Déchirure ductile des aciers à haute résistance pour gazoducs (X100)

par Thang Trung Luu

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Benoît Tanguy.

Soutenue en 2006

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Ductile tearing of high strength steels for gas pipelines (X100)


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Cette étude concerne la déchirure ductile des aciers à haute limite d'élasticité utilisés pour la construction des gazoducs. La microstructure et la réponse mécanique de deux tôles et d'un tube en acier X100 (R=100ksi=690MPa) ont été étudiées. Ces matériaux possèdent une microstructure ferrito-bainitique. Le programme expérimental porte sur des éprouvettes lisses, des éprouvettes entaillées et des éprouvettes fissurées. Des éprouvettes de traction simple suivant trois directions principales ont été utilisées. Ces essais ont montré que les aciers étudiés présentent une forte anisotropie plastique. La limite d'élasticité des tôles se trouve au-dessous de la valeur requise pour l'acier X100. Ce n'est qu'après la production de tubes, qui implique une déformation plastique lors de la mise en forme, que l'acier atteint le grade X100. Les mécanismes de rupture sont étudiés par microcopie optique et électronique à balayage sur des coupes métallographiques et des examens fractographiques de l'ensemble des éprouvettes (traction, AE, Charpy V et CT). La naissance de l'endommagement se caractérise par la rupture ou la décohésion des sulfures de calcium et des nitrures de titane. Deux modes de coalescence sont observés~: la striction interne et la coalescence en bande. L'effet d'une pré-déformation sur les caractéristiques de traction et sur la ténacité est étudié en pré-déformant des barreaux de traction de 1. 6%, 3. 6% et 5. 9% de déformation plastique. Une pré-déformation provoque une augmentation de la limite d'élasticité et de la résistance à traction, mais diminue la ténacité du matériau. La propagation ductile dynamique sur de grandes distances (100 à 200mm) est étudiée à l'aide d'une expérience de rupture à grande vitesse (20 à 40m/s) de grandes tôles qui permet de reproduire la rupture par cisaillement observée lors de l'éclatement des pipelines. La résistance à la propagation sur de longues distances est évaluée par le taux de dissipation d'énergie. Nos essais réalisés sur les deux tôles confirment la tendance observée précédemment selon laquelle les structures ferrito-bainitiques permettent d'obtenir un bon compromis entre la ténacité et leur limite d'élasticité. La simulation par éléments finis de la déchirure ductile des tôles a été effectuée. Les simulations sont basées sur une extension du modèle Gurson-Tvergaard-Needleman incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de cavités. Un nouveau critère de plasticité anisotrope récemment développé pour les alliages d'aluminium est utilisé. Les paramètres sont ajustés sur de petites éprouvettes. La transférabilité sur les grandes plaques en pleine épaisseur est vérifiée. Le modèle permet de représenter les caractéristiques principales des essais de déchirure ductile dynamique~: la courbe de chargement, la forme du front de fissure, le développement de la striction en pointe de fissure et le taux de dissipation d'énergie.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (2 36 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury

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  • Cote : EMC LUU
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