Risultato di quasi 30 anni di produzione e ricerca di binari trattati termicamente, il future delle rotaie è stato definito con le rotaie trattate termicamente Stress-Free di Tata Steel. Le rotaie prodotte utilizzando il processo di trattamento termico unico dell’azienda permettono agli operatori di ottenere una durata fino a cinque volte più lunga rispetto a quella ottenibile utilizzando rotaie standard non trattate termicamente. In più, l’apertura di un nuovo impianto Tata Steel, in grado di produrre rotaie trattate termicamente Stress-Free in lunghezze fino a 108m, significa una maggiore produttività e affidabilità per i clienti.
Le rotaie standard sono prodotte tramite riscaldamento in forno e laminazione a temperature del caldo rosso. Sono richieste diverse fasi di laminazione prima che le rotaie vengano finalmente raffreddate e allineate per ottenere la precisione richiesta dalle moderne ferrovie. Il risultato dei processi di raffreddamento e allineamento è un elevato stress residuo all’interno delle rotaie.
L’area della rotaia che presenta la maggiore tensione è la base del piede. Ogni elemento che aumenta lo stress nel materiale, come un danneggiamento o la corrosione, viene esacerbato dal carico dinamico del transito dei treni e dalla tensione nelle rotaie necessaria per prevenire l’instabilità. La conseguenza è che si possono formare e propagare fratture, che alla fine portano alla rottura delle rotaie. A causa degli elevati stress residui nelle rotaie convenzionali, è sufficiente un difetto relativamente piccolo per formare una frattura.
Negli ultimi anni sono state eseguite molte ricerche sui meccanismi di rottura delle rotaie e sulle tecniche di ispezione, ma esse si cono concentrate prevalentemente sulla parte di ‘testa’ della rotaia. Non è possibile rilevare le fratture per fatica del piede utilizzando le metodologie correnti e, poiché le fratture per stress residuo tipicamente emanano dal piede della rotaia, esse riescono spesso a propagarsi senza essere notate. Questa situazione ha portato Tata Steel ad affrontare il problema sviluppando rotaie con un minore stress sul piede.
Il processo di trattamento termico brevettato di Tata Steel vede la rotaia spostarsi attraverso una serie di forni a induzione dove un campo elettromagnetico alternato riscalda la rotaia molto rapidamente fino a circa 950°C. Mediante aria compressa, la rotaia viene quindi raffreddata rapidamente, permettendo di ottenere un’elevata durezza con una microstruttura a grana molto fine che offre un valore di elongazione eccezionalmente elevato. Un attributo unico di questo processo è che produce una distribuzione benefica dello stress residuo con bassissimi stress di trazione o anche di compressione nel piede della rotaia. Ciò la protegge contro il rischio di rottura della rotaia dai difetti del piede rispetto ad altri processi di trattamento termico in-linea, riducendo in tal modo la velocità di degradazione della rotaia.
Le rotaie Stress-Free Tata Steel contengono stress residui nel piede minori di 50 MPa – in effetti, essi sono spesso compressivi, cosa che è benefica per le prestazioni perché aiutano a chiudere (o a comprimere) le potenziali fratture, impedendo loro di crescere ulteriormente.
Questa innovazione di processo, prima nella sua classe, di Tata Steel è stata estesa a un’intera famiglia di rotaie trattate termicamente per soddisfare varie specifiche in uso nelle reti ferroviarie di tutto il mondo. Prodotti come la SF350 (Stress-Free, durezza 350 HB), per esempio, stanno vedendo un successo crescente in Europa, dove la loro maggiore resistenza all’usura offre una durata fino a cinque volte superiore a quella delle rotaie non trattate termicamente.
