FR2958943A1 - Rail d'acier traite thermiquement a haute teneur en carbone et a haute resistance et procede de fabrication associe - Google Patents
Rail d'acier traite thermiquement a haute teneur en carbone et a haute resistance et procede de fabrication associe Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance comprenant, en poids, 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,20 à 1,60 % de manganèse, 0,15 à 1,20 % de chrome, 0,01 à 0,20 % de vanadium, 0,002 à 0,050 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium, inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote et du fer. Le rail d'acier présente une résistance à l'usure et une plasticité excellentes et peut satisfaire l'exigence de surcharge. L'invention concerne un procédé de fabrication du rail d'acier par chauffage d'un bloom à une température de chauffe, laminage à passes multiples et refroidissement accéléré, dans lequel une température de chauffe maximale (°C) du bloom est égale à 1 400 moins 100 [%C], [%C] représentant la teneur en carbone (% en poids) du bloom multipliée par 100.
Description
RAIL D'ACIER TRAITE THERMIQUEMENT A HAUTE TENEUR EN CARBONE ET A HAUTE RESISTANCE ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine métallurgique et, plus particulièrement, un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance ayant une excellente résistance à l'usure et une excellente plasticité ainsi que son procédé de fabrication.
Description de l'art connexe Un des procédés efficaces pour prolonger la durée de vie des rails d'acier consiste à améliorer leur résistance. La perlite, la martensite revenue et la bainite sont des structures courantes de fabrication de rails d'acier, les structures perlitiques étant largement utilisées en raison de leur bonne résistance à l'usure, d'un procédé de fabrication simple, de leur faible coût et de leurs propriétés stables. Cependant, pour un rail d'acier perlitique pur, la résistance ne dépasse guère 1 330 MPa et la dureté de surface ne dépasse guère 380 HB. A savoir, la résistance du rail ne laisse que peu de place à une amélioration. Le carbone est un élément efficace pour améliorer la résistance à l'usure des rails d'acier. Les améliorations de la teneur en cémentite de la perlite lamellaire peuvent améliorer la résistance à l'usure.
Nous savons bien dans les sciences métallurgiques que lorsque la teneur en carbone d'un acier dépasse 0,77 %, une cémentite pro-eutectoïde (cémentite secondaire) se forme d'abord à l'équilibre. Cependant, si la vitesse de refroidissement est accélérée lors de la transformation de l'acier de structures austénitiques en structures perlitiques, même si la teneur en carbone dépasse 0,77 %, une perlite pseudo-eutectoïde se forme à la place de la cémentite pro-eutectoïde. Avec l'accélération de la vitesse de refroidissement, la limite supérieure de la teneur en carbone de la perlite pseudo-eutectoïde augmente. En service, les champignons de rail s'usent généralement à une profondeur de 20 mm. Pour garantir une utilisation sûre des rails, la teneur en carbone des rails d'acier doit être améliorée de telle sorte que les structures perlitiques soient réparties sur une profondeur d'au moins 25 mm depuis la surface du champignon de rail. Les procédés classiques de fabrication de rails d'acier traités thermiquement à haute résistance utilisent de l'acier eutectoïde avec une teneur en carbone de 0,60 à 0,82 %. La haute résistance est obtenue en générant des structures perlitiques fines. Cependant, si les rails ont une faible teneur en carbone, la densité des structures de cémentite dans l'acier est faible et la résistance à la traction est faible, généralement inférieure à 1 330 MPa. Ainsi, les rails ont une résistance à l'usure médiocre et une durée de vie courte.
Dans l'art antérieur, les procédés de fabrication de rails d'acier ayant une bonne résistance à l'usure utilisent de l'acier hypereutectoïde à teneur en carbone de 0,85 à 1,40 %. La résistance à l'usure correcte est obtenue en générant des structures perlitiques fines et en augmentant la densité de la cémentite dans la lamelle de perlite. Cependant, les procédés présentent les désavantages suivants. D'abord, les rails d'acier obtenus ont encore une faible résistance, généralement inférieure à 380 HB et la résistance à la traction est généralement inférieure à 1 330 MPa. Deuxièmement, puisque les structures perlitiques ne sont réparties que sur une profondeur de 20 mm à partir de la surface, il se produit une ségrégation de phase. Les structures de cémentite proeutectoïde, par conséquent, précipitent, ce qui altère les propriétés du rail et est à l'origine de criques de fatigue et de ruptures fragiles. Troisièmement, les vitesses de refroidissement classiques sont généralement inférieures à 10 °C/s, habituellement 2 à 5 °C/s. Pour améliorer la résistance du rail, une vitesse de refroidissement élevée (5 - 15 °C/s) est nécessaire, ce qui obligerait à faire évoluer les chaînes de production existantes, ce qui engendrerait un niveau élevé d'investissement. Enfin, l'azote est dangereux pour les propriétés du rail, mais les procédés classiques n'ont aucun moyen de réduire ce danger. Lorsque la teneur en carbone augmente, la plasticité et la résistance des rails diminuent. Ainsi, par rapport aux structures purement perlitiques communes, les rails hypereutectoïdes ont une plasticité et une résistance bien inférieure, ce qui signifie que les rails peuvent se rompre lorsqu'ils sont utilisés dans des régions froides avec des températures en dessous de zéro. Bien que l'art antérieur indique que la plasticité et la résistance peuvent être améliorées en refroidissant les différentes parties des rails avec des modes différents, l'opération est compliquée et a un prix de revient élevé. Ainsi, il est urgent de développer un rail d'acier laminé à chaud à haute teneur en carbone et à haute résistance ayant une résistance à l'usure et une plasticité correctes et son procédé de fabrication.
