast de pierres calibrées, par l’intermédiaire de semelles en caoutchouc, fixées par des attaches en ressort d’acier élastique.

Ils sont soumis à l’usure et à des défauts de fatigue internes et de surface, susceptibles de dégénérer en ruptures fragiles, pouvant provoquer un déraillement d’autant plus grave que l’accident vient à survenir en courbe.

Il s’agit donc d’un produit extrêmement noble qui doit être réalisé dans un acier de grande pureté et présenter une microstructure adaptée (perlitique jusqu’à nos jours).

Ce produit, outre les contrôles finaux de fabrication, doit être vérifié en voie par ultrasons et visuellement, à une fréquence adaptée à la voie et à la nature des circulations ferroviaires.

Le rail est fabriqué à partir d’acierie à l’oxygène ou d’aciérie électrique, en utilisant la coulée continue et un dégazage sous vide de l’hydrogène ; il est ensuite laminé à chaud dans sa section définitive sur laminoir dit « universel », qui lamine à la fois le champignon et le patin, ainsi que les deux faces de l’âme.

Le contact rail-roue en acier exige peu de coefficient de roulement et l’usure, même bien mesurable, reste modérée. En conséquence, les changements de rails ou de roues sont limités et la consommation d’énergie reste la plus faible de tous les moyens de transport ; le procédé est donc d’un coût économique intéressant, qui peut être étendu aux voies TGV à grande vitesse et aux trains les plus lourds. L’article présente les divers types de rails et leurs conditions d’utilisation, puis décrit les procédés de fabrication.

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KEYWORDS

head   |   web   |   base   |   sleeper   |   track   |   stress   |   siding   |   metallurgy   |   railways   |   transport

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3070


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5. Conclusion

Le principal problème à solutionner reste la suppression des écaillages superficiels de la bande de roulement (figures 16 et 17) qui concernent les voies lourdement chargées. Ces écaillages peuvent endommager les roues et devenir des fissures de fatigue plongeantes et la cause de rupture fragile finale du rail avec tous les risques afférents.

L’AREMA (Association américaine des ingénieurs ferroviaires) ne cesse de chercher des solutions à ce problème sur le circuit d’essai de PUEBLO en exploitant les pistes suivantes :

  • lubrification des flancs du champignon (usure) ;

  • lubrification de la bande de roulement en dépit des risques de patinage ;

  • utilisation de rails durcis, hypereutectoides ou très alliés.

Pour l’heure, il ne semble pas émerger de solutions satisfaisantes.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TIMOSHENKO (S.) -   Théorie de l'élasticité  -  Librairie Polytechnique CH. BÉRANGER (1948).

  • (2) - GRASSIE (S.L.) -   Mechanics and Fatigue in Wheel Rail Contact  -  Elsevier (1991).

  • (3) - KALKER (J.J.) -   *  -  . – Three Dimensional Elastic Bodies In Rolling Contact (1990).

  • (4) - L. A. E. H -   New York Treatise of Mathematical Theory Of Elasticity  -  Cambridge University (1944).

  • (5) - TIMOSHENKO (S.), LANGER (B.F.) -   *  -  . – Stresses in Railroad Track. Applied Mechanics Division. American Society of Mechanical Engineers (1973).

  • (6) - de LEIRIS (H.) -   La mécanique de la rupture : Journées d’études  -  Paris, 111 p. (1970).

  • ...

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