Brevet FR2697452A1 — publié le 19940506

La présente invention concerne un rail pour véhicule ferroviaire et un procédé de fabrication de ce rail. Elle s'applique en particulier au transport de courants électriques dans les installations ferroviaires. Les rails des voies ferrées permettent notamment de transporter des courants de puissance destinés à alimenter les moteurs de locomotives, et des courants faibles destinés à alimenter des installations de signalisation, en particulier des signaux concernant la sécurité du trafic ferroviaire. La partie supérieure d'un rail, appelée habituellement champignon, délimite une table de roulement en contact avec le bandage des roues des véhicules ferroviaires. Les courants circulant dans les rails sont transmis aux véhicules ferroviaires par contact entre leurs roues et les rails. Les rails étant en acier, lorsque la voie ferrée est fréquemment utilisée, les frottements des roues des véhicules ferroviaires sur les rails empêchent la formation de rouille sur les tables de roulement des rails, si bien que le contact électrique entre les rails et les roues des véhicules est assuré en permanence. Cependant, lorsque la voie ferrée est peu fréquentée, les tables de roulement des rails se recouvrent d'une couche de rouille formant isolant électrique. Bien que cette couche de rouille n'empêche pas le passage des courants de puissance entre les rails et les roues d'un véhicule ferroviaire, elle peut empêcher le passage des courants faibles du système de sécurité. Par conséquent, dans le cas de voies ferrées peu fréquentées, les signaux de sécurité, commandés par des courants faibles, sont susceptibles de ne pas circuler lorsque les tables de roulement des rails sont recouvertes de rouille. L'invention a pour but de permettre le passage des courants faibles, aussi bien que des courants de puissance, entre les rails d'une voie ferrée et les roues d'un véhicule ferroviaire, quelle que soit la fréquence d'utilisation de la voie ferrée. A cet effet, l'invention a pour objet un rail pour véhicule ferroviaire comportant une partie supérieure ou champignon délimitant une table de roulement destinée à être en contact avec le bandage des roues du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de revêtement en acier inoxydable s'étendant sur toute la longueur du rail et recouvrant au moins partiellement la largeur de la table de roulement du rail. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la couche d'acier inoxydable a une largeur sensiblement égale à celle de la table de roulement, ou bien, la couche d'acier inoxydable a une largeur supérieure à la largeur de la table de roulement et recouvre au moins partiellement les joues latérales du champignon; - la couche d'acier inoxydable a une épaisseur à peu près comprise entre 1,5 et 2 mm. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un rail, dans lequel on lamine le rail à partir d'un demi-produit métallurgique ou bloom de section rectangulaire, caractérisé en ce qu'on dépose, sur toute la longueur de la face du demi-produit destinée à former la table de roulement du rail, une couche d'acier inoxydable de largeur inférieure ou égale à la largeur de cette face. Suivant d'autres caractéristiques de ce procédé: - la couche d'acier inoxydable a une épaisseur à peu près comprise entre 4 et 5 mm; - la largeur de la couche d'acier inoxydable est inférieure à celle de la face revêtue du demi-produit de manière que, après laminage du demi-produit, la couche d'acier inoxydable ait une largeur sensiblement égale à la largeur de la table de roulement du rail - la couche d'acier inoxydable comporte au moins une bande d'acier inoxydable s'étendant suivant la longueur du demi-produit, soudée par fusion sur le demiproduit, les bandes étant juxtaposées suivant leur largeur en se recouvrant partiellement; - on chauffe le demi-produit jusqu'à une température comprise environ entre 150 et 200 C, préalablement au dépôt de la couche d'acier inoxydable;; - après le dépôt de la couche en acier inoxydable, on fait subir au demi-produit un refroidissement lent, notamment en le plaçant dans un bac et en le recouvrant d'un isolant thermique tel que de la vermiculite. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-dessous en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la Fig.1 est une vue en coupe transversale d'un rail selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la Fig.2 est une vue en coupe transversale d'un rail selon un second mode de réalisation de l'invention; - la Fig.3 est une vue en coupe transversale d'un demi-produit métallurgique destiné à former, par laminage, le rail de la Fig.1; - la Fig.4 est une vue en coupe transversale d'un demi produit métallurgique destiné à former, par laminage, le rail de la Fig.2; et - la Fig.5 est une vue schématique d'une installation utilisée pour la préparation d'un bloom destiné à la fabrication d'un rail selon l'invention; On voit sur la Fig.1 un rail selon un premier mode de réalisation de l'invention désigné par la référence générale 10. Ce rail 10 est destiné à être fixé sur des traverses d'une voie ferré à l'air libre. De façon classique, le rail comporte une partie inférieure 12, appelée habituellement patin, et une partie supérieure 14, appelée habituellement champignon. Le patin 12 est relié au champignon 14 par une âme 16. Le champignon 14 est délimité par une surface supérieure ou table de roulement 18, sensiblement horizontale, destinée à être en contact avec les bandages des roues d'un véhicule ferroviaire. Le champignon 14 est délimité également par des bords latéraux 20,22 appelés habituellement joues. On voit sur la Fig.1 que le rail 10 selon l'invention comporte une couche de revêtement 24 en acier inoxydable recouvrant la table de roulement 18 du rail 10 sur toute sa longueur. La nuance utilisée ici est un acier inoxydable austénitique ayant une dureté supérieure à 270 HV (limite inférieure requise par la SNCF pour les lignes de chemin de fer à faible fréquentation) et commercialisé par exemple par la société française UGINE S.A. sous la dénomination UGINOX 17-7B. Cette nuance s'inscrit dans la norme commerciale AISI n0 301, dont la gamme de composition, adaptée à la présente application en raison de sa bonne aptitude à conserver une dureté élevée par écrouis sage, est la suivante (en % pondéraux) : C Si s 1%, Mn La couche 24 en acier inoxydable a une épaisseur à peu près comprise entre 1,5 et 2 mm et une largeur à peu près égale à celle de la table de roulement 18. On voit sur la Fig.2 un rail 10A selon un second mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux de la Fig.1, ayant des fonctions analogues, sont désignés par des références identiques. Dans ce cas, le rail 10A comporte une couche de revêtement 24A en acier inoxydable recouvrant une surface du champignon 14 plus importante que dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention. La couche 24A du rail 10A a une largeur supérieure à celle de la couche 24 du rail 10 de façon à recouvrir partiellement les joues 20, 22 du rail 10A. On décrira maintenant les procédés de fabrication des rails 10, 10A selon les deux modes de réalisation décrits plus haut, en regard des Figures 3 à 5. De façon classique, les rails 10, 10A sont fabriqués à partir d'un demi-produit métallurgique de section rectangulaire, appelé couramment bloom, désigné par la référence 26. Dans les exemples décrits, le bloom 26 est délimité par deux petites faces longitudinales 27, 28 et deux grandes faces longitudinales 29, 30 et a une section de 320 mm x 255 mm et une longueur minimale de 3,75 m. Ces mesures géométriques sont variables et adaptables aux dimensions finales du rail que l'on désire produire. Le bloom 26 est destiné à être laminé de façon à lui donner une forme définitive de rail. Les petites faces 27, 28 du bloom 26 sont destinées respectivement à délimiter le patin 12 et le champignon 14 du rail. Habituellement, le bloom 26 est refroidi après sa fabrication jusqu'à la température ambiante (environ 20 C) ce qui permet notamment de le transporter d'une installation de fabrication vers une installation de laminage. Pour fabriquer les rails 10, 10A selon l'in- vention, on choisit arbitrairement une des petites faces 28 du bloom 26 destinée à délimiter le champignon 14 du rail après laminage. On décrira maintenant plus particulièrement le procédé de fabrication du rail 10 selon le premier mode de réalisation de l'invention, en regard des Fig.3 et 5. Pour obtenir le rail 10 tel que représenté à la Fig.1, on dépose sur toute la longueur de la petite face 28 du bloom 26, une couche de revêtement 32 en acier inoxydable. Cette couche 32 a une largeur inférieure à la largeur de la petite face 28 et est centrée par rapport à l'axe longitudinal médian de la petite face 28. Dans cet exemple, la couche 32 a une largeur d'environ 100 mm et une épaisseur comprise à peu près entre 4 et 5 mm. La largeur de la couche 32 est adaptée pour qu'elle recouvre à peu près la portion de surface de la petite face 28 destinée à former la table de roulement 18 du rail 10. Comme on peut le voir sur la Fig.3, la couche 32 est formée par deux bandes longitudinales 34, 36 en acier inoxydable, juxtaposées suivant leur largeur. Les bandes 34, 36 sont déposées sur la petite face 28 du bloom 26 par des moyens connus comprenant de préférence une installation 38 représentée