Déchirure ductile des aciers à haute résistance pour gazoducs (X100)
Résumé
Cette étude concerne la déchirure ductile des aciers à haute limite d'élasticitée utilises pour la construction des gazoducs. La microstructure et la réponse mécanique de deux toles et d'un tube en acier X100 (R =100ksi = 690MPa) ont été éetudiees. Ces materiaux possedent une microstructure ferrito-bainitique. Le programme expérimental porte sur des éprouvettes lisses, des eprouvettes entaillees et des éprouvettes fissurees. Des eprouvettes de traction simple suivant trois directions principales ont été utilisees. Ces essais ont montré que les aciers etudies présentent une forte anisotropie plastique. La limite d'élasticite des toles se trouve au-dessous de la valeur requise pour l'acier X100. Ce n'est qu'après la production de tubes, qui implique une déformation plastique lors de la mise
en forme, que l'acier atteint le grade X100.
Les mécanismes de rupture sont etudies par microcopie optique et électronique a balayage sur des coupes
métallographiques et des examens fractographiques de l'ensemble des éprouvettes (traction, AE, Charpy V et
CT). La naissance de l'endommagement se caractérise par la rupture ou la décohesion des sulfures de calcium et des nitrures de titane. Deux modes de coalescence sont observés : la striction interne et la coalescence en bande.
L'effet d'une pré-deformation sur les caracteristiques de traction et sur la ténacite est etudie en pre-deformant des barreaux de traction de 1.6%, 3.6% et 5.9% de déformation plastique. Une prée-deformation provoque une augmentation de la limite d'élasticite et de la resistance a traction, mais diminue la téenacite du materiau. La propagation ductile dynamique sur de grandes distances (100 a 200mm) est étudiee a l'aide d'une experience de rupture à grande vitesse (20 à 40m/s) de grandes toles qui permet de reproduire la rupture par cisaillement observe lors de l'éclatement des pipelines. La resistance a la propagation sur de longues distances est éevaluee par le taux de dissipation d'éenergie. Nos essais realises sur les deux toles confirment la tendance observée precedemment selon laquelle les structures ferrito-bainitiques permettent d'obtenir un bon compromis entre la ténacite et leur limite d'élasticite. La simulation par éléments finis de la dechirure ductile des toles a été effectuee. Les simulations sont basees sur une extension du modèle Gurson-Tvergaard-Needleman incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de cavités. Un nouveau critere de plasticité anisotrope recemment developpe pour les alliages
d'aluminium est utilisé. Les parametres sont ajustes sur de petites eprouvettes. La transférabilite sur les grandes
plaques en pleine épaisseur est verifiee. Le modele permet de représenter les caracteristiques principales des essais de déchirure ductile dynamique : la courbe de chargement, la forme du front de fissure, le Développement de la striction en pointe de fissure et le taux de dissipation d'énergie.
en forme, que l'acier atteint le grade X100.
Les mécanismes de rupture sont etudies par microcopie optique et électronique a balayage sur des coupes
métallographiques et des examens fractographiques de l'ensemble des éprouvettes (traction, AE, Charpy V et
CT). La naissance de l'endommagement se caractérise par la rupture ou la décohesion des sulfures de calcium et des nitrures de titane. Deux modes de coalescence sont observés : la striction interne et la coalescence en bande.
L'effet d'une pré-deformation sur les caracteristiques de traction et sur la ténacite est etudie en pre-deformant des barreaux de traction de 1.6%, 3.6% et 5.9% de déformation plastique. Une prée-deformation provoque une augmentation de la limite d'élasticite et de la resistance a traction, mais diminue la téenacite du materiau. La propagation ductile dynamique sur de grandes distances (100 a 200mm) est étudiee a l'aide d'une experience de rupture à grande vitesse (20 à 40m/s) de grandes toles qui permet de reproduire la rupture par cisaillement observe lors de l'éclatement des pipelines. La resistance a la propagation sur de longues distances est éevaluee par le taux de dissipation d'éenergie. Nos essais realises sur les deux toles confirment la tendance observée precedemment selon laquelle les structures ferrito-bainitiques permettent d'obtenir un bon compromis entre la ténacite et leur limite d'élasticite. La simulation par éléments finis de la dechirure ductile des toles a été effectuee. Les simulations sont basees sur une extension du modèle Gurson-Tvergaard-Needleman incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de cavités. Un nouveau critere de plasticité anisotrope recemment developpe pour les alliages
d'aluminium est utilisé. Les parametres sont ajustes sur de petites eprouvettes. La transférabilite sur les grandes
plaques en pleine épaisseur est verifiee. Le modele permet de représenter les caracteristiques principales des essais de déchirure ductile dynamique : la courbe de chargement, la forme du front de fissure, le Développement de la striction en pointe de fissure et le taux de dissipation d'énergie.
XXX
Domaines
Mécanique [physics.med-ph]
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