CHAP. XI. RAILS EN ACIER PUDDLÉ
première à titre d'essai seulement, mais avec succès; des rails de C€ genre, posés depuis plus de dix ans dans la station de Hamm, sont encore en bon état. La seconde a dans ses voies plus de 10.000 tonnes de ces rails. Suivant l'usage général en Allemagne, les paqaets-poiir rail sont martelés ainsi que les loupes, réchauffés et laminés. Le reste du paquet est tantôt en fer à grain, tantôt en fer à nerf. Dans le second cas, la jonction de l'acier et du fer doit être dans la tige.
Un lot de rails, les uns à tête d'acier puddlé, les autres entièrement en acier a été posé en 1861 sur la ligne de Magdebourg à WUienberg; la séparation d&la tète a été assez fréquente dans les premiers.
Le cheidn de rÉtat'autrichien fabrique aussi, mais sur une petite échelle, dans son usine âeJUsehitza (Banat) des rails à champignons d'ader puddlé, ayant la tige et le pied en fer nerveux.
La production de ces rails mixtes a éié fort étudiée au Phœnix, L'acier forme tantôt le cliampignon seulement, tantôt le champignon et la tige; le reste est en fer fort, sans transition.
La (ig, 23, Pl. XXXII, représente un paquet pour Vignole à tète d'acier; toutes les barres non teifitées sont en fer ébauché, ou en vieux rails laimnés; le paquet est chauffé, martelé, réchauffé, et lammé. . «
Lai vitrine de ce grand établissement, à l'Exposition de 1867, renfermait une série de ces rails mixtes, à proportions d'acier variables, qui auraient justement attiré l'attention autrefois, mais* qui présen<tent aujourd'hui un intérêt médiocre. En présence des avantages, chaque jour mieux constatés, d'une homogénéité complète, de Tab-* sence de toute soudure, seule garantie absolue contre une soudure défectueuse, un procédé qui donne un produit fondu semble devoir l'emporter sur tous les autres, comme un remède radical l'emporte sur de simples palliatifs.
L'accroissement du trafic; l'abaissement du prix de l'acier ou plutôt des produits mtermédîaires possédant une partie de ses propriétés; la conviction, chaque jour mieux établie, des avantages qu'ils présentent, conduisent dès à présent les compagnies à leur faire une large part dans rétablissement des voies; et l'on peut entrevoir l'é-
poque où le fer sera relégué sur les lignes à fail)lc trafic et à tracé facile» sur lesquelles sa durée sera assez considérable pour faire ressortir la dépense annuelle à un chifire moindre qu*avec Tacier.
1* Àâer jpuddU, — Il n*a guère été utilisé, en France, que pour les rails, spéciaux, et le Betstmer Ta supplanté, sauf de rares exceptions,(282]. Gelul-d a, en effet, l'avantage de Téconomie, et il est difficile de lui refuser celui de la qualité, un produit fondu et homogène présentant plus de garanties que celui qu*on obtient en soudant au laminoir un paquet dont la composition est difficilement constante, surtout quand il s'agit d'acier puddlé.
C'est en Autriche, sur le chemin de fer du Nord, que les rails d'acier puddlé sont le plus en faveur. *
Dès 1850, la compagnie du Nord commençait à faire usage de Facier puddlé pour les rails spéciaux, et en 1861 elle l'applicpiait dafis beaucoup de statnn^s du réseau, et à la voie courante sur la section de Weisshirchen à l^ohl, où, en raison des rampes, les rails en fer n'avaient qu'une très-faible durée. A l'expiration de la garantie triennale, le remplacement des rails en acier était seulement de 0,41 pour 100. Le profil est celui du rail delà Staats-Bahn (Pl. V, ^g, 33).
A côté de ce résultat', et de celui également favorable obtenu sur le chemin de la basse Silésie, il faut dire que sur un lot de 2.000 rails posés sur le chemin de TËtat, en Bavière, une fraction notable était déjà hors de service au bout de trois ans.