RESUME DE L'INVENTION Etant donné les problèmes décrits ci-dessus, un objet de l'invention consiste à proposer un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance présentant une excellente résistance à l'usure et plasticité. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un procédé de fabrication d'un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance présentant une excellente résistance à l'usure et plasticité. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, un mode de réalisation de l'invention propose un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance, le rail d'acier comprenant, en poids 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,20 à 1,60 % de manganèse, 0,15 à 1,20 % de chrome, 0,01 à 0,20 % de vanadium, 0,002 à 0,050 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium, inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote, de fer et d'impuretés. Le rail d'acier présente une excellente résistance à l'usure et plasticité. La résistance à la traction du champignon du rail d'acier est supérieure ou égale à 1 330 MPa, le pourcentage d'allongement du champignon de rail d'acier est supérieur ou égal à 9 %, la dureté du champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à 380 HB, la profondeur de la couche durcie est supérieure ou égale à 25 mm et l'épaisseur des structures perlitiques fines du champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à une profondeur de 25 mm. Dans une catégorie du présent mode de réalisation, le rail d'acier comprend, en poids, 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,40 à 1,20 % de manganèse, 0,15 à 0,60 % de chrome, 0,01 à 0,15 % de vanadium, 0,002 à 0,030 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium, inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote, de fer et d'impuretés. Le rail d'acier présente une excellente résistance à l'usure et plasticité.
Dans une catégorie du présent mode de réalisation, le rail d'acier comprend en outre, en poids, 0,01 à 0,50 % de molybdène, de 0,002 à 0,050 % de niobium, 0,10 à 1,00 % de nickel, 0,05 à 0,50 % de cuivre et 0,002 à 0,050 % de métal des terres rares, 0,0001 à 0,1000 % de zirconium ou un mélange de ceux-ci.
Dans une catégorie du présent mode de réalisation, un pourcentage total en poids de Cr + 1,5 Mn + 6 Mo + 4 Nb dans le rail d'acier est de 1,0 à 2,5 %. Dans une catégorie du présent mode de réalisation, lorsque la teneur en azote du rail d'acier est inférieure ou égale à 0,0070 %, la teneur en titane est de 0,002 à 0,020 % ; lorsque la teneur en azote du rail d'acier dépasse 0,0071 % mais est inférieure ou égale à 0,010 %, la teneur en titane est de 0,010 à 0,050 %.
Un autre mode de réalisation de l'invention propose un procédé de fabrication d'un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance consistant à chauffer un bloom, appliquer un laminage à passes multiples et appliquer un refroidissement accéléré, dans lequel la température de chauffe maximale (Tmax, °C) du bloom est égale à 1 400 moins 100[%C], dans lequel [%C] représente la teneur en carbone (% en poids) du bloom multipliée par 100.
Dans une catégorie du présent mode de réalisation, la température de chauffe du bloom est supérieure ou égale à 1 050 °C et le temps de maintien maximal (Hmax) (min) pour la température est égal à 700 moins 260[%C], dans lequel [%C] représente la teneur en carbone (% en poids) du bloom multipliée par 100. Dans une catégorie du présent mode de réalisation, lors du procédé de laminage à passes multiples, la réduction de la surface lors de la passe finale est de 5 à 13 % et la température de finition est de 850 à 980 °C.
Dans une catégorie du présent mode de réalisation, la température de chauffe résiduelle du rail d'acier laminé à chaud est de 680 à 900 °C et lors du refroidissement, le champignon de rail et le patin de rail sont refroidis, par pulvérisation ou à l'air comprimé, à une température de 400-500 °C avec une vitesse de refroidissement de 1,5 à 10 °C/s suivie d'un refroidissement à air ambiant. Les avantages de l'invention sont résumés ci- dessous. La résistance à la traction du champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à 1 330 MPa, le pourcentage d'allongement du champignon de rail d'acier est supérieur ou égal à 9 %, la dureté du champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à 380 HB, la profondeur de la couche durcie est supérieure ou égale à 25 mm et l'épaisseur des structures perlitiques fines du champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à une profondeur de 25 mm à partir de la surface. Le rail d'acier présente une excellente résistance à l'usure et plasticité et respecte les exigences de surcharge, communiquant un excellent potentiel. La teneur en éléments, les plages de température et l'ordre des étapes de production sont critiques pour obtenir ces caractéristiques. Le procédé de l'invention est simple et facile à mettre en œuvre et peut être obtenu au moyen de chaînes de fabrication classiques avec de simples ajustements de la température de chauffe, du temps de maintien de la température et de la température de finition.30 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Nous allons décrire l'invention ci-après en nous référant aux dessins joints, sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe complète de la répartition de la dureté Rockwell d'un rail d'acier selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe complète de la répartition de la dureté Brinell d'un rail d'acier selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique d'un mode de refroidissement d'un champignon de rail d'acier et d'un patin de rail d'acier selon un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est une représentation schématique d'un test à l'usure réalisé sur un abrasimètre M-200 selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel 1 représente un échantillon supérieur collecté à partir d'un champignon de rail d'acier et 2 représente un échantillon inférieur pour l'abrasion.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION Pour mieux illustrer l'invention, des expériences donnant des détails sur le rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance ayant une excellente résistance à l'usure et plasticité ainsi que son procédé de fabrication sont décrites ci-dessous. Il est à noter que les exemples suivants sont censés décrire et non pas limiter l'invention.
