Caractérisation et modélisation des transformations de phase et des microstructures des aciers Dual Phase laminés à froid après traitements thermiques

Characterization and modelling of phase transformation and microstructures of cold rolled Dual Phase steels after heat treatments

• Auteur / Autrice : Sébastien Dague
• Direction : Véronique Massardier, Michel Perez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 07/11/2024
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Moukrane Dehmas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Massardier, Michel Perez, Moukrane Dehmas, Hugo Van Landeghem, Raphaëlle Guillou, Yves Bréchet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moukrane Dehmas, Hugo Van Landeghem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Traitement thermique

Microstructure (physique)

Acier

Mots clés libres

Matériaux

Aciers Dual-Phase

Alliage tertiaire

Transformation de phase

Evolution microstructurale

Propriété mécanique

Austénite

Ferrite

Traitement thermique

Refroidissement

Materials

Dual-Phase steels

Ternary alloys

Phase transformation

Microstructural evolution

Mechanical properties

Austenite

Ferrite

Thermal treatment

Cooling

Résumé

L'objectif de cette thèse était de contribuer au développement et à la compréhension des phénomènes physiques gouvernant l'évolution microstructurale des aciers à deux phases, principalement durant les phases de refroidissement. En se concentrant sur des applications dans les lignes de production industrielles, des outils numériques mésoscopiques basés sur des principes physiques ont été développés, utilisables pour une large gamme de compositions chimiques et de paramètres de cycles thermiques. Les modèles ont été calibrés sur des aciers ternaires issus de coulées en laboratoire avant d’être validés sur deux qualités industrielles. Un modèle, développé dans une thèse précédente pour la transformation de phase entre la ferrite et l’austénite pendant le chauffage et la phase de maintien isotherme, a été modifié afin de le rendre plus robuste d'un point de vue numérique. Un autre modèle, destiné à simuler la transformation de l’austénite en ferrite lors d’un refroidissement continu lent, a été élaboré. Ce modèle, calibré sur des alliages ternaires Fe-C-Mn, repose sur une description de la croissance de la ferrite impliquant des lois de nucléation et de croissance. Pour améliorer la vitesse de calcul, ce modèle a été implémenté en VBA (Excel). Il a été testé sur différentes compositions d’alliages, et il a été possible de dériver des lois prédictives pour les paramètres du modèle en fonction de la teneur en manganèse de l’alliage et des conditions de refroidissement. Enfin, la formation de la bainite dans des conditions isothermes à 460°C et 500°C a été étudiée à l'aide de la diffraction des rayons X in situ sur la ligne de lumière DiffAbs du synchrotron SOLEIL. La rétention de l’austénite a été démontrée lors du maintien isotherme à 460°C ou 500°C pour deux alliages différents. Cette austénite peut ensuite se transformer en martensite lors du refroidissement rapide final, modifiant ainsi les propriétés mécaniques de l’alliage.

The objective of this thesis was to contribute to the development and understanding of the physical phenomena driving the microstructural evolution of Dual-Phase steels, primarily during the cooling phases. With a focus on industrial production line applications, physically-based mesoscale numerical tools were developed, which are usable for a wide range of chemical compositions and thermal cycle parameters. The models were calibrated on ternary steels from laboratory castings before being validated on two industrial grades. A mode, developed in a previous thesis, for the phase transformation between ferrite and austenite occurring during the heating and isothermal holding phase, was modified with the aim of making it more robust from a numerical standpoint. Another model, designed to simulate the transformation of austenite to ferrite during slow continuous cooling, was developed. This model, calibrated on ternary Fe-C-Mn alloys, is based on a description of ferrite growth involving nucleation and growth laws. For computational speed, this model was implemented in VBA (Excel). It was tested on different alloys compositions, and it was possible to derive predictive laws for the model parameters based on the manganese content of the alloy and the cooling conditions. Finally, the formation of bainite under isothermal conditions at 460°C and 500°C was studied using in situ X-Ray Diffraction on the DiffAbs beamline at SOLEIL synchrotron. The retention of austenite was demonstrated during isothermal holding at 460°C or 500°C for two different alloys. This austenite can the transform into martensite during the final rapid cooling, thereby modifying the mechanical properties of the alloy.