Bien d'étonnant, l'acier puddlé étant difficilement un produit constant, s^nblable à lui-même. Il faut que le chemin du Nord autrichien ait été vraiment favorisé (ce qui s'explique du reste par sa position particulière], pour mettre encore aujourd'hui (et il est le seul d'ailleurs} l'acier puddlé sur la même ligne que l'acier Be$$tmer, et les employer concurremment. L'uniformité du degré d'affinage et l'homogénéité du produit puddlé sont en général très-difficiles à obtenir dans une iabi ication très-considérable.
3*7. 2° Acier fondu» — Le métal alliiié fondu, di/iinant mi rail tiré d*un seul lingot, présente, pour des solides placés dans les conditions complexes auxquelles les rails sont soumis, des garanties d'unité qu'un paquet, même soudé au marteau avant le laminage, ne saurait oflrir au môme degré. Il n'y a pins à craindre ni dessoudnres, ni exfoliations ; et quant au degré de dvxQiè convenable, on T obtient
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de plus en plus fadlement et avec la constance nécessaire. L'acier ne pouvant être.chaulTé qu'avec précaution (au rouge cerise), on pouvait craindre qu'il fût diflicile d'obtenir au lauilnage des bords bien sains, surtout pour le patin du rail lignole; mais l'expéi ience prouve qu'il est facile de concilier toi tes les conditions : température modérée, bords bien sains au pied, dureté suffisante du champignon.
Le succès de l'acier fondu au creuset ne pouvait être douteux ; mais son prix élevé en restreignait nécessairement l'usage aux rails sp6> ciaux. Ainsi le chemin du Nord français a fait venir, en 1863, de Sheffield (J, Brown) des rails qu'il a payés dôO francs la tonne» prix qui, du reste, a baissé depuis, grâce à ]a concurrence du Bessemer, mais pas assez, à beaucoup près, pour rendre la lutte possible*
Le plus grand producteur d'acier du continent, M. Krupp^ à*Essfnt livre aux chemins àUenuinds des rails qui étaient vendus d'abord comme acier fondu au creuset, mais qui, il le reconnaît anlourd'hui, proviennent du convertisseur (*). Un autre grand établissement, qui jouit aussi d'une réputation méritée, celui de Bochum, revendique aussi pour tous ses produits (278) cette qualification d'acier au creuset, si ce n'est pour sauf les rails, qu'il reconnaît également n'avoir pas passé au creuset et provenir du convertisseur Bessemer.
Un des elîi is du régime Ipp-al desiinventions en Prusse, où les brevets ne s'obtiennent qu'avec une grande dilliculié, est d'entretenir une disposition au mystère sur les procédés industriels ; disposition un peu surannée, personne ne croyant, lorsqu'il s'agit de la métallurgie du fer, à de véritables secrets qui resteraient longtemps confinés dans l'enceinte d'une usine.
Quoi qu'il en soit, l'acier Btrnmet a fait, dqmis plusieurs années, se» preuves avec assez d'édat (Sâ8), et son prix a suivi une progression assez rapidement décroissante pour que l'acier fondu ou creuitt (dénomination qui comprend d'aiUeurs des matières trèfr^négales) ne puisse lutter avec lui lorsqu'il s'agit des rails courants.
La compagnie de Paris à la Méditerranée a tj aité, en 18G7, avec In société de Terrenoire et Bessèges^ à raison de 315 francs la tonne, clûUre qui est loin d'atteindre le double du prix, déjà si l>as à la
(*) tn viiiiinnt, eu mai 186^^ les usines de M. idnifip. Je n'ai pu être udmis daut l'atelifir du Beœaier, le procédé a;ant reçu, m'a-l-oo diC certaines modlQcaUoo»*
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même époque, des rails en fer (*) . Le chemin du Midi, a traité aussi en 1857; avec la même compagnie pour S. 000 tonnes à raison de 342 fr,
rendu à Cette, ce qui correspond à 317',50 à l'usine. On comprend qu'en présence de ces prix, la compagnie de Lyon n'ait pas hésité à adopter en principe le Bessemer poui- toute la grande ligne de Pans à Marseille et pour les sections à fortes rampes du reste de son réseau. Une commandp de 20.000 tonnes en métal Bessemer, a suivi immé< diatement cette résolution, et elle n été doublée récemment.
