Developpement d'aciers pour gazoducs a haute limite d'elasticite et tenacite elevee : mecanique et mecanismes de la rupture ductile a grande vitesse

par FRANCOIS RIVALIN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de ANDRE PINEAU.

Soutenue en 1998

à l'EMP .

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  • Résumé

    Les aciers pour gazoducs doivent posseder un bon compromis entre une limite d'elasticite elevee pour supporter de grandes pressions internes et une bonne tenacite afin de resister a la propagation rapide (quelques centaines m/s) de fissures longitudinales dans le tube. Cela a conduit au developpement des aciers bas carbone microallies produits par laminage a temperature controlee et refroidissement rapide. Les microstructures obtenues sont ferrito-perlitiques et ferrito-bainitiques pour les aciers de plus haut grade. Quatre nuances sont ici etudiees sur les plans metallurgiques, microstructural et mecanique pour mettre en evidence les roles respectifs de la composition chimique et du traitement thermo-mecanique sur les proprietes de rupture. La propagation ductile rapide sur de longues distances est etudiee par une experience de rupture dynamique de grandes toles qui permet de reproduire la rupture par cisaillement, consecutive a une localisation de la deformation, observee lors de l'eclatement des gazoducs. La resistance a la propagation sur de grandes distances est evaluee par le taux de dissipation d'energie, montrant le meilleur compromis limite d'elasticite-tenacite des aciers ferrito-bainitiques. Des essais de rupture quasi-statique se produisent par un mode d'ouverture, mettant ainsi en evidence une transition de mode de rupture ductile. Un essai de rupture a ete developpe, pour etudier les caracteristiques de cette transition suivant les conditions de sollicitation (vitesse et temperature), et comparer la sensibilite des differents aciers au cisaillement. Les mecanismes d'adoucissement au cours de la deformation, endommagement ductile et echauffement adiabatique, jouent un role preponderant dans l'apparition de la localisation en cisaillement. La nature, la quantite et la morphologie des particules de seconde phase jouent du point de vue de l'endommagement ductile un role capital. La presence d'une multi-population d'amorces de rupture est a prendre en compte pour la simulation numerique de la rupture par cisaillement. Celle-ci est realisee sur une geometrie de deformation plane a l'aide de l'approche locale de la rupture ductile par l'utilisation de modeles couples ou l'on tient compte du caractere elasto-visco-plastique, anisotrope et endommageable des aciers pour gazoducs. La simulation tridimensionnelle de la propagation de fissure sur de grandes distances montre que l'epaisseur de la tole a une importance preponderante sur la resistance a la propagation de fissure. Le comportement anisotrope et la presence de gradients de durete dans l'epaisseur sont egalement des parametres a considerer.


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  • Détails : 371 P.
  • Annexes : 166 REF.

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