Un rail d'acier traité thermiquement à haute teneur en carbone et à haute résistance est fabriqué grâce à un refroidissement accéléré. Le rail d'acier présente une excellente résistance à l'usure et plasticité, comprenant, en poids 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,20 à 1,60 % de manganèse, 0,15 à 1,20 % de chrome, 0,01 à 0,20 % de vanadium, 0,002 à 0,050 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium, inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote, de fer et d'impuretés ne pouvant pas être éliminées. Le C est un élément qui est efficace pour accélérer la transformation perlitique et pour garantir la résistance à l'usure. En outre, c'est l'élément le plus efficace et le plus économique pour améliorer la résistance,. la dureté, et la résistance à l'usure des rails d'acier. La teneur en carbone d'un rail d'acier est exprimée en poids, c'est-à-dire, 0,80 à 1,20 %. Si la teneur est inférieure ou égale à 0,80 %, la densité des phases de cémentite dans les structures perlitiques peut être insuffisante pour améliorer la résistance à l'usure. Ainsi, la résistance à l'usure d'un tel rail d'acier ne peut pas être améliorée de manière sensible. Si la teneur en carbone dépasse 1,20 %, même si le traitement thermique est adopté, la précipitation des structures de cémentite pro-eutectoïde, depuis la surface du rail d'acier jusqu'à une profondeur de 25 mm, ne peut pas être empêchée. La ténacité et la plasticité d'un tel rail d'acier se détérioreront ou des sources de fatigue se formeront, les deux réduisant sensiblement la durée de vie du rail d'acier. Pour ces raisons, la teneur en carbone est limitée à la plage de 0,80 à 1,20 %. Le Si est un élément qui induit la formation de ferrite. Dans les structures perlitiques, le Si ne se dissout pas dans la cémentite, bien que toutes les phases se dissolvent dans la matrice de ferrite. Lors de la transformation d'austénite perlitique, au cours de la nucléation et de la propagation de la cémentite, le Si est exclu. C'est-à-dire que le Si inhibe la formation de la cémentite, favorise la génération de la ferrite et améliore la limite supérieure de la teneur en C dans un rail d'acier tout en inhibant la formation de structure de cémentite pro-eutectoïde. Le Si est un solide qui se dissout dans la phase ferrite. Les effets de renforcement en solution solide améliorent la dureté du rail. Cependant, si la teneur en Si est inférieure à 0,20 %, de tels effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur en Si dépasse 1,20 %, une grosse fraction des défauts de surface se forme au cours du procédé de laminage à chaud. Dans ce cas, le rail d'acier devient fragile, la propagation des criques s'accélère et la soudabilité de celui-ci diminue. Pour ces raisons, la teneur en Si est limitée à la plage de 0,20 à 1,20 %.
Le Mn est un élément de renforcement en solution solide qui améliore la dureté et la résistance du rail, diminue la température de transformation de la perlite et diminue l'espacement lamellaire de la perlite. Ainsi, le Mn améliore indirectement la ténacité et la plasticité des rails. En outre, il empêche la formation de la cémentite pro-eutectoïde et réagit avec le S pour donner du MnS, réduisant ainsi le dommage provoqué par le S. Cependant, si la teneur en Mn est inférieure à 0,20 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur en Mn dépasse 1,60 %, la ténacité du rail est altérée, la vitesse de refroidissement critique pour la fabrication de structures martensitiques est sensiblement réduite, et conjointement avec les effets de ségrégation de phase au cours du procédé de fabrication, des structures anormales, telles que martensitiques et bainitiques, se forment, ce qui provoque facilement la rupture du rail. Pour ces raisons, la quantité de Mn est limitée à la plage de 0,20 à 1,60 %. De même que pour le Mn, le Cr est également un élément de renforcement en solution solide qui améliore la dureté et la résistance du rail, diminue la température de transformation de la perlite et diminue l'espacement lamellaire de la perlite. En outre, le Cr remplace le Fe de la cémentite (Fe3C) pour donner une cémentite d'alliages. Ainsi, la cémentite est renforcée, améliorant ainsi la résistance à l'usure du rail en service. Si la teneur en Cr est inférieure à 0,15 %, l'amélioration de la résistance du rail n'est pas importante. Cependant, si la teneur en Cr dépasse 1,20 %, la vitesse de refroidissement critique pour la fabrication de structures martensitiques diminue sensiblement et, ainsi, des structures anormales, telles que martensitiques et bainitiques, se forment, ce qui provoque facilement la rupture du rail. Pour ces raisons, la quantité de Cr est limitée à la plage de 0,15 à 1,20 %.
Le V est un élément de renforcement par précipitation qui améliore la dureté et la résistance du rail par réaction avec C et N lors du procédé de refroidissement du rail laminé à chaud pour donner un précipité V (C.N) X. Lors de la chauffe et du soudage du rail, le V empêche la propagation des grains d'austénite et affine les grains de telle manière que la résistance, la ductilité, la ténacité et la résistance à l'usure du rail sont sensiblement améliorées. Lors de la transformation de l'austénite perlitique, V(C.N)X précipite d'abord, de telle sorte que la teneur en carbone de l'austénite diminue, accélérant ainsi la formation de ferrite à faible teneur en carbone. Lorsque le V se lie au Si, la formation de cémentite est sensiblement inhibée. En particulier, une haute teneur en carbone empêche la précipitation de la cémentite pro-eutectoïde nuisible. Cependant, si la teneur en V est inférieure à 0,01 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,20 %, l'effet est saturé. Pour ces raisons, la quantité de V est limitée à la plage de 0, 01 à 0,20 %. Le Ti est un élément de renforcement par précipitation qui se lie au C et au N pour produire un précipité qui réduit les dommages au rail provoqués par le N libre. Le précipité présente un point de fusion élevé et précipite au cours du procédé de refroidissement de l'acier liquide et du laminage à chaud des structures austénitiques, de telle sorte que la propagation des grains d'austénite soit inhibée et que les grains soient fins. L'affinement des grains au cours du procédé de soudage à chaud améliore sensiblement la ténacité des joints soudés. Cependant, si la teneur en Ti est inférieure à 0,002 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,050 %, les effets sont saturés. Pour ces raisons, la quantité