Brevet FR2840628A1 — publié le 20031212

La presente invention concerne une file de rail, du type comportant un element d'appareil de vole ferroviaire en acier fortement allie, dans lequel au moins un element allie a une teneur egale a au moins 5 % en masse, et un tron,con de rail en acier, lies l'un a l'autre par une soudure sans apport de S metal. L'invention concerne en particulier la liaison entre un appareil de vole tel qu'un cceur de croisement et un tron,con de rail constitue par exemple d'un rail de vole courant en acier au carbone. II est connu que, lorsquton soude une piece en un acier au carbone avec une piece en un acier fortement allie, la fusion produite lors de cette operation provoque, a ['interface de liaison entre les deux pieces, la forma tion d'alliages dont la composition chimique est differente de celle des mate riaux de base. Lorsque la soudure est faite sans apport de metal, par exem ple par soudage par etincelage, il est difficile de ma^'triser la nature des allia ges crees. Aussi, la soudure realisee est generalement de qualite mediocre, celle-ci s'apparentant plutot a un collage. Les rails au carbone couramment utilises pour constituer des rails de voles courantes comportent une quantite de carbone comprise, en masse, entre 0,55 % et 0,8 %. Pour assurer une durete suffisante, les rails compor tent des ajouts d'autres metaux tels que du chrome. Toutefois, la quantite de chrome elevee rend impossible la soudure entre les deux aciers trop forte ment allies. Pour resoudre le probleme mentionne ci-dessus, il est connu de pre voir un insert formant une piece intermediaire entre ['element d'appareil de vole ferroviaire en acier fortement allie et le tron,con de rail. Cette piece in termediaire est formee dans un materinu susceptible d'etre soude facilement sur ['element d'appareil de vole ferroviaire d'une part et sur le tron,con de rail d'autre part. Le recours a une telle piece intermediaire augmente le cout de mise en cauvre du procede de liaison, notamment du fait des specificites particu lieres du materiau constituent ['insert et de la necessite de realiser deux soudures. De plus, il est constate des chutes de durete dans le tron, con de rail, dans la zone affectee thermiquement (ZAT) par l'energie de la soudure. L'invention a pour but de proposer une solution permettant d'assurer un niveau de durete satisfaisant de ['element d'appareil de vole et du tron, con de rail, ainsi que de la liaison entre ['element d'appareil de vole et le troncon de rail, sans que leur liaison ne soit d'un cout de realisation eleve. S A cet effet, ['invention a pour objet une file de rail du type precise, ca racterisee en ce que le tron,con de rail est forme d'un acier teas carbone dont la teneur en carbone est inferieure a 0,55 %, en masse. Suivant des modes particuliers de realisation, la file de rail comporte l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes: - le tron,con de rail est forme d'un acier teas carbone dont la teneur en carbone moyennement allie est inferieure a 0,5 %, en masse; - I'acier a teas carbone moyennement allie formant le tron,con de rail est un acier bainitique; I'acier teas carbone moyennement allie formant le tron,con de rail a, en masse, la composition suivante: 0,05 % a 0,50 % de carbone; 0,5 % a 2,5 % de manganese; 0,6 % a 3 % de silicium ou d'aluminium; 0,25%a3,1 %dechrome; et 20. O % a 0,9 % de molybdene; - I'acier teas carbone moyennement allie formant le tron,con de rail a une composition definie ci-dessous: 0,28%aO, 36%decarbone; 1,40 % a 1,70 % de manganese; 25. au plus 0,03 % de phosphore; 0,01 % a 0,03 % de soufre; au plus 0,005 % d'aluminium; 1 % a 1,40 % de silicium 0,40 % a 0,60 % de chrome; 30. 0,08 % a 0,20 % de molybdene; au plus 0,04 % de titane; et au plus O,004%de bore;et I'element d'appareil de vole ferroviaire en acier fortement allie com prend, en masse, 12 % a 14 % de manganese. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple et faite en se referent aux des sins, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en elevation schematique d'un coeur de croi sement de voles ferroviaires auxquelles vent soudes quatre tron,cons de rail de voles courantes; - la figure 2 est une photomicrographie d'une soudure d'une file de rail selon ['invention; et les figures 3 et 4 vent des diagrammes montrant la durete mesuree suivant la longueur de la file de rail dans la region de la soudure pour deux modes differents de mise en ceuvre de ['invention. Sur la figure 1 est represente un cceur de croisement permettant le croisement de deux files de voies secantes. Le caeur de croisement 12 est ainsi relic a ses quatre extremites a quatre tron,cons de voies courantes 14. Les tron,cons de voles 14 vent relies au cceur de croisement par des soudures 16 sans apport de metal. Comme connu en soi, le cceur de croisement 12 est forme dans un acier fortement allie et notamment un acier dans lequel au moins un element allie a une teneur egale a au moins 5 % en masse. Cet acier est notamment un acier allie contenant entre 12 % et 14 % en masse de manganese, le cceur de croisement ayant ete obtenu par mou lage. II s'agit d'un acier bien connu sous le nom de HADFIELD. La durete de cet acier est comprise entre 170 et 230 HB. Selon ['invention, les tron,cons de rail 14 vent realises dans un acier teas carbone moyennement allie dont la teneur en carbone est inferieure a 0,55 %, en masse, et chaque soudure 16 