Cet exemple ne tardera pas à être suivi, dans une certaine mesure, par les compagnies qui, jusqu'à présent, n'ont appliqué l'acier qu'aux appareils des voies. Après avoir constaté que h presque toutes « les voies doivent être renouvelées au bout de quatorze ou quinze « ans au plus, et que, sur les lignes très-fréquentées, comme celles « de Versailles, d'Auteuil et du Havre, l'usure des voies s'opère avec « une extrême rapidité, » la compagnie de l'Ouest reconnaît a qu'elle * u ne tardera sans doute pas à être obligée de substituer les rails en « acier aux rails en fer {**), »
« Ce qui noas a empêchée jusqu'à présent, » ajoute-t-eUe, a de générait lîser l'emploi des rails en acier, c'est le prix élevé auquel le commerce le « fournit. Hais nous espérons que, grâce aux efTûrts de l'industrie, ce prix « ne tardera pas à baisser, et à devenir acceptable pour les chemins de fer. t
Il faut reconnaître cependant que le prix du Beuemer a suivi, en France, une progression décroissante vraiment inespérée ; si Tespoir exprimé par la compagnie de TOuest se réalise, on le devra peut-être aux procédés moins limités pour }e choix des fontes, mais dont le succès n*est encore qu'une présomption (265) .
La compagnie du Nord a adopté le rail Bestemer pour la section de Paru à Crml, par Chanlilly; celle ^Orléans, pour les lignes à trèsfortes rampes de son réseau central ; celle du Midi, pour la rampe de Montréjeau, etc.
La compagnie de la Méditerranée a, en même temps, donné une adhésion complète aux arguments exposés dans le chapitre II de cet ouvrage. C'est, en effet le prolil Vignole qu'elle a adopté pour cette grande application.
Poid$ du rail en aeier, — Il . est naturel de se demander si, en adoptant Tacier, il n'est pas possible de compenser, au moins en
O La réducUon de ce prix pouyait être nioti?ée, pour une certaine proportioo, par des avanees fiiUes à l'tidne. Mail an nooveau marché ■ été passé au même prix; (**) Rapport à l'aMsmblée sénérsia du 30 mars ises.
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partie, ]a différence des prix par une réduction de poids, sans compromettre les avantages attadiés à l'emploi de l'acier.
Âpràs avoir appliqué d*abord Tader puddlé au profil ordinaire, la compagnie du Nord aatrichien, a comparé les résistances :
1* Du nul en fer profil ordinaire de la SiaaCêBakn (Pl. 33) ;
2* Ba rail Bes$emtr^ projeté par la commission des ingénieurs de ce chemin, et dont le poids est 0,75, celui du fsûI précédent étant 1 (Pl. Il, /î^ 2);
3* D'un profil intermédiaire étudié par le Nord pour l'application de Tacier, soit puddlé, soit Besitmei t el dont le poids est 0,83 (Pl. WWl, fig. 10).
En admettant que les résistances élémentaires du fer et de l'acier sont :: 4 : 7, les charges de rupture par ûejdon des trois profils sont :: 1 : 1,87 : 1,92.
Dans le troisièiDe profil, la hauteur est 0'»,120 comme dans le rail n* 2; la largeur du patin a été portée de 0"',100 à 0«*410; on se propose, par cet élargissement de combattre non-seulement l'impression du patin dans le bois, mais aussi la tendance de la voie à se rétrécir, en alignement droit, par augmentation de l'inclinaison du rîùl.
L'épaisseur de la tige a été réduite à 0'»,0i3, le poids du laîl à 31 ^,08, et sa longueur a été portée à 6"*, 60.
La commission déjà citée (3^2) de la Sud Bahn est d'avis qu'il n'y a pas lieu, en substituant l'ader au fer, de réduire le profil; elle ftidinerait même, comme le Nord autricMen, à élargir le patin.
Les chemins anglais, et notamment le LondonHmA'NoflhrWuUrnt qui est entré si résolument dans la vde de remploi de îader, ont également conservé le profil du rail en fer*
£n France, il en est de même sur les chemins du Kord, de l'Ouest, et d'Orléans; celui-ci lyoute d'ailleurs une huitième travâ^ au rail de 6 mètres sur les rampes de la traversée dn Gantai, entre Jfuntf et Aurillac.
