Characterization and modeling of microstructural evolutions during the thermal treatment of cold-rolled Dual-Phase steels

par Mélanie Ollat

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Valérie Massardier-Nageotte.

Soutenue le 20-10-2017

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) (laboratoire) et de Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS (laboratoire) .

Le président du jury était Yves Brechet.

Le jury était composé de Valérie Massardier-Nageotte, Yves Brechet, Elisabeth Gautier, Sybrand Van der Zwaag, Eric Buscarlet, Damien Fabregue, Mohamed Goune, Michel Perez.

Les rapporteurs étaient Elisabeth Gautier, Sybrand Van der Zwaag.

  • Titre traduit

    Caractérisation et modélisation des mécanismes métallurgiques lors du traitement thermique des aciers Dual-Phase


  • Résumé

    Les aciers Dual-Phase (DP) sont des aciers à très haute résistance mécanique (AHSS) fortement utilisés pour des applications automobiles en raison de leur très bon compromis résistance mécanique/ductilité ainsi que par leur habilité à répondre aux multiples exigences industrielles (bas prix, assemblage, revêtement etc.). A l'heure actuelle, le développement d'aciers DP apparait durable pour la caisse-en-blanc des structures automobiles. La microstructure ferrite-martensite, caractéristique des aciers DP, est obtenue par un traitement thermique complexe composé de différentes étapes au cours desquelles différents mécanismes métallurgiques entrent en jeux. Les principales difficultés de production sont liées au fait (i)que les évolutions microstructurales sont influencées par les différents paramètres de traitement thermique (vitesse de chauffe, température ...), (ii) que les différentes étapes de traitement sont interconnectées et que (iii) les évolutions microstructurales peuvent se chevaucher et, part conséquent, interagir entre elles. Ces travaux de thèse ont pour objectif d'améliorer la compréhension des évolutions métallurgiques entrant en jeux lors des traitements thermiques des aciers DP, et notamment d'améliorer la compréhension de l'influence des paramètres de traitement. Les différentes évolutions métallurgiques ont été, dans un premier temps, caractérisées en couplant un ensemble de techniques expérimentales (dilatométrie, dureté, TPE ...) et grâce à un protocole assurant de décorréler les mécanismes se superposant et interconnectés. A titre d'exemple, les deux principaux mécanismes entrant en jeux lors de l'étape de recuit intercritique ont été, dans un premier temps, étudiés séparément ((1) la recristallisation a été étudié en dessous de la température de formation d'austénite et (2) la formation d'austénite a été étudié sur un acier pré-recristallisé) avant de se concentrer sur le cas des aciers laminés à froid où la recristallisation et formation d'austénite se superposent. Le projet avait également pour objectif de développer des outils de prédictions permettant de décrire les évolutions microstructurales basés sur des approches empiriques (loi de JMAK) ainsi que vers des modèles à base plus physique (mixed-mode modèle et modèle diffusif). Une attention particulière a été dédié à discuter de la fiabilité, l'adaptabilité, des forces et limitations des différentes approches développées.


  • Résumé

    Dual-Phase steels (DP) are one of the most used Advanced High Strength Steels (AHSS) for automotive applications because they present good strength/ductility compromise and they adapt to number of industrial constraints (low price, shaping, welding, coating etc.). Nowadays, the development of DP steels seems to be promising and sustainable for the body-in-white structure. The typical ferrite-martensite microstructure, characteristic of DP steels, are obtained by a thermal treatment composed of different stages during which metallurgical evolutions occur. Major difficulties of their processing are due to the fact that (i) microstructural evolution kinetics are influenced by cycle parameters (heating rate, annealing temperature etc.), (ii) different stages are interconnected and (iii) some microstructural evolutions may overlap and, therefore, interact. This PhD-work aimed at getting a better understanding of microstructural evolutions during the thermal cycle of DP steel and, namely, the influence of cycle parameters. Different microstructural evolutions occurring during the thermal cycle were first characterized coupling different experimental techniques (dilatometry, hardness, TPE etc.) and with a particular protocol in order to decorrelate overlapping and interconnected phenomena. As example, two major evolutions occurring during the intercritical annealing were first studied individually ((1) recrystallization was investigated below austenite formation temperature and (2) austenite formation was investigated on prior recrystallized steels) before investigated cold-rolled steel case where recrystallization and austenite formation overlap. The study was then attached to develop some predictive tools to describe microstructural evolutions based on phenomenological approaches (JMAK law) towards more physical based models (mixed-mode, diffusive models). A particular care was attached to discuss on model reliability, versatility, strengths and limitations.


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