de Ti est limitée à la plage de 0,002 à 0,050 %. Le P est un élément qui non seulement renforce la ferrite, améliore la dureté des structures perlitiques et améliore la résistance à la corrosion atmosphérique du rail d'acier, mais améliore aussi la température de transition de fragilité à basse température et accélère la génération de la cémentite pro-eutectoïde. Ainsi, le P réduit sensiblement les propriétés d'impact à basse température du rail et accroît la teneur en cémentite pro-eutectoïde. Pour ces raisons, la teneur en P est limitée à 0,030 % ou moins. Le S est un élément qui provoque facilement la ségrégation de phase et se lie principalement au Mn pour donner du MnS. Si la teneur en S dépasse 0,030 %, la ségrégation de phase du Mn est sensiblement améliorée, accélérant ainsi la formation de la cémentite pro-eutectoïde et réduisant la ténacité et la plasticité du rail. Pour ces raisons, la teneur en S est limitée à 0,030 % ou moins. L'Al est un élément qui inhibe la formation de la cémentite pro-eutectoïde. En outre, il réagit avec l'oxygène pour donner de l'Al2O3r ce qui provoque une inclusion dure et évolue généralement en une source de fatigue. Pour améliorer les propriétés de fatigue du rail et réduire la teneur en inclusions dures, la teneur en l'Al doit être strictement contrôlée. Pour ces raisons, la teneur en Al est limitée à 0,010 % ou moins. Le N est mauvais pour les propriétés du rail et les dommages augmentent lorsque la teneur en carbone s'accroît. Ainsi, plus la teneur en N est faible, plus les propriétés du rail sont bonnes. Le N provient principalement d'alliages ou du dopage de l'air au cours du procédé de fabrication du rail. Pour des rails hypereutectoïdes à haute teneur en carbone, la teneur en N est contrôlée à 0,0100 % ou moins. Pour réduire les dommages provoqués par le N, du Ti est introduit. Si la teneur en azote est inférieure ou égale à 0,0070 %, la teneur en ti est comprise entre 0,002 % et 0,020 % ; si la teneur en N dépasse 0,0070 % et est inférieure ou égale à 0,010 %, la teneur en Ti est comprise entre 0,010 % et 0,050 %. De préférence, le rail d'acier comprend, en poids, 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,40 à 1,20 % de manganèse, 0,15 à 0,60 % de chrome, 0, Ol à 0,15 % de vanadium, 0,002 à 0,030 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium, inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote, de fer et d'impuretés. En outre, le rail d'acier comprend, en poids, 0,01 à 0,50 % de molybdène, 0,002 à 0,050 % de niobium, 0,10 à 1,00 % de nickel, 0,05 à 0,50 % de cuivre, 0,002 à 0,050 % de métal des terres rares, 0,0001 à 0,1000 % de zirconium ou un mélange de ceux-ci.
Le Mo est un élément qui fait baisser la température de transformation de la perlite et réduit l'espacement lamellaire de la perlite. Ainsi, le Mo améliore la dureté, la résistance et la résistance à l'usure du rail. Cependant, si la teneur en Mo est inférieure à 0,01 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,50 %, la vitesse de refroidissement critique pour fabriquer des structures martensitiques est sensiblement réduite et des structures martensitiques nuisibles se forment. Pour ces raisons, la quantité de Mo est limitée à la plage de 0,01 à 0,50 %. De même que le V, le Nb forme facilement un carbonitrure de celui-ci et, ainsi, affine les grains d'austénite. Contrairement au V, le Nb empêche la propagation des grains d'austénite à des températures beaucoup plus élevées, améliorant ainsi la ductilité, la ténacité et la résistance à l'usure du rail. Lors de la chauffe et du soudage du rail, le V empêche en outre la propagation des grains d'austénite et affine les grains de telle sorte que la résistance, la ductilité, la ténacité et la résistance à l'usure du rail puissent être sensiblement améliorées. Cependant, si la teneur en Nb est inférieure à 0,002 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,050 %, les effets sont saturés. Pour ces raisons, la quantité de Nb est limitée à la plage de 0,002 à 0,050 %. Le Ni est un solide qui se dissout dans le rail et améliore la dureté, la résistance et la ténacité du rail, en particulier la ténacité aux basses températures. Ainsi, la résistance à l'usure du rail et la ténacité aux basses températures des joints soudés sont améliorées. Cependant, si la teneur en Ni est inférieure à 0,10 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 1,00 %, les effets sont saturés. Pour ces raisons, la quantité de Ni est limitée à la plage de 0,10 à 1,00 %. Le Cu est un élément qui améliore la résistance à la corrosion, la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure du rail. Cependant, si la teneur en Cu est inférieure à 0,05 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,50 %, les effets sont saturés et, lors d'une chauffe incorrecte, une fragilisation du cuivre apparaît. Pour ces raisons, la teneur en Cu est limitée à la plage de 0,05 à 0,50 %.
Le métal des terres rares (Re) purifie les rails et améliore la résistance à l'usure et à la corrosion de ceux-ci. En outre, le Re empêche l'accumulation d'hydrogène et la génération de criques provoquées par l'hydrogène (points blancs). L'ajout de Re altère la répartition des impuretés, réduit les dommages provoqués par le S, l'As, le Sb, etc. et améliore les propriétés de fatigue du rail. Cependant, si la teneur en Re est inférieure à 0,002 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,050 %, la teneur en impuretés est élevée et ainsi, les propriétés du rail se détériorent. Pour ces raisons, la teneur en Re est limitée à la plage de 0,002 à 0,050 %. L'oxyde de zirconium (ZrO2) forme facilement un point de nucléation au début des étapes de solidification de l'acier à haute teneur en carbone. Il améliore la surface du grain équiaxe du bloom et réduit la ségrégation de phase des éléments au centre de ceux-ci. En outre, le ZrO2 empêche la formation des structures cémentite pro-eutectoïde. Cependant, si la teneur en zr est inférieure à 0,0001 %, ces effets ne sont pas attendus. D'autre part, si la teneur dépasse 0,1000 %, un nombre important d'impuretés brutes se forment, qui de même que pour l'Al2O3r évoluent généralement en sources de fatigue et réduisent la durée de vie du rail. Pour ces raisons, la quantité de Zr est limitée à la plage de 0,0001 à 0,1000 %. Des études montrent que si le pourcentage en poids total de Cr + 1,5 Mn + 6 Mo + 4 Nb est inférieur à 1,0 %, les effets de renforcement ne sont pas bons et la dureté du rail d'acier résultant n'est pas élevée.
