Etude de l'impact du bore sur les propriétés thermodynamiques d'aciers à haute résistance

Study of boron effects on the thermodynamic properties of high-strength steels

• Auteur / Autrice : Luanna Carvalho de souza
• Direction : Annie Antoni-Zdziobek, Céline Pascal
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MAT - Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 19/08/2024
• 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

Diagrammes de phase

Modélisation Calphad

Base de données thermodynamique Fe-B-X (X=C;Mn;Si;Al;Cr)

Aciers à haute résistance

Phase diagrams

Calphad modelling

Fe-B-X (X=C;Mn;Si;Al;Cr) thermodynamic database

High strength steels

Résumé

Dans les nouvelles chimies des aciers à haute résistance, le bore est ajouté en très faible quantité (< 40 ppm massique) notamment afin d'éviter certaines problématiques comme la fragilisation par diffusion de métal liquide. Toutefois, la présence de B entraîne la formation de défauts sur brame lors de la solidification à la coulée continue. Ces défauts trouveraient leur origine dans les transformations de phases au refroidissement, en particulier la réaction métatectique ainsi que la transformation ainsi que la transformation post-métatectique de l'austénite en austénite et liquide lorsque la solubilité du bore dans l'austénite diminue, à moyennes températures. Cependant, la thermodynamique de ces systèmes, pour des faibles teneurs en B et en présence de liquide est mal définie. L'objectif du travail de thèse est de développer, dans le formalisme Calphad, une base de données thermodynamique cohérente dédiée aux aciers contenant du bore, incluant les éléments suivants Fe-B-X (X=C,Mn,Si,Al,Cr), appuyée par des données expérimentales établies en particulier pour les solutions solides ferritique et austénitique en équilibre avec la phase liquide. Afin de caractériser les domaines de stabilité des phases, les chemins de solidification et la morphologie des microstructures, des expériences d'analyse thermique et des expériences en conditions isothermes avec la technique expérimentale de séparation des phases par induction électromagnétique seront mises en œuvre. L'objectif final est de capitaliser l'ensemble des connaissances acquises dans un modèle d'aide à l'élaboration de nuances d'aciers avec ajout de bore. Il devra permettre de préciser de façon fiable et rapide le comportement à la solidification, et le contrôle des défauts à la coulée.

In the new chemistries of high strength steels, boron is added in very small quantities (< 40 ppm by mass) in order to avoid certain problems such as embrittlement by diffusion of liquid metal. However, the presence of B leads to the formation of slab defects during solidification in continuous casting. These defects would find their origin in the phase transformations during cooling, in particular the metatectic reaction as well as the post-metatectic transformation of austenite into austenite and liquid as boron solubility in austenite decreases at medium temperatures. However, the thermodynamics of these systems, for low B contents and in the presence of liquid, is poorly defined. The objective of this thesis is to develop, in the Calphad formalism, a coherent thermodynamic database dedicated to boron-containing steels, including the following elements Fe-B-X (X=C,Mn,Si,Al,Cr), supported by experimental data established in particular for ferritic and austenitic solid solutions in equilibrium with the liquid phase. In order to characterize the phase stability domains, the solidification paths and the morphology of the microstructures, thermal analysis experiments and experiments under isothermal conditions with the experimental technique of phase separation by electromagnetic induction will be carried out. The final objective is to capitalize on all the knowledge acquired in a model to assist in the development of steel grades with boron addition in order to optimize the chemistry of the grades under development as well as the adjustment of the development parameters and thus limit or even avoid defects during solidification.