DES RAILS. — NOTIONS GÉNÉRALES

a) PROPRIÉTÉS DES RAILS.

S98. Conditions particulières auxquelles les rails doivent satisfaire. — Les rails doivent présenter : 1° une surface de roulement très-dure qui leur permette de braver l'usure par le frottement des roues ; 2° une ténacité suffisante pour assurer la résistance au choc, à la flexion et à l'extension par efl'ort de traction ; 5" une soudure des mises qui s'oppose à l'exfoliation ; 4° un prix de revient peu élevé, attendu qu'en présence de la consommation toujours croissante des rails, la concurrence tend sans cesse à en faire baisser le prix de vente. Voyons de quelle manière on procure aux rails ces diverses propriétés.

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599. Résistance au frottement et au choc. — Pour donner aux rails la dureté et la ténacité nécessaires, on compose les paquets au moyen desquels on les fabrique de manière que le champignon présentant la surface de roulement devienne à fer grenu et le reste à fer nerveux, c'est-à-dire qu'on donne aux mises de fer nerveux une couverture en fer grenu. Pour la partie qui doit être nerveuse, on prend du fer simplement ébauché, tandis que l'autre partie est généralement enfer corroyé, car on reproche souvent aux rails tout en fer ébauché une surface rugueuse, inégale, criquée, qui augmente les rebuts de fabrication.

600. Couvertes des paquets pour rails VignoUes ordinaires. — Les fers convenables pour bourrelets de rails s'obtiennent par le puddlage accéléré ou à faible chaleur de fontes blanches au coke fabriquées avec de fortes doses de scories. En elfet, ces fers sont à la fois durs et bien soudants. De nombreux essais faits dans les usines belges, tant à chaud qu'à froid, pour vérifier les soudures des rails fabriqués avec des bourrelets en fer-scorie et des bourrelets en fer ordinaire, moins siliceux, ont démontré la supériorité des premiers. D'ailleurs, l'emploi de ce fer a réduit des deux tiers les rebuts des rails en service, après la garantie de trois années écoulées. Toutefois la soudure de ce fer avec le fer nerveux exige un soin tout particulier et l'interposition de mises en fer métis, c'est-à-dire moitié à nerf et moitié à grain, permettant de passer de l'une nature de fer à l'autre. Enfin, le fer-scorie est très-sensible aux coups de feu : surchaulïé, il devient aigre et très-cassant, de sorte que, non-seulement il convient de le fabriquer à basse température dans le four à puddler, mais encore de lui faire subir le moins de corroyages possible.

A Seraing, le puddlage de la fonte pour bourrelets de Vails s'opère au moyen de 16 fours à puddler faisant par 12 heures 8 ou 9 charges de 230 k. et desservis par deux marteaux-pilons, pesant l'un et l'autre deux tonnes. Un marteau frontal ne suffirait pas pour 10 ou 12 de ces fours, ne pourrait se placer où l'on voudrait et ferait éclater les boules de fer tendre qu'on doit cingler.

Dans le puddlage pour fer à bourrelets, les fours sont entièrement à eau et sans minerai. Les bacs restent à nu, seulement, à la fin de la fournée, on jette quelques pelletées de crasse au pied des taques pour adoucir en cet endroit les scories du four. Consommation de charbon 60 pour 100 du fer ébauché (').

(') En Belgique, c'est la nécessité, afin de soutenir la concurrence anglaise, do fabriquer à bas prix des fers grenus, d'une nature soudante, pour le bourrelet des rails VignoUes, qui, depuis une dixaine d'années, a l'ait employer à fortes doses les scories de forges dans la composition des charges des hauts fourneaux. Les scories contiennent de 30 à 45 pour

428 SECTION 111. — RÉCHAUFFAGE, COUROYAGE ET FINISSAGE.

Le fer nerveux se fabrique avec la même fonte blanche que le fer grenu, mais les fours sont garnis de minerai et seulement à eau aux autels.

601. Soudage des paquets, principalement de la couverte. — Lorsque la couverte ne fait pas exactement corps avec le rail, elle s'arrache, au bout de quelques mois de service, sur une épaisseur variable, par bandes entières, ce qui exige un rebut immédiat. Les effets dus à l'usure par le frottement des bandages sont beaucoup plus lents à se manifester, car un rail nerveux ou trop mou peut fournir deux ou trois ans de garantie et échapper à la responsabilité.

Les obstacles à la soudure des paquets sont : 1° la nature différente des fers : la couverte à grains exige pour se souder une température moins élevée que le fer nerveux qui constitue l'âme ; si on chauffait le paquet de manière à faire arriver l'âme au blanc soudant, la couverte pourrait se brûler ou se criquer et le rail deviendrait cassant; 2» le degré inégal d'usinage des fers, la couverte étant en fer corroyé et le reste du paquet en fer ébauché; S" l'épaisseur inégale des mises : la couverte, plus épaisse, ne s'infléchit pas aussi bien au laminoir, ce qui produit des vides dans le paquet, ou bien elle s'allonge moins, ce qui occasionne un glissement à la surface de jonction.