Sur le ch< niin dé ki Méditerranée, la substitution de l'acier au fer (3/i8) coïncide avec une notable augmentation du poids, porté de 37 kilogrammes à àO kilogrammes; mais cet excédant de poids, dii d ailleurs pour une très-faible part au poids spécifique un peu plus grand de l'acier {i kilog. par rail de 6 mètres) n'a pas pour objet de renforcer le rail; le surcroît de section porte uni(|ueiiient sur la largeur du patin, qui est porté à 0»,iao (Pl. XXXll, fig, 9) ; et si cet élar-
402 uv. — VOIB,
gissement a pour effet de répartir les charges sur une plus grande
ciuiiace de bois, ce n'est pas le but qu'on s'est proposé. On a voulu simplement insérer les chevilles iiUéi ieunjs dans des trous percés dans le patin, afin qu elles concourent avec celles de l'extérieur à résister aux poussées des mentonnets. Les chevilles extérieures sont, comme à l'ordinaire, placées en dehoi*s du rail, mais la symétrie de celui-ci exigeait que 1 élargissement fût commun aux deux ades.
Le reste du profd est d'ailleurs le môme que celui du rail en fer, de sorte que la différence n'affecte nullement les raccordements et Téclissage.
En admettant l'utilité de la solidarité ainsi établie entre les attaches extérieures et intérieures (â7, 207), il est au moins douteux qu elle justifie un accroissement de poids aussi notable, et placé de telle sorte qu'il impose à la fabrication des difficultés réelles.
Le profil (Pl. II, fg» 12) proposé par une commis^on d'ingénieurs autrichiens (*) est un peu plus bas que celui du rail en fer de la Staat's Bahn (0*420 au lieu de 0"»12ô). Cette réduction, faible d!ailleurs, est motivée par la plus grande résistance de Tacier. Elle est cependant combattue par d'autres ingénieurs; ils trouvent, et naa sans raison, que la roideur est une qualité essentielle et que la réduction de hauteur, portant uniquement sur la tige, ne procure pas une économie en rapport avec son influence sur la résistance. Cette réduction leur paraît peu fondée au moment où la plupart des Directions des cheniitis allemands regardent l'augmentation de la hauteur du rail en fer comme une conséquence nécessaire de l'accroissement du trafic et du poids des machines, et ou quelques-unes vont jusqu'à O^jlSS (voies nouvelles du Main-Weser) ; réduire, c'est d'après elles, s'exposer à remplacer prématurément ou à consolider, par l'addition coûteuse de nouvelles traverses, des rails encore bous, mais trop faibles pour les charges qu'on leur impose.
La commission autrichienne pense, et sans doute plus justement, que les épaisseurs peuvent aussi être un peu dimutuées. Le rail projeté a la même résistance à la rupture transversale que le rail en fer de la Staat's Bahn, en admettant que les résistances élémentaires sont : 56^6 par millimètre quarré pour l'acier et 32S28 pour le fer (rapport admis également, comme on l'a vu tout à F heure, par la commis-
(*) Zeitschrift des ÔsUrrekhischen Ingénieur Vereins, année l8Gi», p. 11^;.U. Los.lin, rappor;eur.
CIIAP. XI. — FABRICATION DES RAILS Eî» MÉTAL RESSEMER. 4GS
sion de la Sud Bahn). poids serait : au lieu de 37S10.
L'économie annuelle ne serait pas contestable dans ces conditions^, même avec un trafic modéré, qui atténue 1* infériorité économique du fer. La commission, considérant que les rails en fer employés en Autriche sont de meilleure qualité que les rails similaires anglais* et qu'on n*est pas encore fixé sur la durée du Besstmer fabriqué en Autriche, n'a pas admis cependant un rapport aussi favorable à l'acier que celui que les observations faites en Angleterre (353) autorir sent à admettre comme un minimum. Elle a supposé une durée sext-^ lem^t triple» évaluation d'une prudence sans doute esoessive. Par contre, la réduction du poids du raO Bmmer est peut-être poussée un peu trop loin.
En admettant quinze ans pour la durée des rails en fer et quarante-cinq pour celle des rails Ikssemei y la dépense annuelle serait, aux prix actuels, réduite dans le rapport de 1,55 : 1, sans tenir compte des transports et de la main-d'œuvre des réfections, qui grèvent moins le fff'S'^emer par suite de sa durée plus grande.
