Rail. — Métal des rails. — Les premiers

rails étaient en fonte et avaient la forme qu'on appelle en ventre de poisson ; puis pendant longtemps

on les a fait exclusivement en fer laminé. Aujourd'hui on n'emploie plus que l'acier laminé. La durée des rails

Fig. 1S2.

d'acier est en moyenne de^inq à dix fois plus grande que celle des rails en fer, et actuellement leur prix n'est pas plus élevé.

Les rails en fer sont appelés à disparaître à bref délai, et il est inutile de parler des conditions de leur fabrication. Il suflât de dire que lorsqu'ils sont bons, leur section se compose de fer nerveux sauf à la partie supérieure du champignon qui est composée de fer à grains ; la liaison entre ces deux qualités de fer est très difficile à obtenir, parce que la température à laquelle elles se soudent n'est pas la même ; aussi le rail périt-il presque toujours, avant usure complète, par le détachement de la partie supérieure qui s'en va en lamelles. Les rails à double champignon destinés au retournement avaient leurs parties inférieure et supérieure formées de fer à grains.

L'acier a un grain plus fin que le fer ; il est plus homogène et beaucoup plus dur. C'est à tort que l'on définit l'acier à rails, et d'une manière générale l'acier produit en grandes masses par les procédés Bessemer et Martin, comme un composé de fer et de carbone. C'est en réalité un composé de fer, de carbone, de manganèse, de silicium, de soufre et de phosphore. Parmi ces éléments, les deux derniers sont toujours nuisibles, et on les élimine avec le plus grand soin ; néanmoins on n'y arrive qu'imparfaitement. Il n'y a pas à s'occuper du soufre ; ses propriétés à froid offrent peu

d'inconvénients ; à chaud il rend Pacier rouverin et impropre au laminage. On a donc l'assurance que les rails qui ont pu supporter le laminage ne contiennent pas de soufre en proportion notable. Mais l'ennemi à redouter, c'est le phosphore : il est à peu près inoffensif tant que sa proportion ne dépasse pas 0, 001 à 0, 0012 ; mais, au delà, il rend le métal cassant et devient d'autant plus nuisible que l'acier renferme plus de carbone. Les autres éléments, carbone, manganèse, silicium, ont une influence variable suivant leurs proportions. Le carbone et le silicium ont pour effet d'augmenter la dureté de l'acier ; la proportion de carbone doit toujours être supérieure à 0, 003 dans l'acier dur à rails ; le silicium a été pendant longtemps considéré comme nuisible ; aujourd'hui, les métallurgistes admettent qu'il est avantageux, pourvu toutefois qu'il ne soit pas en proportion trop forte, et que l'acier n'ait pas été fabriqué à une température trop élevée ; dans ces deux derniers cas, il facilite les tapures des lingots et peut rendre le métal fragile et surtout sujet à se fissurer. Le manganèse existe nécessairement dans l'acier, car il est un agent indispensable des opérations de décarburation de la fonte ; il améliore la qualité s'il n'est pas en excès, mais dans les aciers durs, quand il dépasse la proportion de un pour cent, il devient nuisible en facilitant la trempe et en rendant ainsi le métal fragile. Lorsqu'il est en proportion convenable, il augmente l'allongement pour une résistance donnée; c'est une propriété précieuse pour les rails qui sont soumis à des chocs fréquents. Mais, nous le répétons, on ne peut pas considérer isolément l'influence des corps combinés au fer dans l'acier, car ils modifient réciproquement leur action. Ainsi le phosphore,

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qui rend les aciers carbures fragiles comme du verre, donne des aciers capables même de supporter les épreuves imposées aux rails s'il existe en grande quantité, à la condition que le carbone ait été éliminé ; Pusine de Terre-Noire avait même basé sur ce principe, il y a quelques années, la fabrication d'aciers spéciaux. Qualité de l'acier à rails. — On a discuté pendant longtemps la question de savoir quelle était la qualité d'acier préférable pour les rails. En France, on a toujours employé de l'acier aussi dur qu'il a été possible de l'obtenir et dont la résistance à la rupture est comprise entre 70*^ et 75^- Cependant la Compagnie de l'Est a adopté un acier un peu moins dur, et la Compagnie du Midi un acier plus dur dont la résistance atteint 80^ à 8d^. En Angleterre, on emploie de l'acier moins résistant, mais qui peut encore figurer dans la catégorie des aciers durs ; sa résistance est de 60 à 65*. Enfin, en Allemagne, on préfère l'acier presque doux dont la résistance ne dépasse pas de beaucoup SO"^ ; cela tient surtout à ce que les usines allemandes produisent difficilement do bon acier dur non cassant.