Dans le pays de Galles, l'épaisseur des couvertes est comprise entre 0™,025 et 0"",038 : au-dessous de 0™,025, elles ne résistent pas à l'action des bandages; au-dessus de O'",0o8, elles ne peuvent être assez chauffées pour se souder.

Le laminage des paquets pour couvertes doit se faire comme si les mises étaient verticales ; celles-ci doivent se montrer sur la largeur des barres laminées. Il résulte de cette disposition que, si le corroyé contient des mises mal disposées à se souder au reste du paquet à rails, celles-là seules ne seront pas adhérentes ; tandis que, si elles sont horizontales, on court la chance d'avoir au contact du corps du rail une de ces mises mal soudantes et par suite un défaut général d'adhérence entre la couverte et le reste du paquet. D'ailleurs le laminage des paquets pour rails tend à isoler les mises horizontales, tandis qu'il

100 de foi- et l'on en introduit généralement de 20 à 30, et même quelquefois de à 80 pour 100 de la quantité totale de la charge en minerai ou du lit de fusion, duquel est naturellement exclue toute autre mine silicieuse. Les hauts fourneaux sont élargis aux tuyères, on charge par la circonférence du gueulard et il y a une prise centrale des gaz. Laitier parfois foncé, mais allure régulière. Les fontes se moulent assez bien, mais elles manquent de résistance. Cassure rayonnante, d'un hianc terne ou légèrement jaunâtre et à grain assez lin, mais mal formé. Jîlies sont fortement chargées de silicium. A l'analyse

(Bulletin de la Société de l'industrie minérale, t. IX, 18C5), elles ont donné 5,4 pour 100 de

ce corps. Elles se laissent puddlcr avec une extrême facilité.

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resserre celles du corroyé dans le second cas. Ce qui influe le plus sur la qualité dos rails, indépendamment du mode de fabrication du corroyé, c'est le triage minutieux des fers puddlés et le classement méthodique des natures de fer par paquet ; car si les fers en contact sont de même nature, ils se soudent bien, même avec des couvertes de 0"',0i d'épaisseur. A cet égard il convient d'observer que les paquets entièrement en fer ébauché se soudent le mieux. Dans les paquets tout en fer corroyé, qui, du reste, sont difficiles à chauffer et reviennent à un prix élevé, les barres tendent à glisser les unes sur les autres au laminage, ce qui est un obstacle à la bonne soudure.

A diverses reprises on à essayé de substituer aux couvertes ordinaires en corroyé des couvertes en fer ébauché, dont l'emploi procure une diminution du prix de revient, une soudure meilleure et peut être, comme dans le paquetage pour tôles, une amélioration de la qualité sous d'autres rapports ; cependant cette substition est encore interdite par les cahiers des charges. On a remarqué que la tête des rails avec couvertes en ébauché était aplatie au sommet, tandis que celle des rails avec couvertes en corroyé pouvait présenter une côte en cet endroit. On fait disparaître le premier de ces inconvénients et parfois aussi le second, sans démonter les cylindres , en creusant un peu l'avant-dernière cannelure, au bourrelet prés de la gorge pour le premier, et à la patte pour le second. Du reste, on reconnaît les diverses espèces de fer employées dans les paquets, en attaquant par un acide dilué la section transversale d'un rail.

Le marteau-pilon offre le nieilleur moyen de soudage. Pendant longtemps on s'est contenté à Seraing du laminage des paquets et du finissage des rails en une seule chaude ; mais aujourd'hui, sur huit fours en activité, on se propose d'en conserver seulement six pour le soudage des paquets, comme à l'ordinaire, et d'employer les deux autres, voisins du train, au réchauffage des paquets battus au marteau-pilon. Deux de ces marteaux desserviront les six fours et l'on compte réchauffer dans les deux autres fours, par 12 heures, 200 paquets battus, mais encore rouges. Ce mode de fabrication se trouve aussi adopté à Hoerde, en Prusse.

Lorsque la chaude dans le four à réchauffer est au blanc suant, le moindre retard du laminage peut faire brûler les paquets à la surface sur une profondeur suffisante pour que les bords des mises s'aigrissent et se soudent mal. Alors le paquet, porté au laminoir, en sort avec des mises très-apparentes, quoique l'intérieur soit parfaitement soudé.

Aux épreuves ordinaires des rails on ajoute quelquefois le martelage

430 SFXTION III. RÉCHAUFFAGE, COHUOYAGE ET FINISSAGE.

d'un bout chauffé au-dessous du blanc soudant et la trompe dans de l'eau salée pour montrer le défaut de soudure des tranches.

En général, on casse tous les jours cinq ou six bouts de rails au marteau-pilon, pour juger de la qualité de ceux-ci, principalement de la soudure par l'aspect que présente la cassure. Le cassage d'un rail Vignolles se fait de la manière suivante : on place le rail la tête en bas sur deux appuis espacés d'environ un pied et reposant sur l'enclume d'un marteau ordinaire d'environ 5000 k., et, après avoir mis sur le rail, à l'endroit où doit se faire la rupture, un morceau de feuillard de quelques lignes d'épaisseur, on laisse tomber le marteau sur ce dernier; ensuite on remplace le feuillard par un dé en fer d'environ 1 1/2 pouce de côté et l'on donne un deuxième coup qui, d'ordinaire, produit la rupture.

