Influence de la propreté inclusionnaire sur le tréfilage de fins filaments d’acier hypereutectoïde

Influence of steel cleanliness on the wire drawing of hypereutectoid steel fine filaments

• Auteur / Autrice : Julie Godon
• Direction : Jean-Bernard Vogt, Jérémie Bouquerel, Pascal Antoine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 21/01/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique

Analyse EBSD

Tréfilage

Microstructure (physique)

Rupture

Fil d'acier

Inclusions

Teneur en carbone

Acier perlitique

Mots clés libres

Spectroscopie d’émission optique à étincelles

Déformation sévère

Severe deformation

Résumé

La fabrication de très fins filaments (60 µm de diamètre) d’aciers à haute teneur en carbone et à haute résistancereste un défi technologique. En effet, durant le tréfilage de ces filaments, des ruptures ont été observées limitantainsi l’obtention de bobines de grande longueur. Le but de cette étude en partenariat avec la société BEKAERTNV est de comprendre le rôle de la microstructure de l’acier, et plus précisément la propreté inclusionnaire, surl’occurrence des ruptures lors du tréfilage humide.Il est clairement montré que la rupture lors du tréfilage est essentiellement associée à la présence d’inclusions.Ainsi, une première étape a consisté à développer une méthodologie pour identifier ces inclusions. 90% desfilaments rompus impliquent les inclusions suivantes : SiO2, ou SiO2-CaO ou SiO2-MgO. La rupture des fils résultede la décohésion de l'inclusion de la matrice. Les inclusions présentent une large distribution de taille maismesurent en moyenne 6 µm. Les paramètres critiques liés aux inclusions pour l’occurrence de la rupture sontmultiples : densité d'inclusions, taille et composition chimique. La taille critique de l’inclusion dépend de lacomposition chimique. De plus, les paramètres du procédé de tréfilage jouent également un rôle important dansl’occurrence des ruptures. Les propriétés mécaniques du fil et l’angle de filière apparaissent comme des paramètresimportants pour réduire le taux de rupture.Une analyse plus approfondie des changements microstructuraux autour de l'inclusion par EBSD et la modélisationsoulignent un impact réel de l'inclusion sur la déformation locale autour de l'inclusion. L'analyse locale (MET etACOM - Automated Crystal Orientation Mapping) de l'interface inclusion/matrice montre une différence demicrostructure près du bord de l'inclusion le long de l'axe de tréfilage et une déformation locale plus élevée.L’étude de ces différents paramètres permet la proposition d’un mécanisme de rupture qui prend en compte dansle fil la part de matière cisaillée et la part de matière soumise à de la traction.

The production of very fine filaments (60 µm in diameter) of high carbon and high strength steels remains atechnological challenge. Indeed, during the drawing of these filaments, fractures have been observed limiting theobtaining of coils of great length. This study, in collaboration with company BEKAERT NV, is to understand therole of the microstructure of steel, and more specifically the steel cleanliness on the occurrence of fracture duringwet drawing.Methodologies for inclusion identification and for inclusion count were developed. 90 % of the fractured filamentswere associated with an inclusion which was SiO2, or SiO2-CaO or SiO2-MgO. The fracture of the wires resultedfrom debonding of the inclusion from the matrix. Inclusions exhibited a wide range of sizes but mostly around6µm. The inclusion density did not appear as the only parameter that affects the fracture occurrence. An importanteffect of size and of chemical composition inclusion of the inclusions was found. A critical size of inclusions forfracture was observed but it depends on the chemical composition of inclusions. The drawing parameters also playan important role in the fracture occurrence. The wire mechanical properties and the die angle appears to beimportant parameters in view to reduce the fracture ratio.A deeper analysis of the microstructural changes around the inclusion by EBSD and modelling underlines a realimpact of the inclusion on the local deformation around the inclusion. The local analysis (TEM and ACOM -Automated Crystal Orientation Mapping) of inclusion/matrix interface shows a difference of microstructure at theinclusion edge along the drawing axis and a higher local deformation. The study of these different parametersmakes possible to propose a fracture mechanism that takes into account the part of the material subjected to shearand the one subjected to tensile stress.