La commission regarde, en somme, les avantages du Bessemfr comme hors de toute discussion, et comme certainement supériniirs aux chiffres admis, lille pense d'ailleurs que les vieux rails en fer pourront trouver leur emploi soit dans les traverses métalliques, soit dans les cornières longitudinales du rail mixte ; opinion un peu personnelle, peut-être, à l'auteur du rapport, qui est aussi l'auteui* d'un de ces types de rail (195). Mais on peut, du moins, admettre que les vieux rails en fer trouveront leur emploi sous une forme otf aous une autre, comme suppoits des rails en métal Beuem»r»
MO. Fàbrieaiùm des raiU Betsmer. — France, — Le procédé Bmenier donne, avec une simplicité et une rapidité admirables, un produit affiné fondu, d'une homogénéité parfaite grâce au puissant brassage opéré par Vair lancé dans la masse en fusion.
Mais quels que soient les avantages de ce procédé, il ne penl, comme tout autre, tirer de la matière traitée, que ce qu elle renferme^ pour donner le véritable acier, dans toute la plénitude de ses pro^ priétés, il exige des fontes spéciales, des fontes aciéreuses, et il confirme ainsi le principe, posé il y a longtemps par M. Leplay, de la spécialité des minerais, coudiLion nécessaire, indépendante du mode de traitement.
A ces fontes de qualité supérieure, on peut, sans doute, comme dans
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les autres procédés (*), mêler une certaine proportion de fontes ordinaires plus ou moins impures, mais la nature du produit s'en ressent nécessairement. En fait, au surplus, ce qu'on demande au Betimtr^ c'est moins de l'acier que du fer fondu : produit dcmt les chemins de fer semblent, du reste, devoir tirer un immense parti. La nature aciéreiise dos minerais n'est plus nécessaiie alors; mais malheureusement la piii eto des fontes l'est toujours (36â).
En France, la fal)ricalion des rails Bessemer n'a encore pris un développement notable que dans trois établissements : ceux dMssailhj (Loire), ôUmphij (Mèvre), et de Terre-Noire (Loire). Les fontes spéciales traitées proviennent, dans le premier : des minerais de fer oxydulé de Saint-lJon (Sardaigne) ; dans le second, des minerais de BUbao (Espagne), de Vicdess^on et du Canigm; dans le troisième de Mokia-elrHadid (province de Bùm) et de Prwa$ (Ardèche).
Jusqu'à présent, la fonte ne passe généralement au convertisseur qu'en seconde fusion. Il ne peut en être autremen^dans les usines qui, comme celles d'iMailly, et d' /ittpfty« ne possèdent pas de hauts fourneaux ; mais c'est parce que la marche en première fusion était regardée sinon comme impraticable, au moins comme très-diffîcUe, qu'on ne se préoccupait pas d'accoler les convertisseurs au haut fourneau.
Par le triage i l ia refonte, on obtient à coup sûr la constance de qualité nécessaire à la régularité et au succès du traitement au convertisseur. Mais la nécessité de cette opération préliminaire n'est pas absolue, loin de là. Le Bessemer exige de la fonte grise, trèscarburée, et l'allure en fonte grise est la plus facile à maintenir dans les hauts fourneaux. Sans parler des usines de Neuberg (Styrie), de Fagersta (Suède), qui marchent couramment en première fusion, mais avec des fontes de qualité supérieure, l'usine de Terre-Noire (Loire) applique aussi la même simplification, et avec un succès complet. La couleur des laitiers est un indice assez sûr de l'allure du haut fourneau, et c'est seulement lorsque l'aspect des laitiers indique une perturbation que la fonte est coulée en gueusets pour être assortie et refondue au réverbère. Le traitement en première fusion fonctionne également à l'usine de Mantlvçon (Allier), où le procédé vient d'être installé.
kSeraing (Belgique), d'après H. LebïeUt ingénieur des mines, la
. (*) Cwt afnsi 4m lec fontes, proTcnant de mlmnls spaiiques, puddMet à AUtouti (Iièi«)pour for k grain» pauvent mpporter nae proportion modérée de fontea de Jte«^^
