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UNIVERSITE DE LORRAINE - INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAI NE ECOLE DOC

UNIVERSITE DE LORRAINE - INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAI NE ECOLE DOCTORALE EMMA Mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherches présenté par Sébastien ALLAIN Comportement mécani Comportement mécani Comportement mécani Comportement mécanique des aciers que des aciers que des aciers que des aciers : des mécanismes : des mécanismes : des mécanismes : des mécanismes fondamentaux à la déformation macroscopique fondamentaux à la déformation macroscopique fondamentaux à la déformation macroscopique fondamentaux à la déformation macroscopique Soutenu publiquement le 6 Décembre 2012 à l’Institut Jean Lamour, devant le jury composé de : Mr Marc FIVEL Directeur de Recherche CNRS, SIM AP Grenoble Rapporteur Mr Xavier FEAUGAS Professeur, LEMMA La Rochelle Rapporteur Mr Armand COUJOU Professeur, CEMES Toulouse Rapporteur Mr Javier GIL SEVILLANO Professeur, CEIT-TECNUM San Sebastian Examinateur Mr Michel VERGNAT Professeur, IJL Nancy Examinateur Mr Mikhail LEBEDKIN Directeur de Recherche CNRS, LEM 3 Metz Examinateur Mr Olivier BOUAZIZ Docteur HDR, Arcelormittal Maizières les Metz Examinateur Mr Alain JACQUES Directeur de Recherche CNRS, IJL Nancy Parrain Scientifique Mr Thierry IUNG Docteur, Arcelormittal Maizières les Metz Invité Disciplines: Milieux Denses et Matériaux, Chimie des Matériaux, Mécanique Arcelormittal Maizières Research SA, Voie Romaine, BP 30320 F-57283 Maizières les Metz 1 A ma Femme, Nathalie, mes Filles, Fanny, Enora et Chloé, mon petit ange 2 3 Remerciements Remerciements Remerciements Remerciements La pluspart des travaux présentés dans ce mémoire ont été financés en totalité ou en partie par le groupe Arcelormittal. Je suis tout d’abord très reconnaissant envers les rapporteurs de ce mémoire, Armand Coujou, Xavier Feaugas et Marc Fivel d’avoir accepté très spontanément cette charge et m’avoir apporté par leurs grandes expériences de nouveaux questionnements sur mes travaux. J’aimerais aussi remercier chaleureusement Javier Gil Sevillano pour l’intérêt qu’il a pu manifester pour mes travaux, son accueil à de nombreuses reprises au CEIT et notre fructeuse collaboration. Merci aussi à Mikhail Lebedkin pour sa participitation à mon jury, sa confiance au cours de ces dernières années et sa patience de pédagogue avec moi sur les problématiques de viellissement dynamique. Je voudrais également témoigner de toute ma gratitude à Michel Vergnat pour avoir accepté de présider le jury et dirigé les discusssions lors de la soutenance. Merci aussi à Alain Jacques pour sa confiance dans mon potentiel de chercheur, ses conseils et pour son engagement dans ma démarche d’habiliation. Je souhaite exprimer toute ma gratitude et mon amitié à Jean-Philippe Chateau-Cornu et Olivier Bouaziz, que je considère mes mentors en sciences des matériaux, qui m’ont dirigé en DEA et en thèse, puis accompagné et enfin encouragé dans ma démarche de recherche depuis maintenant 12 ans. Merci aussi à Colin Scott et Mohamed Gouné leurs amitiés, leurs soutiens dans les moments les plus durs et nos grandes discussions en métallurgie au cours de ces dernières années. Je voudrais aussi remercier Thierry Iung pour m’avoir offert un cadre dès mon arrivée chez Arcelor pour poursuivre mes travaux scientifiques dans un contexte industriel et soutenu dans ma démarche d’habilitation d’un point de vue académique. Sa relecture attentive et la pertinence des questions soulevées m’ont permis d’améliorer significativement le mémoire. Je tenais aussi à remercier Jean-Hubert Schmitt et David Embury, qui m’ont apporté une certaine motivation exterieure et auprès de qui j’ai toujours pu toujours trouver une écoute attentive et de nouvelles idées ces dernières années. Comme l’a souligné Olivier lors de la soutenance, nous avons eu la chance de vivre avec le développement des aciers TWIP à Arcelor une véritable « aventure », en toute insouciance, sans anticiper et comprendre les implications de nos travaux au début des années 2000. Ces travaux m’ont apporté depuis une certaine reconnaissance de la communauté et m’ont permis de rencontrer et collaborer avec des chercheurs formidables, que je souhaiterais remercier ici. Je pense à Nicolas Guelton, Philippe Cugy et Michel Faral et à l’équipe FeMn. J’ai aussi une pensée particulière pour Maurita Roscini et son combat. 