Modélisation des transformations de phases durant la trempe de grosses pièces de forge en acier faiblement allié hétérogènes à l'échelle millimétrique.

Modelisation of phase transformations in large low-alloy steel forgings with millimeter-scale heterogeneities

• Auteur / Autrice : Marion Bregeault
• Direction : Muriel Véron
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : 2MGE - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés

Mots clés

Mots clés libres

Bainite

Acier faiblement allié

Transformation de phases

Ségrégation

Phase transformations

Segregation

Bainite

Low-alloy steel

Résumé

Les appareils à pression d'un réacteur nucléaire sont constitués de pièces forgées en acier faiblement allié. Ces pièces présentent des hétérogénéités de composition chimique à l'échelle mésoscopique, héritées de la ségrégation intergranulaire au cours de la solidification dans la zone équiaxe du lingot. Les zones enrichies forment après forgeage une structure en bandes à l'échelle millimétrique, qui impacte négativement les mesures de résilience et leur cohérence. Cette étude vise à comprendre le comportement à la trempe de telles pièces hétérogènes et l'influence des variations de composition sur la microstructure (principalement bainitique) obtenue. Des gradients de composition en éléments substitutionnels seront fabriqués pour étudier les mécanismes et la cinétique de transformation dans un matériau enrichi. L'effet de la vitesse de refroidissement et de la taille de grains austénitiques sera également évalué, ainsi que celui de la teneur en carbone. Le but est de construire une prédiction de la nature et de la distribution des phases dans les pièces trempées. Enfin, les interactions à l'interface entre une zone non-ségrégée et une zone ségrégée seront modélisées en décrivant la redistribution du carbone au cours du refroidissement.

Large low-alloy steel forgings used for the primary components of nuclear reactors present chemical heterogeneities at the mesoscale inherited from inter-grains segregation in the equiaxed zone during ingot solidification. The enriched zones appear in the form of submillimeter bands after forging, and their presence has a negative impact on resilience values and consistency. This study aims at understanding the influence of such local variations of composition on the microstructure (mostly bainitic) formed during thermal treatment. Compositional gradients of substitutional elements will be created in order to study the transformation mechanisms and kinetics in an enriched material. The effect of cooling rate and austenitic grain size will also be investigated, as well as carbon content. The goal is to build a model predicting the nature and distribution of the phases in the final components. Finally, interactions between non-segregated and segregated zones will be modelled taking into account the redistribution of carbon during the transformation.