Martensitic transformation and delayed cracking phenomenon in the 301LN unstable austenitic steel
Transformation martensitique et rupture différée dans l'acier austénitique instable 301LN
Résumé
The automotive industry requires increasingly steels with good combination of high strength and good formability. Unstable austenitic stainless steels combine these properties, making them very attractive. However, under specific conditions in the field of drawing, delayed cracking phenomenon can appears in this kind of steels. The aim of this work is the study of the delayed cracking phenomenon related to the martensitic transformation in the 301LN unstable austenitic stainless steel. For that, we divided this work into two parts: Thermomechanical Behaviour : This part deals with the characterization of martensitic transformation after uniaxial loading under different of temperature and strain rate conditions. The stress distribution between the phases, the martensitic transformation kinetics, and the evolution of crystallographic texture are determined by X Rays Diffraction (XRD) under uniaxial in-situ tensile tests. Multi-scales analysis of the delayed cracking phenomenon : study of the delayed cracking phenomenon are done on deep drawing cups. The identification of microstructural parameters which are responsible of crack initiation is realised by Scanning Electronic Microscopy (SEM). For different conditions of drawing, both, macroscopic residual stress and residual stress distribution between phases are determined and associated to the martensite content in the cups. Numerical simulations of deep drawing process are realised by implementation of two martensitic transformation models in the unstable austenitic steels. Numerical results are compared to our experimental results. We establish a relation between stress state in the martensite, volume fraction of formed martensite, and the delayed cracking phenomenon.
Dans un contexte de réduction de masse dans l'industrie automobile, les aciers austénitiques instables, grâce à l'excellent compromis de ductilité-résistance qu'ils présentent, peuvent apporter des solutions en termes d'allégement et de sécurité. Cependant, et sous certaines conditions de mise en forme, ces aciers peuvent présenter des problèmes de rupture différée. L'objectif de cette thèse est l'étude du phénomène de rupture différée associée à la transformation martensitique dans l'acier austénitique instable 301LN. Pour cela, nous avons divisé notre travail en deux grandes parties : Comportement thermomécanique : cette partie porte sur la caractérisation de la transformation martensitique après des essais de traction uniaxiale sous différentes conditions en température et en vitesse de déformation. La distribution des contraintes entre phases, la cinétique de transformation et l'évolution de la texture cristallographique sont suivies lors d'essais post mortem et in situ en diffraction des rayons X (DRX). Analyse multi-échelles de la rupture différée : l'observation et l'étude de la rupture différée sont réalisées sur des emboutis cylindriques à fond plat. L'identification des éléments microstructuraux à l'origine des fissures a été réalisée par observation au Microscope Electronique à Balayage (MEB) des zones de rupture. La distribution des contraintes résiduelles macroscopiques et dans chaque phase, a été déterminée et associée à l'évolution de la fraction volumique de martensite pour différentes conditions d'emboutissage. Des simulations numériques d'opération d'emboutissage, par implémentation dans le code de calcul éléments finis Abaqus©, de deux modèles de transformation martensitique dans les aciers austénitiques instables ont été effectuées et les résultats sont comparés avec les résultats expérimentaux. Nous établissons un lien direct entre l'apparition de la rupture différée, l'état de contrainte dans la martensite, et les fractions de martensite formée dans les godets emboutis.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]
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