Soutenances de thèses

Composition du jury

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• Sophie CAZOTTES, Professeur des universités, INSA Lyon (Rapporteur)
• Denis DELAGNES, Professeur, IMT Mines Albi (Rapporteur)
• Anne-Laure HELBERT, Professeur des universités, Université Paris-Saclay (Examinateur)
• Eric HUG, Professeur des universités, UNICAEN (Examinateur)
• Sylvain DÉPINOY, Chargé de recherche, Mines Paris - PSL (Examinateur)
• Anne-Françoise GOURGUES-LORENZON, Professeur, Mines Paris - PSL (Examinateur)
• Frank TIOGUEM, Ingénieur, Framatome (Examinateur)

Encadrement

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• Anne-Françoise GOURGUES (Directeur de thèse)
• Sylvain DEPINOY (Co-encadrant)

Résumé

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Les aciers bainitiques faiblement alliés de nuance 16-20MND5 sont utilisés pour les gros composants forgés des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). La certification de ces composants répond à des critères stricts de résilience dans le domaine de la transition ductile fragile qui dépendent de la microstructure. Ces composants sont caractérisés par des hétérogénéités de composition millimétriques héritées de la solidification, qui ne peuvent pas être éliminées. La microstructure, aussi définie par l'histoire thermique de l'alliage, est affectée par la massivité des pièces qui induit un gradient de cinétique de chauffage et de refroidissement dans l'épaisseur. Les études systématiques de la microstructure et de la résilience en fonction de la ségrégation millimétrique et de la vitesse de trempe restent cependant parcellaires. C'est notamment le cas des configurations de début et de fin de revenu (chauffage lent et traitement de détensionnement) et sur des échantillons représentatifs de la réalité industrielle. Au moyen de caractérisations métallographiques, de diffraction électronique (EBSD), de diffraction des rayons X (DRX), et de micro-dureté, la microstructure est caractérisée systématiquement sur des échantillons à différentes échelles lors de la trempe et du revenu. La vitesse de trempe post-austénitisation, dans les zones d'intérêt, est déterminée entre 4000°C/h et 1000°C/h sur une pièce à échelle 1. La microstructure bainitique brute de trempe reste similaire dans cette gamme malgré la trempabilité locale plus élevée des zones ségrégées, et s'accompagne de la présence d'îlots de Martensite et d'Austénite (MA) en quantité faible (2-3% d'austénite résiduelle). Au cours d'un chauffage lent (quelques dizaines de degrés par heure), les MA se décomposent en-dessous de 400°C en carbures présentant des morphologies diverses. En fin de chauffage, à 645°C, ces morphologies s'homogénéisent en partie et des carbures M2C précipitent. Le palier de revenu à 645°C ne s'accompagne pas d'un grossissement important des précipités de type cémentite. Aucun effet sensible de la vitesse de trempe sur l'évolution microstructurale au chauffage ou au revenu a été constaté. La massivité des échantillons traités (de quelques grammes à plusieurs tonnes) n'a également pas d'effet sur la microstructure locale pour des conditions de traitement thermique identiques. Les essais de résilience instrumentés montrent que la Température de Transition Ductile-Fragile (TTDF) peut augmenter de -46°C à -16°C entre 2h et 20h de revenu. Cette évolution résulte de l'augmentation de la probabilité (donc de la précocité) de l'amorçage du clivage (principalement à -60°C et -40°C). Les analyses fractographiques montrent que ce phénomène est associé au grossissement de particules riches en Mn et Mo localisées sur les sites d'amorçage du clivage près d'un joint de forte désorientation. Du fait de leur composition, ces particules sont suspectées d'être de type M23C6. Ce carbure n'est cependant pas prévu à l'équilibre par les calculs thermodynamiques malgré les variations de composition pouvant provenir de la ségrégation ou des MA. La discussion propose que la réduction de la résilience proviendrait d'une augmentation de la densité de sites d'amorçage potentiels du clivage, à la suite de la croissance de ces carbures spécifiques.

Mots clès

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Acier bainitique,Ségrégation,Carbures,Revenu,Résilience,Clivage

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