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Aboutissement de près de trente ans de production et de recherche en matière de traitement thermique des rails, le rail du futur se définit comme étant le rail sans contraintes traité thermiquement de Tata Steel. Avec le rail produit selon le processus de traitement thermique exclusif de l´entreprise, les exploitants ferroviaires bénéficient d´une durée de vie jusqu´à cinq fois supérieure à celle du rail standard sans traitement thermique. Qui plus est, l´ouverture d´un nouvel atelier de traitement thermique de rails Tata Steel, capable de produire des rails sans contraintes traités thermiquement dans des longueurs pouvant atteindre 108 m, est synonyme de productivité et de fiabilité accrues pour les clients.Les rails standards sont produits par réchauffage dans un four et laminage à des températures extrêmement élevées. Plusieurs étapes de laminage sont nécessaires avant que les rails ne soient refroidis et redressés de façon à offrir la précision requise pour les voies modernes. Les processus de refroidissement et de redressage des rails se traduisent par de fortes contraintes résiduelles internes.

C´est dans la zone du patin que le rail présente les plus fortes contraintes. Toutes les zones à concentration de contraintes dans le matériau, tels que des endommagements de la surface ou la corrosion, sont aggravées par les charges dynamiques subies au passage des trains et par la traction de la voie nécessaire pour éviter les déformations par flambage. Résultat, des fissures peuvent s´initier et se propager, et finir par provoquer une rupture du rail. En raison des contraintes résiduelles élevées propres aux rails conventionnels, un petit défaut peut se transformer en fissure.

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été effectuées sur les mécanismes de rupture des rails et les techniques d´inspection mais en se concentrant principalement sur la partie « champignon » du rail. Les fissurations de fatigue au niveau du patin sont impossibles à déceler à l´aide des techniques actuelles et, se propagent souvent en passant inaperçues. C´est cette situation qui a conduit Tata Steel à répondre à ce problème en concevant des rails à plus faibles contraintes au niveau du patin.

Avec le procédé de traitement thermique breveté de Tata Steel, le rail traverse une série de fours à induction où un champ électromagnétique alternatif réchauffe très rapidement l´acier à environ 950°C. Le rail est ensuite refroidi rapidement au moyen d´air comprimé, avec pour effets une dureté élevée et une microstructure à grain très fin présentant une valeur d´allongement exceptionnellement élevée. Caractéristique unique de ce procédé : l´obtention d´une distribution de contraintes résiduelles bénéfiques, avec de très faibles contraintes de traction, voire de compression, au niveau du patin. Contrairement aux autres procédés de traitement thermique « in-line », cette particularité protège contre les risques de rupture du rail résultant de défauts du patin, d´où une réduction du taux de retrait des rails.

Les rails sans contraintes de Tata Steel contiennent des contraintes résiduelles au niveau du patin inférieures à 50 MPa : elles sont en effet souvent compressives et en fait bénéfiques aux performances en voie, car elles contribuent à fermer (ou à comprimer) les fissures potentielles, ce qui les empêche de se propager.

Cette innovation de pointe chez Tata Steel a été adoptée sur une famille complète de rails traités thermiquement pour répondre aux différentes spécifications en vigueur dans les réseaux ferroviaires à travers le monde. On observe en Europe un recours accru à des produits comme par exemple le SF350 (sans contraintes, dureté Brinell de 350 HB) qui, grâce à leur résistance à l´usure améliorée, offrent une durée de vie jusqu´à trois fois supérieure à celle des rails sans traitement thermique.

En raison de sa capacité à accepter des charges à l´essieu plus élevées, le rail sans contraintes traité thermiquement est considéré comme convenant tout naturellement aux lignes où circulent des trains de marchandises de fort tonnage. Il trouve cependant aussi de nombreuses applications sur les lignes à forte densité de passagers, et dans d´autres situations d´usure élevée comme les courbes serrées. Les exploitants ferroviaires bénéficient ici à la fois de moindres risques de rupture par fatigue sous l´effet de la corrosion ou de d´endommagement de la surface, et de coûts de maintenance réduits du fait de la résistance à l´usure accrue du rail.

Il ne fait guère de doute que cette famille de rails façonne l´avenir de l´ingénierie des voies ferroviaires. C´est le fruit d´années de recherches poussées chez Tata Steel, assorties d´un engagement sans faille en faveur d´investissements dans les dernières technologies. En fait, quelque 12 millions d´euros ont été récemment investis dans un nouvel atelier de traitement thermique de rails sans contraintes à Hayange (France), près de la frontière luxembourgeoise. L´usine est alimentée en acier à partir du site britannique Tata Steel de Scunthorpe, et le traitement thermique se traduit par un acier plus résistant à l´usure et à la fatigue due au contact de roulement que les nuances d´acier standard, y compris l´acier MHH de Tata Steel caractérisé par un niveau de résistance à l´usure des plus élevés.

Les investissements réalisés sur le site d´Hayange ont permis de tripler la longueur maximale des rails à 108 m et de plus que doubler la capacité de production. Cet aspect est important car un nombre croissant de clients veulent des rails plus longs traités thermiquement, induisant un changement radical en termes de réduction des coûts sur le cycle de vie.

La réaction du marché s´est avérée partout positive. Au cours des derniers mois, Tata Steel a livré des rails sans contraintes pour des projets de grandes lignes dans le monde entier, notamment en Europe, en Afrique, en Asie et en Amérique du Nord et du Sud.

http://www.tatasteelrail.com