Etude de la structure et des propriétés de l'acier à béton après déformations à froid

• Auteur / Autrice : Kostiantyn Tabalaiev
• Direction : Daniel Treheux, Oleksandr Ivchenko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/09/2010
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Langlade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Treheux, Bernard Coquillet, Véronique Massardier, Xavier Kleber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Fraczkiewicz, Iurii Kliushnyk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Travail à froid

Métaux -- Traitement thermomécanique

Barres d'armature

Béton armé

Mots clés libres

Traitement mécano-thermomécanique

Torsion

Vieillissement

Reinforced concrete

Reinforcing steel

Thermomechanical control process

Cold deformation

Résumé

Les propriétés généralement demandées aux armatures pour béton armé doivent répondre à des exigences particulières précisées dans des normes nationales, européennes et internationales. Actuellement, dans la pratique de la production de l'acier à béton, on tend à substituer différentes nuances d'armature par une armature unifiée ayant une valeur de limite d'élasticité minimale de 500 MPa. Le remplacement des ronds à béton de nuance 400MPa par cette armature conduit à une économie de métal de l'ordre de 10-20 % d'après les estimations de différents spécialistes.Il existe, généralement, plusieurs techniques de fabrication des armatures, dont la déformation à chaud suivie d'un refroidissement accéléré sous flux d'eau (traitement thermomécanique ou Thermomechanical Control Process - TMCP), ainsi que la déformation à froid (tréfilage â travers une filière conique et une filière à rouleaux, microlaminage...), qui se heurte cependant â l'impossibilité de satisfaire aux exigences des Normes vis-à-vis des propriétés de résistance (Re > 500MPa) et de plasticité.Le présent travail a pour but le développement d'un procédé combiné de production d'acier à béton profitant des aspects positifs de deux types de déformation à chaud ainsi qu'à froid, sous forme du traitement combiné mécano-thermomécanique (post déformations à froid après le TMCP). et d'étudier la possibilité de production d'aciers à béton de qualité 500 MPa (B(A)500), de petits diamètres, en couronne, répondant aux exigences des Normes modernes. L'objectif scientifique de ce travail est d'étudier les mécanismes microstructuraux qui se produisent lors de la déformation à froid de l'acier préalablement traité thermomécaniquement et leurs conséquences sur l'évolution des propriétés mécaniques.Plusieurs nuances d'acier bas carbone de différents diamètres ont été étudiées. De nombreuses techniques de caractérisation macroscopique et microscopique de la structure de l'acier ont été utilisées: traction monotone, essais de microdureté, microscopie optique, microscopie électronique â balayage (MEB) et en transmission (MET), diffraction des rayons X. spectrométrie mécanique..Les résultats des essais montrent qu'il est possible d'obtenir avec assurance l’armature de qualité B(A)500, possédant des propriétés mécaniques qui dépassent les exigences des nonnes, à l'aide d’une déformation par torsion avec un cisaillement maximal de 22%, pour des aciers à 0.15 -0.2 % C(en poids), faiblement alliés en Mn et Si et traités themomécaniquement. La déformation par torsion provoque une augmentation de dureté en surface mais aussi au cœur de l'armature. Cette augmentation de dureté à cœur peut être amplifiée par le traitement thermique de vieillissement à 100°C correspondant à l'utilisation en Génie Civil. Cet effet, lié aux interactions dislocation-impuretés interstitielles, a été expliqué grâce â la MET et à l'étude du frottement intérieur.

Properties which are required from an armature for the reinforced concrete should satisfy the requirements of National, European and International standards. At the present time, in practice of armature production, there is a tendency of replacement of various classes of reinforcing steels by the unified armature with the minimum value of yield strength of 500 MPa. Replacement of the armature of the 400 MPa class by such reinforcing steel brings the economy of metal of an order of 10-20 % according to the estimations of various experts.In general, a set of production technologies of the armature exists, including hot deformation with the subsequent accelerated cooling in water - Thermomechanical Control Process (TMCP), and also cold deformation (drawing in conic die block, drawing in roller die block, microrolling) which nevertheless face the impossibility to provide the required strength (yield strength > 500MPa) and plastic properties.The technological purpose of the given work is:- development of the combined mechano-thermomechanical processing of armature's production which would combine positive aspects of hot and cold deformations (post deformation processing after TMCP);- examination of possibilty to manufacture the reinforcing steel of the class of 500MPa (B(A)500) of the small diameter, in coils, meeting the requirements of modem standards.The scientific objective of the work is the analysis of change of the microstructure of reinforcing steels after the cold deformation which is preliminary subjected to thermomechanical processing, and, also, the examination of the influence of microstructural effect on change of mechanical properties of steels.In the present study, a significant quantity of grades of low-carbon steels of various diameters has been investigated. Also, different techniques for macroscopical and microscopical characterization of the steel structures have been applied: tensile tests, micro-hardness test, optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray analysis and mechanical spectroscopy.Results of tests show that it is possible to obtain, with assurance, the reinforcing steel of the strength class B(A)500, with a complex of the mechanical properties surpassing the requirements of standards. For this purpose it is proposed to use the deformation by cold torsion with the maximum relative shear of 22 %, after thermomechanical processing, for steels with carbon content of 0,15...0,25% and alloyed with Mn and Si. Deformation by torsion provides an increase of hardness not only on the surface, but also in the core of armature. The effect of hardness increase can be strengthened by means of thermal ageing at 100°C corresponding to the use in Civil Engineering. This effect, related to the dislocations- interstitial impurities interactions, was explained thanks to MET and internal friction effect.