Évolution de la précipitation et des propriétés mécaniques d’aciers miro- alliés lors d’une opération de soudage

Evolution of precipitation and mechanical properties of mirror-alloy steels during a welding operation

• Auteur / Autrice : Lucas Soriano-Bardon
• Direction : Michel Perez, Sophie Cazottes, Thibaut Chaise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2023
• 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 : Bernard Viguier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Perez, Sophie Cazottes, Bernard Viguier, Hugo Van Landeghem, Myriam Dumont
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hugo Van Landeghem, Myriam Dumont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Aciers alliés

Soudage

Matériaux

Mots clés libres

Matériaux

Acier microallié

Propriété mécanique

Précipitation

Modélisation

Carbure

Vanadium

Niobium

Soudure

Micro-Alliage

Traitement thermique

Détentionnement

Microalloyed steels

Mechanical properties

Microalloyed steels

Mechanical properties

Precipitation

Modelisation

Carbide

Vanadium

Welding

Microalloyed steels

Thermal treatment

Post weld heat treatment

Résumé

Les aciers micro-alliés sont utilisés dans les industries automobile et énergé- tique pour leurs propriétés de résistance intéressantes, en partie en raison de la présence de précipités nanométriques (Ti,Nb,V)C. Pendant le processus de soudage, il y a une diminution de la ductilité et une augmentation de la duretée de ces aciers dans la Zone Affectée Thermiquement (ZAT). Les opérations de soudage modifient les états de pré- cipitation, et par conséquent, ont un effet sur les propriétés mécaniques du matériau. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre les mécanismes conduisant à ces chan- gements de propriétés mécaniques. Par conséquent, une approche expérimentale et une approche numérique ont été couplées afin de décrire à la fois l’état de précipitation et l’évolution des propriétés mécaniques associées en fonction des traitements thermiques. Quatre alliages de laboratoire de compositions différentes (référence, +V, +Nb, +V et Nb) ont été élaborés pour discriminer les effets de chacun des éléments de microalliage. Tout d’abord, afin de calibrer le modèle de précipitation, des traitements thermiques isothermes à 700 et 1000 °C sont réalisés. Dans un second temps, des traitements ther- miques réalisés dans le simulateur thermomécanique Gleeble permettent de reproduire expérimentalement les cycles de soudage simulant différentes distances à la ligne de fu- sion (0,5 et 4 mm). Les carbonitrures en solution solide précipitent dans la ferrite et l’austénite. Le mo- dèle de précipitation, préalablement validé pour les traitements thermiques en isotherme est utilisé pour déterminer les paramètres non quantifiables expérimentalement ou don- nés dans la littérature (en particulier en ce qui concerne l’énergie d’interface). La locali- sation, la densité et la fraction volumique des précipités sont corrélées avec la résilience et la dureté dans la ZAT. La nature et la distribution de tailles des précipités sont caractérisées au moyen de la Microscopie Electronique à Transmission (MET) sur des répliques carbone. Les ciné- tiques de précipitation dans le domaine austénitique, ainsi que dans le domaine ferritique ont été décrites en utilisant le logiciel de simulation “PreciSo” basé sur les théories de Kampmann et de Wagner

Micro-alloy steels (MA) are used in the automotive and energy industries for their interesting strength properties, partly due to the presence of nanometric precipitates (Ti,Nb,V)C. During the welding process, there is a decrease in ductility and an increase in the hardness of these steels in the Heat Affected Zone (HAZ). The welding operations modify the pre- cipitation states, and consequently, have an effect on the mechanical properties of the material. The objective of this work is to better understand the mechanisms leading to these changes in mechanical properties. Therefore, an experimental approach and a numerical approach were coupled to describe both the precipitation state and the evolution of the associated mechanical properties as a function of heat treatments. Four laboratory alloys of different compositions (reference, +V, +Nb, +V and Nb) were developed to discriminate the effects of each of the microalloy elements. First, in order to calibrate the precipitation model, thermal treatments at 700 and 1000 °C are performed. In a second step, thermal treatments carried out in the thermomechanical simulator Gleeble make it possible to reproduce experimentally the welding cycles simulating different distances to the welding line (0.5 and 4 mm). Carbonitrures in solid solution precipitate in ferrite and austenite. The precipitation pattern, previously validated for thermal treatments in isotherm is used to determine the parameters not quantifiable experimentally or given in the literature (in particular as regards the interface energy). The localization, density and volume fraction of precipitates are correlated with resilience and hardness in the HAZ. The nature and size distribution of precipitates are characterized by means of Transmission Electron Microscopy (TEM) on carbon replicas. Precipitation cine- tics in the austenitic domain, as well as in the ferritic domain were described using the “PreciSo” simulation software based on the theories of Kampmann and Wagner