schématiquement à la Fig.5. L'installation 38 comporte un rouleau distributeur 40 d'une bande B en acier inoxydable ayant une largeur 50 à 250 mm. L'installation 38 comporte également des moyens 42 de soudage par refusion sous laitier électro-conducteur permettant de souder la bande B par fusion sur le bloom 26. L'installation 38 étant de type connu ne sera pas décrite davantage. Les bandes 34, 36 sont formées par des tronçons de bande B ayant une longueur égale à celle du bloom 26. Afin de faciliter le soudage des bandes 34,36 sur le bloom 26, ce dernier est chauffé par des moyens connus jusqu'à une température comprise à peu près entre 150 et 200 C. Le chauffage est effectué par exemple manuellement au moyen de trois torches, une première torche étant orientée vers la petite face 27 du bloom opposée à la petite face 28 à revêtir, les deux autres torches étant orientées respectivement vers les deux grandes faces 29,30 du bloom 26. On dépose une première bande 34 sur le bloom 26, au moyen de l'installation 38, en soudant la bande 34 sur toute sa longueur, d'une première extrémité, appelée tête, à la seconde extrémité, appelée pied, du bloom 26. On obtient ainsi une première bande 34 d'acier inoxydable solidaire du bloom 26, ayant une largeur d'environ 60 mm. On effectue ensuite le dépôt de la seconde bande 36, de façon similaire à la première bande 34, en juxtaposant ces bandes 34, 36 suivant leur largeur, la seconde bande 36 recouvrant partiellement la première bande 34 suivant une zone de recouvrement d'environ 10 mm de largeur. On obtient finalement une couche 32 d'acier inoxydable ayant une largeur de 100 mm environ. Le recouvrement des bandes 34, 36 en acier inoxydable ne provoque aucune surépaisseur dans la couche 32 car, à l'endroit des zones de recouvrement, il y a refusion du métal déjà déposé. De préférence, préalablement au dépôt de la couche 32 de revêtement, on élimine les défauts de surface de la petite face 28 en rabotant cette dernière de façon à enlever par exemple une épaisseur de matière de 3 mm environ sur toute la petite face 28 à revêtir. Après le dépôt de la couche 32 d'acier inoxydable, on fait subir au bloom 26 un refroidissement lent jusqu'à la température ambiante. Le refroidissement lent du bloom permet d'éviter la formation de défauts sur la couche 32 d'acier inoxydable tels que des criques ou des tapures. De préférence, le bloom 26 est refroidi en le plaçant dans un bac et en le couvrant d'un isolant thermique tel que de la vermiculite. Le bloom 26 est alors prêt pour être transformé de façon classique pour former un rail 10 tel que représenté à la Fig.1. De façon classique, le bloom est réchauffé dans des fours jusqu'à une température de laminage d'environ 1150 C. A la sortie du four, le bloom subit des passes successives dans des cages de laminoirs différentes afin de former un rail 10 tel que représenté à la Fig.1. Au cours du laminage, la couche en acier inoxydable 32 subi des déformations lui donnant la forme de la couche 24, telle que représentée à la Fig.1, recouvrant sensiblement la surface de la table de roulement 18 du rail 10. L'épaisseur de la couche 32 a été réduite à la suite du laminage d'une valeur comprise entre 4 et 5 mm à une valeur comprise entre 1,5 et 2 mm. On décrira maintenant le procédé de fabrication de rail 10A selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, en regard des Fig.4 et 5. Pour obtenir le rail 10A tel que réprésenté à la Fig.2, on dépose sur toute la longueur du bloom 26, une couche 32A d'acier inoxydable d'épaisseur similaire à celle de la couche 32 décrite dans le premier mode de réalisation. A la différence du premier mode de réalisation, la couche 32A est déposée sur toute la largeur de la petite face 28 du bloom 26. Comme on peut le voir sur la Fig.4, la couche 32A est formée de cinq bandes 44 - 52 d'acier inoxydable juxtaposées entre elles suivant leur largeur. Les bandes 44 - 52 sont déposées sur le bloom 26 au moyen de l'installation 38 selon un procédé similaire à celui décrit dans le cas du premier mode de réalisation. Les bandes 44 - 52 ayant une largeur de 60 mm avant soudage, sont juxtaposées entre elles en se recouvrant partiellement. Les zones de recouvrement ne provoquent pas de surêpaisseur dans la couche 32A pour les raisons déjà mentionnnées lors de la description du premier mode de réalisation. Le bloom 26 revêtu de la couche 32A en acier inoxydable est transformé de façon classique pour former un rail 10A tel que représenté à la Fig.2. A la suite du laminage du bloom 26, la couche 32A est déformée de façon à former la couche 24A telle que représentée à la Fig.2. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits. Par exemple, d'autres nuances d'acier inoxydables austénitiques que celles de la norme AISI n0 301 peuvent convenir. Ainsi, si on recherche une augmentation des propriétés anti-corrosion on pourra retenir des nuances selon les normes AISI n0 304, 304L à teneur en Cr et Ni plus élevée, ou AISI n0 316, 316L qui incorpore du Mo en plus, et accepter par la même une dureté moins élevée ou du moins qui se conserve un peu moins par écrouissage sous lteffet des passages répétés des convois sur les rails. De même, la couche de revêtement en acier inoxydable peut ne recouvrir que partiellement la largeur de la table de roulement d'un rail selon l'invention ou présenter une épaisseur supérieure ou inférieure à celle décrite. Cette dite épaisseur sera adaptée à l'usage du rail et des propriétés attendues. La couche d'acier inoxydable recouvrant une petite face du bloom peut avoir une largeur variable, inférieure ou égale à la largeur de la petite face. La couche d'acier inoxydable peut être déposée sur une petite face du bloom en juxtaposant des bandes d'acier inoxydable de largeur quelconque ou par tout autre moyen de type connu. L'invention comporte de nombreux avantages. Un rail selon l'invention peut être fabriqué en utilisant un bloom, revêtu d'une couche d'acier inoxydable, pouvant être laminé dans les installations de laminage habituellement utilisées pour la fabrication de rails classiques. La seule consigne particulière à respecter pour le laminage d'un bloom revêtu d'acier inoxydable et d'orienter convenablement celui-ci dans la première cage de laminoir de façon que sa face revêtue délimite après laminage la table de roulement du rail. La couche d'acier inoxydable recouvrant la table de roulement d'un rail protège celle-ci contre la rouille et permet d'assurer à tout moment un bon contact électrique entre le rail et les roues d'un véhicule ferroviaire. Par ailleurs, le comportement mécanique des rails selon l'invention est tout à fait similaire à celui des rails classiques. REVENDICATIONS 1. Rail pour véhicule ferroviaire comportant une partie supérieure ou champignon (14) délimitant une table de roulement (18) destinée à être en contact avec le bandage des roues du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (24; 24A) de revêtement en acier inoxydable s'étendant sur toute la longueur du rail et recouvrant au moins partiellement la largeur de la table de roulement (18) du rail. 2. Rail selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (24) d'acier inoxydable a une largeur sensiblement égale à celle de la table de roulement (18). 3. Rail selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (24A) d'acier inoxydable a une largeur supérieure à la largeur de la table de roulement (18) et recouvre au moins partiellement les joues latérales (20, 22) du champignon (14). 4. Rail selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche (24; 24A) d'acier inoxydable a une épaisseur à peu près comprise entre 1,5 et 2 mm. 5. Procédé de fabrication d'un rail, dans lequel on lamine le rail (10; l0A) à partir d'un demi-produit métallurgique (26) ou bloom de section rectangulaire, caractérisé en ce qu'on dépose, sur toute la longueur de la face (28) du demi-produit destinée à former la table de roulement (18) du rail (10; lOA), une couche (32; 32A) d'acier inoxydable de largeur inférieure ou égale à la largeur de cette face (28). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche (32; 32A) d'acier inoxydable a une épaisseur à peu près comprise entre 4 et 5 mm. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la largeur de la couche (32) d'acier inoxydable est inférieure à celle de la face (28) revêtue du demi-produit (26) de manière que, après laminage du demi-produit (26), la couche (24) d'acier inoxydable ait une largeur sensiblement égale ê la largeur de la table de roulement (18) du rail. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la couche (32; 32A) d'acier inoxydable comporte au moins une bande (34, 36; 44 - 52) d'acier inoxydable s'étendant suivant la longueur du demi-produit (26), soudée par fusion sur le demi-produit (26), les bandes (34, 36; 44 - 52) étant juxtaposées suivant leur largeur en se recouvrant partiellement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'on chauffe le demiproduit (26) jusqu'à une température comprise environ entre 150 et 200 C, préalablement au dépôt de la couche (32; 32A) d'acier inoxydable. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'après le dépôt de la couche (32; 32A) en acier inoxydable, on fait subir au demi-produit (26) un refroidissement lent, notamment en le plaçant dans un bac et en le recouvrant d'un isolant thermique tel que de la vermiculite.