Projet ANR-14-CE07-0029 – CAP NANO : Partition du carbone dans les phases ferritiques nanostructurées: cinétiques et microstructures
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Sébastien ALLAIN (Université de Lorraine / IJL)
Partenaires : ARCELORMITTAL MAIZIERES RESEARCH SA; Groupe de Physique des Matériaux; Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux; Laboratoire public
Montant : 294122.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Le projet proposé vise à fournir une meilleure compréhension fondamentale du procédé de Quench & Partitioning (Q&P), afin d'optimiser la production de la future génération d'aciers à très haute résistance (AHSS) pour la construction automobile. Le Q&P repose sur la réalisation d’une structure duale martensite (a') + austénite (g) obtenue par trempe, suivie de la redistribution du carbone (C) de la phase a' vers la phase g. Ces aciers ont un potentiel important en termes d’allègement pour répondre aux défis de la nouvelle réglementation européenne de réduction de la production de CO2 dans les transports terrestres à l’horizon 2021.
Ce procédé, proposé en 2003, est depuis utilisé par les principaux sidérurgistes asiatiques. Les paramètres industriels utilisés sont empiriques et basés sur des connaissances limitées. De ce fait, une meilleure compréhension des mécanismes métallurgiques mis en jeu est nécessaire à des fins d’optimisation du procédé. C’est l’objectif de ce projet, proposé dans le cadre du ‘renouveau industriel’. Il repose sur une analyse microstructurale multi-échelle et sur une modélisation thermo-cinétique des phénomènes mis en jeu à l’échelle des phases. Par ailleurs, il a pour but de fournir un outil de simulation au groupe ArcelorMittal pour optimiser les paramètres industriels de production d’aciers Q&P ; ArcelorMittal étant un acteur national majeur dans la production d'aciers pour l'industrie automobile et le partenaire industriel de ce projet.
A ce jour, la modélisation thermo-cinétique du procédé Q&P s'appuie sur des concepts simplistes, rendant les prédictions très imprécises. Les causes en sont clairement identifiées. Elles sont liées à une description sommaire de la thermodynamique de a' et des conditions locales aux interfaces a’/g, à la non prise en compte de la ségrégation sur les défauts cristallins et la précipitation du C dans a’, et aux critères approximatifs de stabilité de g enrichie en C. Le projet est conçu pour répondre à ces points, et ainsi permettre une modélisation plus fidèle de l’état microstructurale à l’issue du procédé Q&P. La description thermodynamique de a’ sursaturée en C sera réalisée dans le cadre de l'approche CALPHAD. Le processus de redistribution du carbone sera alors traité selon l’approche de Darken. Une attention particulière sera accordée aux conditions locales à l’interface a'/g ainsi qu’à la mobilité du carbone dans a'. Une méthode sera alors proposée pour prendre en compte d’autres mécanismes potentiels influençant la redistribution du C, à savoir la précipitation de carbures de fer, la ségrégation du carbone et la formation de bainite
Les descriptions théoriques seront supportées par des données expérimentales à l'échelle de la microstructure, en particulier sur la nature et la quantité de C redistribué. Il est tout d'abord proposé de réaliser des expériences de diffraction des RX in situ en utilisant une source synchrotron à haute énergie  qui donnera accès à l' évolution temporelle de la redistribution du C dans les phases qui se forment au cours du Q&P. En plus de cette étude globale, une étude de la distribution de C à l'échelle du nanomètre sera menée par sonde atomique tomographique, fournissant les concentrations de C localement (défauts structurels, interfaces a'/g, g enrichie en C). Ces techniques seront complétées par de la microscopie électronique pour obtenir des informations structurales sur d’éventuels carbures de fer précipitant dans a'. Une attention particulière sera portée à la comparaison et à la cohérence des informations obtenues avec ces différentes techniques, permettant des avancées majeures dans la métrologie du C dans les aciers.
Enfin, l'intégration des microstructures obtenues dans un modèle de prédiction des propriétés mécaniques des aciers Q&P s'insère dans le programme de gestion de production en ligne développée chez ArcelorMittal, visant à améliorer le procédé et la qualité produit et à réduire les coûts.