Relation entre la microstructure et les propriétés d'aciers superduplex inoxydables : influence de la topology et de la fraction de phases

par Mohammed ali Lakhdari

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Muriel Véron.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 01-05-2017 .


  • Résumé

    Les teneurs en acier inoxydable super duplex sont des nuances modernes en acier inoxydable combinant des propriétés mécaniques spécifiques élevées avec une excellente résistance à la corrosion, en particulier à la corrosion par piqûres. Cette association de propriétés souhaitables est obtenue avec un excellent rapport coût-efficacité par rapport à d'autres alliages à haute performance résistant à des environnements extrêmes, tels que les superalliages de nickel. La disponibilité de nuances super duplex permet la conception de systèmes et d'installations avancés dans différents domaines d'applications, y compris le pétrole et le gaz en haute mer, le dessalement, les lignes d'échappement automobiles et plus encore. Comme d'autres classes en acier inoxydable, le super duplex contient du chrome qui leur accorde leur caractère inoxydable, mais aussi des quantités variables de nickel et de molybdène pour atteindre leur microstructure très spécifique. Il consiste en un mélange de ferrite et d'austénite, habituellement à un taux de 50/50, disposé en couches. Cette microstructure contrôle les propriétés de l'alliage final et, en tant que tel, le cheminement vers l'optimisation des nuances actuelles et la conception de meilleures nuances super duplex futures est double. D'une part, il faut connaître la dépendance exacte des propriétés finales sur le rapport, la taille et la morphologie des phases. D'autre part, il est nécessaire de déterminer comment ces paramètres microstructurales peuvent être contrôlés du point de vue du traitement des alliages. Alors qu'un projet de doctorat complémentaire traitera de ce dernier aspect, le projet actuel de doctorat se concentrera sur le premier. Cela impliquera la préparation d'alliages super duplex avec des fractions et des topologies de phase variées. Ils seront fabriqués en utilisant des combinaisons de procédés différents tels que le laminage, le recuit et le pressage isostatique à chaud (HIP). Après une caractérisation approfondie des microstructures et des propriétés mécaniques, un modèle mécanique sera développé pour établir quantitativement le rapport entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés mécaniques. Comme la résistance à la corrosion est également une propriété clé de l'acier inoxydable, sa connexion avec la microstructure sera également évaluée expérimentalement. Ce projet de doctorat met l'accent sur la conception de l'alliage expérimental et est orienté vers l'objectif appliqué des qualités inoxydables rentables. Cependant, l'acquisition d'une compréhension fondamentale de la relation microstructure / propriétés en super duplex fait partie intégrante des objectifs du projet.

  • Titre traduit

    Relationship between microstructure and properties in super duplex stainless steel: the influence of phase fraction and topology


  • Résumé

    Super duplex stainless steel grades are modern stainless steel grades combining high specific mechanical properties with excellent corrosion resistance, especially to pitting corrosion. This association of desirable properties is achieved with great cost efficiency compared to other high performance alloys resisting extreme environments, such as nickel superalloys. The availability of super duplex grades enables the design of advanced systems and facilities in different fields of applications including deep-sea oil and gas, desalination, automotive exhaust lines and more. Like other stainless grades, super duplex contain chromium that grants them their stainless character, but also varying amounts of nickel and molybdenum to achieve their very specific microstructure. It consists in a mix of ferrite and austenite, usually at a 50/50 ratio, arranged in layers. This microstructure controls the properties of the final alloy and as such, the path towards the optimization of current grades and the design of improved future super duplex grades is two-fold. On the one hand, it is necessary to know the exact dependence of the final properties on the ratio, the size and morphology of the phases. On the other, it is required to determine how these microstructural parameters can be controlled from an alloy-processing standpoint. While a companion PhD project will deal with the latter aspect, the present PhD project will focus on the former. It will involve the preparation of super duplex alloys with varied phase fractions and topologies. They will be fabricated using combinations of different processes such as rolling, annealing and hot isostatic pressing (HIP). After a thorough characterization of both the microstructures and the mechanical properties, a mechanical model will be developed to quantitatively establish the relationship between microstructural features and mechanical properties. As corrosion resistance is also a key property of stainless steel, its connection with microstructure will also be experimentally assessed. This PhD project lays the emphasis on experimental alloy design and is oriented towards the applied objective of high-strength cost-effective stainless grades. However, gaining a fundamental understanding of the microstructure/properties relationship in super duplex is an integral part of the project goals.