FCTM Esope

S3.2 - Modélisation de la recristallisation d'un acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium

6 oct. 2021 | 11:30 - 12:00

Long Métrage

Description

Les aciers inoxydables austénitiques stabilisés au niobium comme le 304Nb ou le 316Nb présentent une très bonne limite d’élasticité pour des aciers austénitiques et une excellente résistance à la corrosion à l’air ou en eau douce, y compris en température. Ils sont ainsi utilisés depuis plus de 60 ans dans les industries chimiques ou nucléaires. Le développement des techniques de décarburation lors de l’élaboration des aciers inoxydables a diminué le besoin en aciers inoxydables austénitiques stabilisés, remplacés par des nuances dites « bas carbone » comme le 304L ou le 316L. Cependant, ces aciers au niobium conservent tout leur intérêt de par leurs meilleures propriétés mécaniques, notamment à chaud. Le 316Nb est utilisé dans divers éléments de structure réalisés par forgeage libre. Ces pièces peuvent être de forte épaisseur et soumises sur de longues durées à des pressions et à des températures élevées. Afin de durcir davantage cet acier, une inhibition de la recristallisation, lors du forgeage et des traitements thermiques ultérieurs, est souhaitée. Cela passe par un contrôle fin des évolutions microstructurales pendant la mise en forme et les traitements thermiques. A cause du niobium qui peut être à la fois en solution solide et sous forme de carbonitrures de tailles et de formes variées, les évolutions microstructurales du 316Nb sont notablement plus complexes que celles d’un 316L et ont été peu étudiées avant le travail que nous présentons. De plus, la complexité inhérente au procédé de mise en forme par forgeage libre impose l’étude de domaines très larges de déformation, de températures et de vitesses de déformation. La bonne maîtrise de la mise en solution du niobium dans l’austénite permet de conserver un écrouissage résiduel. Nous avons ainsi montré par des essais sur des blocs forgés que la conservation d’une structure écrouie conduisait à augmenter significativement la limite d’élasticité. Afin de simuler les évolutions microstructurales pendant le refroidissement lent après une étape de forgeage d’une pièce massive, un modèle de recristallisation à champs moyens fondé sur une extension du modèle de Montheillet a été développé et est présenté ici. Ce modèle fait évoluer des populations de grains décrits par leur taille et leur densité de dislocations selon des équations d’écrouissage, de restauration et de mobilité prenant en compte le caractère prépondérant du niobium en solution solide. Le modèle est calé sur des essais de torsion à chaud réalisés en laboratoire. Il reproduit efficacement les effets des principaux paramètres du procédé tels que la déformation atteinte, la température et la vitesse de déformation ou encore la vitesse de refroidissement. Ce modèle a été ensuite appliqué aux blocs forgés évoqués ci-dessus. Une bonne corrélation entre fractions recristallisées expérimentales et simulées a été obtenue.

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