4 Je voudrais remercier et féliciter pour leurs travaux les doctorants que j’ai co-encadré, Alexis Dumay, Steven Dillien et en particulier David Barbier et Jean-Christophe Hell, maintenant collègues à Arcelormittal et ceux avec qui j’ai simplement collaboré, Najeeb Shiekhelshouk, Benoit Krebs, Irina Pushkareva, Krystel Renard, mais aussi Anis Aouafi, Jean-Philippe Masse, Guillaume Badinier, maintentant tous les trois aussi collègues. La recherche scientifique est devenue de nos jours le fruit d’une activité collaborative. Il est en effet humainement, c’est en tout cas vrai pour moi, difficile de pouvoir embrasser seul l’ensemble des connaissances, des techniques et des résultats concernant un sujet. J’ai donc au cours de ces années, eu le plaisir et même souvent le privilège de collaborer avec de nombreux chercheurs issus non seulement du monde industriel mais aussi du monde académique. J’aimerais remercier à ce titre Chad Sinclair, Hateem Zurob, Francisca Caballero, Carlos Garcia-Mateo, Frédéric et Raphaele Danoix, Xavier Sauvage, Alain Iost, Gildas Guillemot, Paul Van Houtte, Marc Seefeldt, Alexis Rusinek, Mohamed Cherkaoui, Alain Hazotte, Lionel Germain, Nathalie Gey, Tatiana Lebedkina, Amandine Roth, Michel Humbert, Diego Gonzales, Juan-Manuel Esnaola, Manabu Takahashi, Mixing Huang, Pascal Jacques, Marc Legros, Sylvie Migot, Moukrane Dehmas, les membres des équipes 304 et 303 de l’Institut Jean Lamour, et bien entendu mes collègues d’Arcelormittal, surtout Xavier Lemoine, Jean-Luc Christen, Dominique Kaplan, Michel Soler, Antoine Bui-Van, Astrid Perlade, Artem Arlazarov, Kevin Tihay, Philippe Maugis, Catherine Vinci, Juan Puerta Velasquez, Antoine Moulin, Jan Mahieu, François Mudry, Michel Babbit ainsi que tous les ingénieurs, techniciens et secrétaires des équipes MPM, AH SS et AUP2 et du campus de Maizières avec qui j’ai pu collaborer. Après maintenant plus de 12 ans d’activités professionnelles et de collaborations, il est toujours délicat de se livrer à cet exercice des remerciements et j’espère très sincèrement n’avoir omis personne, sans quoi, je m’en excuse par avance. Merci aussi à Sylviane Tranchant pour sa bonne humeur permanente et l’organisation de la soutenance. Plus personnellement, j’aimerais remercier Mohamed, Olivier, Thierry et Tibault pour avoir été là dans les très mauvais moments de 2009. La perte d’un enfant rend inconsolable mais leur soutien m’a permis de surmonter cette épreuve. Je voudrais aussi remercier ma femme, Nathalie, qui m’a aidé non seulement à la relecture du mémoire mais m’a aussi permis d’y consacrer le temps nécessaire. Merci de m’avoir supporté, dans les différentes acceptations du terme. Merci enfin à mes filles, Fanny et Enora pour avoir égayé durant cette période mes jours, et surtout mes nuits … 5 Table des Matières Table des Matières Table des Matières Table des Matières Remerciements .................................................................................................................................... 3 Table des Matières ............................................................................................................................... 5 Sigles et localisation des entités de recherche citées .................................................................................. 7 Résumé............................................................................................................................................... 