Il paraît aujourd'hui démontré qu'au point de vue de l'usure, comme au point do vue des détériorations accidentelles et même au point de vue du danger de rupture, l'acier dur de bonne qualité est de beaucoup préférable à l'acier doux. Dans les pays comme la Suisse où, pour les fournitures de rails, on s'adresse tantôt à la France, tantôt à l'Allemagne», l'acier dur ne casse pas plus et s'use moins que l'acier doux. Mais le bon acier dur ne s'obtient pas facilement ; jusqu'à ces derniers temps, il a fallu pour le produire employer de très bons minerais, ne renfermant qu'une très faible

proportion de phosphore. Depuis peu de temps, certaines aciéries françaises, qui emploient le procédé Bessemer basique, sont arrivées à obtenir de bon acier dur par la déphosphoration ; mais c'est seulement à la suite de longues recherches et en opérant avec un soin extrême, qu'elles ont atteint ce but.

Fahncation de l'acier à rails. — On fabrique Pacîer à rails soit par le procédé Bessemer, soit par le procédé Martin. Dans les premiers temps de la fabrication de Pacier Martin, on a essayé d'employer une plus ou moins grande quantité de vieux rails en fer pour cette fabrication ; ce procédé a donné généralement des produits détestables, parce que le fer des rails est le plus souvent phosphoreux : c'était une des conditions de sa résistance à Tusure. On y a aujourd'hui renoncé et c'est surtout au Bessemer qu'on fabrique les rails.

Laminage. — L'acier fondu produit comme nous venons de l'indiquer est coulé en lingots, qui sont immédiatement transformés en rails au moyen d'un certain nombre de passes au laminoir. Les lingots sont réduits en barres de sections de plus en plus faibles jusqu'au proûl définitif qui leur est donné par des cylindres finisseurs.

Dans certaines usines, la fonte passe à la cornue Bessemer immédiatement à sa sortie du haut-fourneau, et les lingots sont portés au laminoir presque aussitôt après la coulée ; on peut dire que la transformation de minerai en rail se fait d'un seul coup. La plupart du temps la fonte employée est refondue au cubilot ; cela est plus sûr parce qu'on peut alors connaître exactement sa composition chimique avant de l'employer et diriger les opérations en faisant des mélanges en

conséquence. Il vaut mieux aussi laisser refroidir les lingots pour les réchauffer ensuite avant le laminage ; on obtient ainsi une répartition de la chaleur plus uniforme et meilleure en ce sens que la partie centrale est moins chaude que la surface, ce qui est préférable pour le laminage. Quand on ne procède pas ainsi, on laisse ordinairement séjourner les lingots, avant de les laminer, dans des fosses de Giers pour faciliter Pégale répartition de la chaleur. La température à laquelle se fait le laminage a une grande importance sur la qualité des rails ; il ne suffit pas qu'elle soit également répartie, il faut encore que les barres ne soient pas trop chaudes au début de l'opération ni surtout trop froides à la fin. Il se produit dans ce dernier cas des tensions moléculaires qui peuvent rendre cassant un acier dont la composition chimique est bonne.

Lorsqu'on fabriquait les rails en fer, on ne pouvait souder convenablement que des paquets de 200 à 300 kilogs ; la longueur des rails qui à cette époque pesaient normalement environ 35 kilogs le mètre courant ne pouvait par conséquent pas dépasser de 6 à 8*°. Avec l'acier, on peut faire des lingots de toutes dimensions ; ceux qu'on emploie pour les rails pèsent en général de 800 à 1000 kilogs et permettent de faire des barres de 22 à 25 mètres de longueur utile ; on les coupe en deux pour avoir des rails de 11 à 12° de long.

On coupe les rails à la sortie du laminoir en les sciant à chaud avec une scie circulaire ; on fait tomber aux deux extrémités de la barre des bouts ou chutes qui ont généralement de 0™50 à O'^TS de longueur, afin d'enlever la partie détériorée par l'entrée dans

les cylindres du laminoir et aussi la partie qui correspond au haut du lingot et qui renferme souvent des soufflures.

Les rails ne sortent pas toujours du laminoir rigoureusement droits ; en outre, ceux qui ont un profil dyssy métrique, surtout les rails Vignole, se courbent parce que le patin se refroidit plus vite que le champignon qui est plus large ; on atténue les effets de l'inégalité du refroidissement en empilant les rails encore chauds. Il faut néanmoins, pour les rendre parfaitement droits, les redresser à froid à la presse ; c'est un procédé très primitif qui écrouit le métal par places, mais on n'a pas encore trouvé mieux.