Si le pourcentage en poids total de Cr + 1,5 Mn + 6 Mo + 4 Nb dépasse 2,5 %, la vitesse de refroidissement critique pour fabriquer des structures martensitiques diminue sensiblement et la quantité des structures cémentite pro-eutectoïde augmente. Ainsi, lors du traitement thermique, des structures martensitiques et bainitiques se forment et la génération de structures cémentite pro-eutectoïde ne peut pas être absolument empêchée par une épaisseur ultérieure à une profondeur de 25 mm de la surface. Les propriétés d'endurance et de fatigue du rail sont ainsi sensiblement réduites. Pour ces raisons, la quantité de Cr + 1,5 Mn + 6 Mo + 4 Nb est limitée à la plage de 1,0 à 2,5 % en poids. Pour empêcher la ségrégation de phase du Mn et du Cr et la formation de martensite, qui est nuisible au rail, une teneur en Si supérieure à 0,20 % est ajoutée.
Ce qui suit explique les raisons pour lesquelles les rails d'acier sont traités selon le. procédé de l'invention. 1. Raisons pour limiter la température de chauffe maximale. Les rails hypereutectoïdes ont une haute teneur en carbone, une température de fusion basse et une conductivité thermique lente. Lorsque les rails hypereutectoïdes sont chauffés à une vitesse d'élévation de température et une température de chauffe maximale appropriée pour les rails communs, les régions de ségrégation de phase de la structure de solidification de la surface du rail fondent partiellement, et les criques se propagent au cours du procédé de laminage et de dressage, provoquant ainsi des ruptures des rails. Les statistiques montrent qu'une teneur en carbone plus élevée et des températures de chauffe plus élevées facilitent la formation de criques et que l'acier laminé comprend de gros grains d'austénite qui réduisent la ténacité et la plasticité des rails. Ainsi, la teneur en carbone et la température de chauffe maximale doivent être strictement contrôlées. Des études ont identifié la relation entre la température de chauffe maximale nécessaire pour fondre un bloom et la teneur en carbone de celui-ci. Cette relation peut être représentée par la formule suivante : Tmax = 1 400 - 100[%C]. La teneur en carbone représente la teneur en carbone d'un bloom et est calculée en poids. [%C] représente la teneur en carbone (% en poids) du bloom et est multipliée par 100, c'est-à-dire que, si la teneur en carbone est m % (où m représente la fraction numérique, en poids, du carbone), Tmax = 1 400 - 100 x m. Par exemple, si la teneur en carbone est de 0,9 %, la température de chauffe Tmax = 1 400 - 100 x 0,9 = 1 310 °C. Le contrôle de la température de chauffe maximale en fonction de la teneur en carbone du bloom du rail empêche les rails hypereutectoïdes de fondre, les rails ne forment pas de criques et les grains d'austénite sont fins. Ces propriétés améliorent la ténacité et la plasticité du rail.
2. Raisons pour limiter le temps de maintien à la température de chauffe.
Par rapport aux rails communs d'une teneur en carbone de 0,80 %, les rails hypereutectoïdes ont une teneur en carbone élevée et, ainsi, une endurance et une plasticité faibles. Par conséquent, la sécurité des rails en service peut être améliorée en améliorant la ténacité et la plasticité des rails hypereutectoïdes. Pour un rail comprenant certaines compositions, un bon procédé pour améliorer la ténacité et la plasticité consiste à réduire la taille des grains d'austénite du rail de finition. La diminution de la température de chauffe et du temps de maintien de celle-ci lors de la chauffe du bloom réduit la taille initiale du grain d'austénite avant laminage, réduisant en outre ainsi la taille du grain d'austénite du rail de finition. La diminution du temps de chauffe réduit l'épaisseur de la couche de décarburation sur la surface du rail, accroissant ainsi les propriétés de résistance à l'usure et de fatigue du rail. Des études montrent qu'à des températures de chauffe dépassant 1 050 °C, la relation entre le temps de maintien maximal d'une température de chauffe et la teneur en carbone peut être représentée par la formule suivante : Hmax = 700 - 260[%C]. [%C] représente la teneur en carbone (% en poids) du bloom, qui est multipliée par 100, c'est-à-dire que, lorsque la teneur en carbone est m % (où m représente la fraction numérique, en poids, du carbone), Hmax = 700 - 260 x m. Par exemple, si la teneur en carbone est de 0,9 %, le temps de maintien Hmax = 700 - 260 x 0,9 = 466 min. La formule ne détermine pas un temps minimal. Pour garantir une température de section uniforme et un laminage régulier du bloom d'acier hypereutectoïde, le temps de chauffe à des températures dépassant 1 050 °C dépasse généralement 120 min.
3. Raisons pour limiter la déformation du laminage de 20 finition et la température de finition Outre la température de chauffe et du temps d'incubation, la déformation du laminage de finition et la température de finition influencent les structures austénitiques. Si la réduction finale de la surface est 25 inférieure à 5 %, les structures austénitiques ne peuvent pas être recristallisées, la taille du grain d'austénite est difficile à réduire et les structures perlitiques résultantes sont brutes et importantes. Si la réduction de la surface du rail de finition dépasse 30 13 %, les déformations importantes empêchent la détermination de la précision dimensionnelle de la section de rail. Ainsi, pour réduire la taille du grain d'austénite, améliorer la ténacité et la plasticité et garantir la précision dimensionnelle de la section de rail, la réduction finale de la surface doit être contrôlée comme étant comprise entre 5 et 13 Une température de finition du rail inférieure à 850 °C est propice à la formation de grains d'austénite fins. Cependant, lors du laminage, la résistance à la déformation et l'usure du rouleau augmentent et des criques apparaissent dans le patin de rail. Si la température de finition dépasse 980 °C, les structures austénitiques du rail de finition sont brutes et importantes. Les structures perlitiques résultantes sont également importantes, ce qui réduit la ténacité et la plasticité du rail. Ainsi, la température de finition du rail hypereutectoïde doit être contrôlée comme étant comprise entre 850 et 980 °C.