est une soudure sans apport de metal real isee d irectement e ntre l'acier fortement all ie et l'acier teas carbone moyennement allie. La teneur en carbone de l'acier teas carbone moyenne ment allie est de preference inferieure a 0,5 %, en masse. De preference, I'acier teas carbone moyennement allie est un acier bainitique sans carbure. L'acier bainitique teas carbone formant le tronc,on de rail 14 a, avanta- geusement, en masse, la composition suivante: -0,05%aO,50%decarbone; - 0, 5 % a 2,5 % de manganese; - 0,6 % a 3 % de silicium ou d'aluminium; -0, 25%a3,1 %dechrome;et - O % a 0,9 % de molybbene. De maniere encore plus preferee, I'acier bainitique a une composition definie ci-dessous: - 0,28 % a 0,36 % de carbone; -1,40 % a 1,70 % de manganese; - au plus 0,03 % de phosphore; - 0,01 % a 0,03 % de soufre; au plus 0,005 % d'aluminium; -1 % a 1,40 % de silicium - 0,40 % a 0,60 % de chrome; - 0,08 % a 0,20 % de molybdene; - au plus 0,04 % de titane; et - au plus 0,004 % de bore. Cet acier a une durete comprise entre 350 et 390 HB. La soudure 16 est obtenue par exemple par etincelage et forgeage suivant un cycle de soudage classique connu en soi. En variante, la soudure peut etre obtenue par induction, par friction, par faisceau d'eiectrons, par laser ou par tout autre faisceau a haute ener gie. Sur la figure 2 est illustre ['aspect de la soudure 16 obtenue. II appa ra^'t sur cette microphotographie agrandie cinq cents fois que ['interface est tres nette entre l'acier bainitique teas carbone et l'acier fortement allie, les deux aciers etant interpenetres de maniere satisfaisante. Suivant un premier mode de realisation envisage, I'element d'appareil de vole en acier fortement allie est a temperature ambiante avant le sou dage par etincelage et d'une durete resultant d'une hypertrempe de 170 a 230 HB. s Dans ce cas, I'evolution de la durete de la file de rail au voisinage de la soudure est representee sur la figure 3. On constate que, dans sa partie courante, le tronc,on de rail 14 a une durete comprise entre 290 et 330 HB, et que cette durete cro^'t pour atteindre une valeur proche de 380 HB au voisinage immediat de la soudure. La dure te de la file de rail reste a une valeur comprise entre 185 et 235 HB dans ['element d'appareil de vole en acier fortement allie 12. Cette durete corres pond a la durete de ['element d'appareil de vole avant soudage. On constate done qu'avec les compositions selon ['invention, la durete reste satisfaisante au voisinage immediat de la soudure, celle-ci n'etant pas inferieure a la durete propre aux deux elements soudes l'un a l'autre et qu'en particulier, il nty a aucune chute de la durete dans la zone affectee thermi quement (ZAT). Suivant une variante de realisation, I'extremite de ltelement d'appareil de vole en acier fortement allie destinee a etre soudee est pre-durcie avant mise en aeuvre de la soudure par etincelage afin d'augmenter sa durete. Ce pre-durcissage est obtenu par exemple par explosion. La durete de ltelement d'appareil de vole avant soudage est alors por tee a une valeur comprise entre 330 et 360 HB. Avec cette etape supplementaire, les mesures de durete obtenues vent celles illustrees sur la figure 4. Dans ce cas, la durete du tronc,on de rail est sensiblement identique a celle de la figure 3. En revanche, la durete de ltelement d'appareil de vole en acier fortement allie au voisinage immediat de la soudure est sensiblement egale a 350 HB, valeur sensiblement egale a celle du tron,con de rail, dans sa partie courante. REVENDICATIONS 1.- File de rail comportant un element (12) d'appareil de vole ferro viaire en acier fortement allie, dans lequel au moins un element allie a une teneur egale a au moins 5 % en masse, et un tron,con de rail (14) en acier moyennement allie, lies l'un a l'autre par une soudure sans apport de metal, caracterisee en ce que ie tron,con de rail (14) est forme d'un acier teas car bone moyennement allie dont la teneur en carbone est inferieure a 0,55 %, en masse. 2.- File de rail selon la revendication 1, caracterisee en ce que le tron, con de rail (14) est forme d'un acier teas carbone moyennement allie dont la teneur en carbone est inferieure a 0,5 %, en masse. 3.- File de rail selon ia revendication 1 ou 2, caracterisee en ce que l'acier a teas carbone moyennement allie formant le tron,con de rail est un acier bainitique. 4.- File de rail selon la revendication 3, caracterisee en ce que l'acier teas carbone moyennement allie est un acier bainitique sans carbure. 5.- File de rail selon l'une quelconque des revendications preceden tes, caracterisee en ce que l'acier teas carbone moyennement allie formant le tron,con de rail a, en masse, la composition suivante: - 0,05 % a 0,50 % de carbone; - 0,5 % a 2,5 % de manganese; - 0,6 % a 3 % de silicium ou d'aluminium; - 0,25 % a 3,1 % de chrome; et -0%aO, 9%demolybJene. 6.- File de rail selon la revendication 5, caracterisee en ce que l'acier teas carbone moyennement allie formant le troncon de rail a une composition definie ci-dessous: - 0,28 % a 0,36 % de carbone; -1,40 % a 1,70 % de manganese; - au plus 0,03 % de phosphore; - 0,01 % a 0,03 % de soufre; au plus 0,005 % d'aluminium; -1 % a 1,40 % de silicium -0, 4060,60de chrome; - O, 0, da mundane: - au plus 0,04 de titans et - au plus 0,004 de bore. 7^ FRe de rat salon rune quelconque des rendicadons prAcAden s, caraArisde en ce qua 1'd16men1 d'appareil de vole rmvisire en acier