9 1. Introduction – démarche scientifique............................................................................................11 2. Microstructure et comportement des aciers austénitiques FeMnC à effet TWIP.................................15 2.1. Introduction ........................................................................................................................15 2.2. Morphogénèse de la microstructure de maclage.........................................................................21 2.3. L’effet TWIP : La relation entre maclage mécanique et comportement............................................44 2.4. Effet de la composit ion chimique : le rôle particulier du carbone...................................................67 2.5. Conclusions et Perspectives....................................................................................................92 2.6. Pour le plaisir des yeux .........................................................................................................93 3. Comportement des aciers Dual-Phase ; des composites modèle ?......................................................94 3.1. Introduction ........................................................................................................................94 3.2. Extension d’un modèle monophasé en plasticité polycristalline pour des applications en rhéologie appliquée......................................................................................................................................101 3.3. Plateforme de modélisation « générique » des aciers Ferrite-Martensite.......................................107 3.4. Modélisation par EF de VER : Effet de la morphologie de la martensite .......................................137 3.5. Conclusions et perspectives..................................................................................................150 4. Conclusion personnelle..............................................................................................................152 5. Références bibliographiques.......................................................................................................153 6. Annexe....................................................................................................................................163 Curriculum vitae ..............................................................................................................................165 Rapport de soutenance ......................................................................................................................167 6 7 Sigles Sigles Sigles Sigles et localisation des entités de recherche et localisation des entités de recherche et localisation des entités de recherche et localisation des entités de recherche cité cité cité citée e e es s s s AM AM AM AM : Arcelormittal, Arcelormittal Maizières Research SA, Maizières les Metz, FRANCE Anciennement IRSID, Institut de Recherche SIDérurgique NSC NSC NSC NSC : Nippon Steel Corporation, Steel Research Laboratories, Futtsu, JAPON IJL IJL IJL IJL : Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, Nancy, FRANCE LPM LPM LPM LPM : Laboratoire de Physique des Matériaux, Ecole des Mines de Nancy, Nancy, FRANCE Maintenant intégré dans l’IJL LSGS LSGS LSGS LSGS : Laboratoire de Science et Génie des Surfaces, Ecole des Mines de Nancy, Nancy, FRANCE Maintenant intégré dans l’IJL LEM3 LEM3 LEM3 LEM3 : Laboratoire d’Etude des Microstructures et Mécanique des Matériaux, Université Paul Verlaine, Metz, FRANCE LETA LETA LETA LETAM M M M : Laboratoire d’Etude des Textures et Application aux Matériaux, Université Paul Verlaine, Metz, FRANCE Maintenant intégré dans le LEM3 LPMM LPMM LPMM LPMM : Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux, Université Paul Verlaine, Metz, FRANCE Maintenant intégré dans le LEM3 CEIT CEIT CEIT CEIT- - - -TECNUN TECNUN TECNUN TECNUN : Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa, Technological Campus of the University of Navarra, San Sebastian, ESPAGNE GPM GPM GPM GPM : Groupe de Physique des Matériaux, Université de Rouen, Saint Etienne du Rouvray, FRANCE HK University HK University HK University HK University : The University of Hong Kong, Department of Mechanical Engineering, Hong Kong, CHINE ICMCB ICMCB ICMCB ICMCB : Institut de la Matière Condensée de Bordeaux, Université de Bordeaux, Pessac, FRANCE 8 KUL KUL uploads/Geographie/ 1401-2099.pdf