4. Raisons pour limiter le procédé de traitement 20 thermique. Pour les rails hypereutectoïdes à chaleur résiduelle, la température de transformation des structures austénitiques en structures perlitiques dans des conditions de refroidissement à l'air est d'environ 25 650 °C. Cependant, la température de précipitation des structures cémentite pro-eutectoïde est de 680 °C. Ainsi, si la température avant le refroidissement accéléré est inférieure à 680 °C, la cémentite pro- eutectoïde précipite sur la surface du rail et, ainsi 30 la cémentite pro-eutectoïde peut être présente à la surface du rail à une profondeur de 25 mm. Si la température dépasse 900 °C, la température finale après refroidissement est encore élevée et, ainsi, le noyau du champignon de rail ne subit pas de transition de phase ou la transition est incomplète. Par conséquent, l'espacement lamellaire de la perlite résultant lors du refroidissement à l'air est important et une grande quantité de la cémentite pro-eutectoïde précipite. Ainsi, l'épaisseur de la couche durcie du rail diminue et la cémentite pro-eutectoïde peut être présente à partir de la surface du rail jusqu'à une profondeur de 25 mm. Pour ces raisons, la température avant le refroidissement accéléré doit être régulée entre 680 et 900 °c. Le refroidissement accéléré des rails avec une température résiduelle de 680 à 900 °C accroît le degré de la surfusion lors de la transformation des structures austénitiques en structures perlitiques. Ainsi, les structures perlitiques obtenues présentent un petit espacement lamellaire, le précipité de la cémentite pro-eutectoïde est inhibé et les rails ont une résistance et dureté élevées. Si la vitesse de refroidissement est inférieure à 1,5 °C/s, le rail a une faible résistance, il n'est pas garanti que la résistance à la traction soit supérieure ou égale à 1 330 MPa et la cémentite pro-eutectoïde peut précipiter depuis la surface du rail jusqu'à une profondeur de 25 mm. Si la vitesse de refroidissement dépasse 10 °C/s, la résistance du rail ne peut pas être davantage améliorée et les structures martensitiques et bainitiques sont présentes au niveau des régions de ségrégation et au niveau de la surface. Pour ces raisons, la vitesse de refroidissement accélérée est régulée à 1,5-10 °C/s et le refroidissement se termine à 400-500 °C. En outre, des études montrent que l'accroissement de la teneur en carbone du rail améliore la vitesse de refroidissement accélérée. Si la teneur en carbone est inférieure à 0,88 % et est refroidie à une vitesse de refroidissement de 1,5 °C/s, aucune cémentite pro-eutectoïde ne précipite. Si la teneur en carbone dépasse 1,00 %, la vitesse de refroidissement doit dépasser 3,0 °C/s de telle sorte qu'aucune cémentite pro-eutectoïde ne précipite de la surface du rail jusqu'à une profondeur de 25 mm. Les effets de refroidissement sont obtenus par pulvérisation et au moyen d'air comprimé comme agent réfrigérant en régulant le rapport et le débit de l'air hydraté. En service, les rails supportent les essieux montés et fléchissent de manière élastique. Le champignon de rail et le patin de rail sont les composants subissant une contrainte maximale et l'âme du rail forme un composant neutre qui supporte de faibles contraintes. Si le champignon de rail est refroidi alors que le patin ne l'est pas, une grande quantité de cémentite pro-eutectoïde précipite à partir du patin, réduisant ainsi les propriétés de fatigue du patin. Le refroidissement de l'âme du rail n'a pas d'effet flagrant sur la performance du système de rail. Ainsi, le champignon et le patin de rail doivent être refroidis pour améliorer les propriétés du rail.
Exemple Un rail d'acier est fabriqué conformément aux compositions chimiques décrites dans le tableau 1 et le procédé décrit dans le tableau 2. Les rails d'acier de l'invention sont numérotés de 1 à 13 et ceux utilisés 5 pour comparaison sont numérotés de 14 à 15.