602. Abaissement du prix de fabrication. — Le bas prix des rails résulte de tout le système de travail adopté pour leur fabrication, mais la plus grande influence doit être attribuée : 1° à l'emploi du fer-scories dont le prix est peu élevé : à Scraing, la fonte pour fer à couvertes revient à 3 fr. 2S les 100 k. ; 2° à l'emploi des trios pour le laminage, qu'ils permettent d'accélérer et d'effectuer en une seule chaude ; 3° à la grande échelle sur laquelle se fait cette fabrication et à l'aplomb manufacturier quelle comporte.

Sous le rapport de l'abaissement des prix, les maîtres de forges du continent, et surtout ceux de la Belgique, font une rude concurrence à ceux de l'Angleterre, même sur le marché de Londres. Les Annales du Génie civil, nov. ISGb, p. 787, citent plusieurs défaites éclatantes subies par ces derniers : le gouvernement néerlandais avait mis en adjudication 10,000 tonnes de rails; les demandes des maisons anglaises variaient de 19S fr. 5S à 220 fr. 7S par tonne ; cette fourniture a été adjugée à deux maîtres de forges belges qui ne demandaient que 178 fr. 15 et 178 fr. 7S par tonne. Un autre fait de la même nature a eu lieu pour des rails à fournir à Bristol même : il s'agissait d'un marché de 3000 tonnes : c'est une maison belge qui a été déclarée adjudicataire, ses prix étant inférieurs à ceux demandés par les maisons anglaises. Les maîtres de forges du pays de Galles ne pouvaient revenir de leur surprise de voir des compétiteurs étrangers l'emporter sur eux, à leurs propres portes.

603. Historique. — Dès l'origine des chemins de fer, l'on a eu recours à l'emploi de rails en fonte, qui ont rendu de bons services eu égard i» la nature rigide de la matière qui s'opposait h l'écrasement ; mais, à côte de cet avantage, il y avait l'inconvénient incontestable du peu d'élasticité de la fonte. De là, ruptures fréquentes, alors surtout

CIIAP. III. FABRICATION DES UAILS ET d'aUTUES FERS PROFILÉS. 451

que les trains étaient animés d'une grande vitesse et lancés particulièrement dans les courbes de faibles rayons. A ces rails primitifs ont succédé ceux en fer forgé qui sont généralement employés sur les chemins de fer. Ce système, quoique de beaucoup préférable à l'autre, présente encore les graves inconvénients suivants.

Les rails en fer ne résistent pas, à beaucoup près, aussi bien que ceux en fonte au frottement et à l'écrasement produit par l'énorme poids des machines : ils commencent par s'aplatir et se couvrir de petites écailles qui se détaciient peu à peu au passage fréquent des convois. Cet effet se remarque plus spécialement sur les chemins à fortes rampes où il convient de serrer les freins. Dans ces circonstances, le fer fortement échauffé est pour ainsi dire arraché, et les différentes mises ou lames qui ont servi à la confection du rail se divisent et se dessoudent, le rail s'exfolie, les mises des côtés se déchirent, celles du milieu s'écrasent, d'où résultent les déraillements occasionnés surtout par l'élévation de la roue au-dessus des rails à la suite des déchirures latérales formant tout naturellement des saillies. Outre ce grave inconvénient des déraillements, les écrasements et les déchirures occasionnent des perturbations sans nombre dans les diverses pièces des machines par suite des chocs violents qui se font sentir dans le système général, bien que les dimensions des pièces aient été calculées en vue de résister à ces chocs. Il devient par conséquent nécessaire de retourner ou mieux de changer très-souvent les rails.

L'effort des machines et des waggons, mus avec de grandes vitesses sur les chemins de fer, peut être assimilé à des chocs répétés qui tendent à détruire les rails en attaquant leur organisation intérieure, plutôt qu'à les déranger de leur position. Le fer des rails qui ont servi longtemps sur des chemins paraît toujours avoir éprouvé une espèce de désorganisation, comme s'il avait été frappé longtemps sur une enclume. Une partie de ces rails se couvre de petites écailles minces qui s'enlèvent successivement; et l'autre partie, bien plus considérable, se désagrège en filets, de manière à présenter l'aspect du chanvre.

Il résulte de ce qui précède, que si l'on ne tenait pas compte du peu d'élasticité de la fonte, elle serait préférable au fer dans l'emploi comme rails.

Les observations précédentes s'appliquent principalement aux rails anciens composés d'une seule espèce de fer.

Il a été dit plus haut que, pour donner aux rails la dureté qui les fasse résister au frottement des véhicules et la ténacité qui les empêche de se rompre par le choc, on les compose de plusieurs espèces de fer, notamment de fer grenu à la surface de roulement et de fer nerveux ù