Caractérisation et modélisation des évolutions microstructurales et des propriétés mécaniques durant le traitement thermique d'aciers Dual-Phase

Characterization and modelling of microstructural evolutions and mechanical properties during the thermal treatments of Dual-Phase steels

• Auteur / Autrice : Alexandre Mathevon
• Direction : Damien Fabrègue, Véronique Massardier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de matériaux
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Sybrand Van der Zwaag
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Fabrègue, Véronique Massardier, Sybrand Van der Zwaag, Pascal Jacques, Hatem Zurob, Arnaud Ollagnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Jacques, Hatem Zurob

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallisation

Acier -- Traitement thermique

Mots clés libres

Matériaux

Traitement thermique

Acier Dual-Phase

Cinétique de cristallisation

Transformation de phase

Austénite résiduelle

Acier biphasé

Recristallisation

Transformation martensique

Prédiction

Propriétés mécaniques

Materials

Heat treatment

Dual phase steel

Kinetics of crystallisation

Phase transformation

Austenite

Dual phase steel

Recrystallization

Martensic transformation

Prediction

Mechanical behaviour

Résumé

L'objectif de cette thèse était de contribuer au développement et à la compréhension des phénomènes physiques pilotant les évolutions microstructurales et les propriétés mécaniques des aciers Dual-Phase. Dans un souci d'utilisation sur les lignes de production industrielle, le développement d'outils numériques à champ moyen a été retenu, utilisables pour une large gamme de compositions chimiques et de cycle thermique. Une calibration des modèles sur des aciers ternaires provenant de coulées de laboratoire a été effectuée avant leur validation sur deux nuances industrielles. Un modèle de prédiction de la cinétique de recristallisation (MiReX) a été développé à partir de la composition chimique, du taux de réduction par laminage à froid et de leur état de précipitation prévu en utilisant un couplage avec un logiciel de prédiction de la cinétique de précipitation (Preciso). Un modèle pour la transformation de phase entre la ferrite et l'austénite, basé sur la minimisation de l'énergie du système global (GEM), a été proposé pour les traitements isothermes et anisothermes. Il reproduit la cinétique de la formation de l'austénite sur un cycle thermique industriel comprenant une rampe de chauffage et un maintien pour les systèmes quaternaires en tenant compte de la dissolution de la cémentite. Un modèle permettant de prédire la température du début de la transformation martensitique a également été développé pour les aciers bi-phasés, en tenant compte de la taille des grains austénitiques et de l'enrichissement en carbone et en manganèse à l'interface. Enfin, une nouvelle loi d'interaction basée sur les observations lors d'un essai de traction ex-situ a permis d'améliorer une prédiction modèle des propriétés mécaniques des aciers DP. La considération de l'étape de revenu de la martensite sur les propriétés des aciers DP a été proposée après l'analyse des mécanismes métallurgiques impliqués dans le revenu par des mesures de pouvoir thermoélectrique et de dureté.

The aim of this thesis was to contribute to the development and understanding of the physical phenomena driving the microstructural evolutions and the mechanical properties of Dual-Phase steels. In a concern of use on industrial production lines, the development of physics-based mean-field numerical tools was retained, usable for a wide range of chemical composition and thermal cycle parameters. A calibration of the models on ternary steels from laboratory castings was carried out before their validation on two industrial grades. A model for predicting recrystallization kinetics (MiReX) was developed based on the chemical composition, the reduction ratio by cold rolling and their predicted precipitation state using a coupling with a software for predicting precipitation kinetics (Preciso). A model for the phase transformation between ferrite and austenite, based on the minimization of the global system energy (GEM), has been proposed for isothermal and anisothermal treatments. It reproduces the kinetics of austenite formation on an industrial thermal cycle including a heating ramp and holding for quaternary systems taking into account the dissolution of the cementite. A model for predicting the temperature of the beginning of martensitic transformation has also been developed for two-phase steels, taking into account austenitic grain size and carbon and manganese enrichment at the interface. Finally, a new interaction law based on observations during an ex-situ tensile test has allowed the improvement of a prediction model of the mechanical properties of DP steels. A consideration of the tempering step of martensite on the mechanical properties of DP steels has been proposed after the analysis of metallurgical mechanisms involved in tempering bythermoelectric power and hardness measurements.