Tableau 1 Rail N° Compositions (8 en poids) d'acier Cr + Autres 1,5 Mn C Si Mn P S Cr V Al N Ti éléments + 6 Mn + 4 Nb 1 0,80 0,53 0,60 0,013 0,006 0,17 0,03 0,005 0,0050 0,007 1,07 2 0,83 0,61 1,20 0,015 0,008 0,58 0,06 0,005 0,0051 0,005 2,38 3 0,88 0,78 0,95 0,014 0,026 0,35 0,04 0,007 0,0063 0,009 Mo : 2,08 0,05 4 0,91 1,10 1,10 0,008 0,006 0,22 0,02 0,004 0,0073 0,015 Nb : 1,91 0,008 0,93 0,63 0,82 0,018 0,012 0,42 0,05 0,005 0,0065 0,011 1,65 6 0,97 0,93 0,77 0,010 0,014 0,39 0,08 0,006 0,0088 0,018 Cu : 1,55 0,23 Ni : 0,09 7 0,98 0,45 0,45 0,017 0,016 0,41 0,03 0,009 0,0095 0,022 Re : 1,09 0,021 Rail 8 1,03 0,32 0,61 0,025 0,004 0,30 0,10 0,008 0,0081 0,014 1,22 d'acier 9 1,05 0,56 0,75 0,010 0,011 0,25 0,04 0,004 0,0085 0,016 Zr : 1,38 de 0,0050 1'inven- 10 1,09 0,39 0,67 0,013 0,010 0,17 0,07 0,005 0,0083 0,015 1,18 tion 11 1,13 0,47 0,81 0,009 0,003 0,23 0,05 0,004 0,0089 0,013 1,45 12 1,17 0,51 0,63 0,006 0,005 0,22 0,02 0,006 0,0089 0,016 1,17 13 1,19 0,53 0,68 0,011 0,012 0,20 0,04 0,004 0,0098 0,021 1,22 Rails 14 0,71 0,26 1,29 0,019 0,016 - - - - - 1,94 d'acier de 15 0,95 0,55 0,98 0,011 0,008 0,23 - - - - 1,70 compa- raison Tableau 2 Rails N° Conditions de chauffe et de laminage Vitesse de Température de d'acier refroidissement des refroidissement champignons de rail de finition (°C) (°C/S) Rails 1 Température de chauffe maximale : 1 270 °C ; d'acier de Temps de maintien : 170 min 1,5 500 l'invention Température de finition : 930 °C ; Réduction de finition de surface 8 8 2 Température de chauffe maximale : 1 310 °C ; Temps de maintien : 160 min 2,7 450 Température de finition : 950 °C ; Réduction de finition de surface : 9 8 3 Température de chauffe maximale : 1 300 °C Temps de maintien 210 min 3,1 440 Température de finition 970 °C Réduction de finition de surface : 7 % 4 Température de chauffe maximale : 1 290 °C Temps de maintien 180 min Température de finition : 930 °C 4,2 490 Réduction de finition de surface 9 8 Température de chauffe maximale 1 290 °C Temps de maintien 130 min Température de finition 910 °C ; 6,3 460 Réduction de finition de surface 6 8 6 Température de chauffe maximale 1 280 °C Temps de maintien : 410 min Température de finition : 940 °C 6,5 430 Réduction de finition de surface 12 8 7 Température de chauffe maximale : 1 280 °C Temps de maintien : 280 min Température de finition : 930 °C ; 7,4 420 Réduction de finition de surface : 11 6 8 Température de chauffe maximale : 1 270 °C Temps de maintien 320 min Température de finition : 940 °C 5,6 450 Réduction de finition de surface : 13 % 9 Température de chauffe maximale 1 270 °C Temps de maintien 230 min Température de finition 900 'C 5,4 490 Réduction de finition de surface : 10 5 Température de chauffe maximale 1 260 °C Temps de maintien : 200 min Température de finition : 890 °C 2,7 470 Réduction de finition de surface 11 % 11 Température de chauffe maximale : 1 260 °C Temps de maintien : 330 min Température de finition : 900 °C 3,1 460 Réduction de finition de surface 8 % 12 Température de chauffe maximale : 1 250 °C Temps de maintien : 260 min Température de finition : 890 °C 4,2 480 Réduction de finition de surface 8 % 13 Température de chauffe maximale : 1 250 'C Temps de maintien : 250 min 6,3 480 Température de finition : 870 °C Réduction de finition de surface : 8 9 14 Température de chauffe maximale 1 300 °C Laminage à chaud Temps de maintien : 150 min Température de finition : 920 °C Réduction de finition de surface : 8 8 Rails 15 Température de chauffe maximale 1 280 °C d'acier de Temps de maintien : 230 min comparaison Température de finition : 1 000 °C ; 0,9 480 Réduction de finition de surface : 8 % La figure 1 montre une vue en coupe complète de la répartition de la dureté Rockwell du rail d'acier n° 5.
La figure 2 montre une vue en coupe complète de la répartition de la dureté Brinell du rail d'acier n° 5. La figure 3 montre un mode de refroidissement du champignon et du patin du rail d'acier.
La figure 4 est une représentation schématique d'un test d'usure réalisé sur un abrasimètre M-200, dans lequel 1 indique un échantillon supérieur collecté à partir du champignon du rail d'acier et 2 représente un échantillon inférieur pour l'essai d'abrasion. Les échantillons inférieurs dans tous les essais sont composés des mêmes matériaux. Les paramètres d'essai sont les suivants : Dimension échantillon : épaisseur, 10 mm ; diamètre, 36 mm ; rond.
Charge d'essai : 150 kg. Glissement : 10 %. Matériau de l'échantillon inférieur pour abrasion : rail laminé à chaud U75V d'une dureté de 280 à 310 HB, qui est équivalente à celle d'un essieu monté.
Environnement d'essai : à l'air. Vitesse de rotation : 200 trs/min. Nombre total d'usures : 200 000. Après les essais, pour chaque rail, la taille du grain d'austénite finale (pm), la résistance à la traction (MPa), le pourcentage d'allongement (%), la dureté (HB) de la surface du champignon de rail, la dureté (HRC) de l'angle arrondi supérieur (3 mm) du champignon de rail, l'épaisseur (mm) de la couche de décarburation, la perte d'abrasion (g/200 000 fois) et les structures ont été mesurées. Les résultats sont répertoriés dans les tableaux 3 et 4.