Pour finir le rail, on dresse ses extrémités, ce qui se fait au burin ou à la fraise, et on y perce les trous nécessaires pour le passage des boulons d'éclisses. Ces trous se font toujours ou presque toujours au foret ; on a constaté que le poinçonnage altère l'acier aux bords du trou et favorise les ruptures. On peut se dispenser de la sujétion de percer entièrement les trous au foret, en faisant au poinçon un trou d'un diamètre un peu moindre que le diamètre définitif et qu'on alèse ensuite. Gela est moins cher et plus rapide.

Contrôle de la qualité des rails* — On contrôle la qualité des rails par deux procédés. On s'assure de la bonne qualité du métal au moyen d'essais spéciaux, que Ton fait sur des barrettes prélevées sur les rails, et on vérifie la résistance des rails eux-mêmes à la pression ot au choc, en choisissant dans chaque lot un certain nombre de rails (par exemple un sur cent) qu'on essaie. Ces derniers essais sont considérés en France comme seuls décisifs. Ils consistent à soumettre un bout de rail posé sur des appuis distants de 1'" à 1" 10,

d'une part à une pression croissante, qui s'élève d'abord jusqu'à celle qui correspond au minimum de la limite d'élasticité exigé, puis jusqu'à celle qui produirait la rupture, et, d'autre part, au choc d'un mouton tombant d'une hauteur qui varie selon le type de rail entre deux et trois mètres. Le poids du mouton était autrefois de 300 à 400 kilogs ; avec les rails lourds, et par conséquent à fort moment d'inertie, qu'on emploie depuis quelques années, ce poids est insuffisant et on le porte à 500 ou 600 kilogs. On sait que les effets du choc ne dépendent pas uniquement de la force vive du mobile, et que la masse de celui-ci joue aussi un rôle important.

Les flèches que prend la barre sous l'influence delà pression et du choc ne doivent pas dépasser certaines limites fixées à l'avance. Par exemple, les conditions imposées par les cahiers des charges de la Compagnie P. L. M. sont les suivantes : les rails reposant sur deux appuis espacés de 1" doivent supporter au milieu de cet intervalle pendant 5 minutes, sans prendre de flèche sensible, une pression qui varie de 25 à 40 t. selon le type, et, sans prendre une flèche supérieure à vingt millimètres, une pression varient de 40 à 60 t. De plus, ils ne doivent pas se rompre ni prendre une flèche supérieure à douze millimètres sous la chute d'un mouton de 600 kilogs, tombant d'une hauteur de 1°* 20 à 1'** 75 selon le type au milieu de l'intervalle de deux appuis espacés de 1°" 10.

Les essais ayant pour but de constater la qualité de Facier consistent à fabriquer avec ce métal soit une lame à ressort, soit un burin, qui doivent remplir certaines conditions données. L'État français dans son dernier cahier des charges exige en outre des épreuves

de traction et une analyse chimique déterminant la proportion de phosphore, qui ne doit pas dépasser 0, 12 0/0. Cette dernière condition a été insérée surtout en vue du cas où le fournisseur emploierait pour la fabrication le procédé de déphosphoration.

A l'étranger, les épreuves ne se font pas partout dans les mêmes conditions. En Angleterre, on se contente presque exclusivement de l'épreuve au choc, mais celleci est faite avec un mouton plus lourd qu'en France (il pèse de 800 à 1000 kilogs) et une hauteur de chute moindre. En Allemagne, jusqu'à ces derniers temps, on exigeait seulement des essais de résistance à la traction et d'allongement du métal ; mais on a reconnu qu'ils étaient insuflâsants : ils ne donnent en effet aucune garantie contre les aciers cassants qui peuvent avoir une résistance et un allongement très satisfaisants; l'épreuve au choc a été adoptée récemment.

Quel que soit le système adopté, les essais chimiques et mécaniques du métal et les épreuves de rails fabriqués ne peuvent donner des garanties absolues, quand même on les ferait porter sur toutes les coulées et même sur tous les lingots. On trouve en effet toujours, non seulement dans la même coulée mais, dans la même barre, des différences notables de composition et de texture par suite des phénomènes de liquation et des variations de la température pendant le laminage et le refroidissement ; ces différences sont d'autant plus importantes que la fabrication est moins régulière et moins soignée. L'homogénéité des produits est donc une des conditions essentielles à rechercher dans la fabrication des rails. Les usines françaises donnent à cet égard des garanties très sérieuses.

Prix des rails. — Le prix des rails d'acier a été au

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début très élevé : 300 fr. à 400 fr. la tonne. Aujourd'hui, il est beaucoup moindre. Il oscille actuellement entre 150 fr. et 170 fr. la tonne ; il y a quelques années, il s'était abaissé jusqu'à 120 fr.