Tableau 3 Rails N° Taille du Résistance Pourcentage Dureté de la Dureté d'un Epaisseur Perte d'acier grain à la d'allongement surface du angle de la d'abrasion d'austénite traction (8) champignon de arrondi couche de (g/200 000 finale (pm) (MPa) rail (HE) supérieur décarbu- fois) (3 mm) du ration champignon (mm) de rail (HRC) 50 1 340 14 381 38,0 0,20 2,63 2 55 1 370 13 390 39,5 0,35 1,54 3 45 1 380 12 395 40,0 0,25 1,21 4 35 1 400 11,5 406 40,5 0,20 1,05 30 1 420 11 412 41,0 0,20 1,03 Rails 6 40 1 430 11 417 41,5 0,40 0,94 d'acier 7 35 1 430 10,5 415 41,5 0,35 0,98 de 8 35 1 440 10,5 420 42,0 0,35 0,87 l'inven- 9 30 1 440 10,5 426 42,5 0,25 0,81 tion 10 25 1 400 10,5 404 41,5 0,15 0,95 11 30 1 420 10,0 415 41,5 0,25 0,91 12 30 1 450 9,5 426 42,5 0,20 0,76 13 30 1 470 9,5 432 43,0 0,25 0,69 Rails 14 65 970 13 270 27,0 0,25 5,78 d'acier pour 15 70 1 290 8 373 37,0 0,30 2,87 comparai- son Tableau 4 Rails d'acier N° Structures Rails d'acier 1 Champignon de rail : structures perlitiques pures de l'invention Patin de rail : structures perlitiques pures 2 Champignon de rail : structures perlitiques pures Patin de rail : structures perlitiques pures 3 Champignon de rail : structures perlitiques pures Patin de rail : structures perlitiques pures 4 Champignon de rail : structures perlitiques pures Patin de rail : structures perlitiques pures 5 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 30 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlitiques pures 6 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 30 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoYde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits 7 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 28 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits 27 8 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 27 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoYde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits 9 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectolde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectolde sont réparties à d'autres endroits 10 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoYde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoYde sont réparties à d'autres endroits - 11 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoYde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits 12 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 30 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits 13 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 25 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectolde sont réparties à d'autres endroits Rails d'acier 14 Champignon de rail : structures perlitiques pures pour Patin de rail : structures perlitiques pures comparaison 15 Champignon de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 10 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Patin de rail : structures perlite depuis la surface jusqu'à une profondeur de 10 mm, et des quantités infimes de structures cémentite pro-eutectoïde sont réparties à d'autres endroits Comme indiqué dans les tableaux 3 et 4, pour les rails de l'invention, la résistance à la traction du champignon de rail est supérieure ou égale à 1 330 MPa, le pourcentage d'allongement est supérieur ou égal à 9 la dureté du champignon de rail est supérieure ou égale à 380 HB, l'épaisseur de la couche durcie dépasse 25 mm et les structures perlitiques pures sont réparties au moins depuis la surface du champignon de rail jusqu'à une profondeur de 25 mm. Le rail présente une résistance à l'usure et une plasticité excellentes et est conforme aux exigences de surcharge. Bien que des modes de réalisation particuliers de l'invention aient été indiqués et décrits, il sera évident pour l'homme du métier que des changements et modifications peuvent être apportés sans s'écarter de l'invention au sens le plus large et par conséquent, l'objet des revendications annexées est de traiter tous ces changements et toutes ces modifications dans le cadre de la portée et de l'esprit exacts de l'invention.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Rail d'acier comprenant en poids, 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,20 à 1,60 % de manganèse, 0,15 à 1,20 % de chrome, 0,01 à 0,20 % de vanadium, 0,002 à 0,050 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium et inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote.
- 2. Rail d'acier selon la revendication 1, comprenant, en poids, 0,80 à 1,20 % de carbone, 0,20 à 1,20 % de silicium, 0,40 à 1,20 % de manganèse, 0,15 à 0,60 % de chrome, 0,01 à 0,15 % de vanadium, 0,002 à 0,030 % de titane, une quantité inférieure ou égale à 0,030 % de phosphore, inférieure ou égale à 0,030 % de soufre, inférieure ou égale à 0,010 % d'aluminium et inférieure ou égale à 0,0100 % d'azote.
- 3. Rail d'acier selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre, en poids, 0,01 à 0,50 % de molybdène, 0,002 à 0,050 % de niobium, 0,10 à 1,00 % de nickel, 0,05 à 0,50 % de cuivre et 0,002 à 0,050 % de rhénium, 0,0001 à 0,1000 % de zirconium ou un mélange de ceux-ci.
- 4. Rail d'acier selon la revendication 3, dans lequel un pourcentage total en poids de chrome + 1,5 manganèse + 6 molybdène + 4 niobium dans ledit rail d'acier est de 1,0 à 2,5 %.
- 5. Rail d'acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une teneur en azote dudit rail d'acier est inférieure ou égale à 0,0070 %,une teneur en titane est de 0,002 à 0,020 % ; lorsque ladite teneur en azote dudit rail d'acier dépasse 0,0070 % mais est inférieure ou égale à 0,010 %, ladite teneur en titane est de 0,010 à 0,050 %.
- 6. Rail d'acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel une résistance à la traction du champignon du rail d'acier est supérieure ou égale à 1 330 MPa et une dureté de celui-ci est supérieure ou égale à 380 HB.
- 7. Rail d'acier selon la revendication 6, dans lequel un pourcentage d'allongement dudit champignon de rail d'acier est supérieur ou égal à 9 %, une profondeur d'une couche durcie est supérieure ou égale à 25 mm et une épaisseur des structures perlitiques fines dudit champignon de rail d'acier est supérieure ou égale à 25 mm depuis la surface.
- 8. Procédé de fabrication d'un rail d'acier selon la revendication 1, consistant à chauffer un bloom à une température de chauffe, à effectuer un laminage à passes multiples et un refroidissement accéléré, dans lequel une température de chauffe maximale Tmax dudit bloom, exprimé en degré celcius équivaut à Tmax= 1 400-100*[%C], dans lequel [%C] représente la teneur en carbone (% en poids) dudit bloom multipliée par 100.
- 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la température de chauffe est supérieure ou égale à 1 050 °C et un temps de maintien maximal Hmax, exprimé en minutes équivaut à Hmax=700-260*[%C], dans lequel [%C] représente la teneur en carbone dudit bloom multipliée par 100.
- 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel dans le procédé de laminage à passes multiples, une réduction de la surface de la passe finale est de 5 à 13 % et une température de finition est de 850 à 980 °C.
- 11. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la température de chauffe résiduelle du rail d'acier laminé à chaud est de 680 à 900 °C et lors du refroidissement, un champignon de rail et un patin de rail sont refroidis par pulvérisation ou à l'air comprimé, à une température de 400-500 °C avec une vitesse de refroidissement de 1,5 à 10 °C/s, et puis refroidis à l'air ambiant.
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