Projet ANR-13-RMNP-0002 – MeMnAl Steels : Développement d’aciers de 3ème génération à structures duplex destinés à l’automobile
Programme : Matériaux et Procédés pour Produits Performants  (MATETPRO) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Hubert SCHMITT (MSSMat/Centre Natioanl de la Recherche Scientifique)
Partenaires : ARCELORMITTAL MAIZIERES RESEARCH SA; Centre des Matériaux; Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales; Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence; Sciences et Ingénierie, des Matériaux et Procédés; Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux; Unité Matériaux et Transformations
Montant : 1199501.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Les futures régulations sur les émissions de CO2 dans le transport automobile (130 g/km en 2015) conduisent à un besoin de réduction de poids de 20% à fonction équivalente, sans sacrifier aux impératifs de sécurité et de productivité. Les pénalités envisagées en cas de non respect des futures réglementations poussent les constructeurs automobiles à accepter un léger surcoût pour atteindre ces réductions de poids importantes. Ceci ouvre la voie à différentes solutions : nouveaux matériaux légers, conceptions optimisées, … Dans ce nouvel environnement, l’acier présente encore des atouts importants pour les utilisateurs : grande disponibilité, coût modéré, recyclage facile, mise en forme et mise en œuvre simples et maîtrisées, propriétés de résistance au choc contribuant à la sécurité des véhicules. 
Une 1ère génération d’aciers à très haute résistance a permis de développer des propriétés mécaniques élevées à partir du contrôle de la microstructure des phases carburés métastables : dual-phase et TRIP, essentiellement. La 2nde génération, représentée par les aciers TWIP, est en développement, mais pose des difficultés d’élaboration.
Les cibles visées (UTS de 1 000 MPa, allongement uniforme de 15%, avec, si possible, une densité réduite de 5 à 10%) imposent le développement d’une nouvelle génération d’aciers. Leur métallurgie repose sur des nuances Fe-Mn-Al-C (Mn entre 5 et 8 pds %, Al inférieur à 8 pds %). Les premiers essais réalisés en laboratoire montrent qu’il est possible d’obtenir des structures biphasées très fines, ferrite-austénite. Selon la composition et les traitements thermomécaniques, les fractions volumiques des phases sont ajustées, et le comportement mécanique de l’austénite est contrôlé sur une large gamme incluant les cibles visées. L’addition d’aluminium, en plus de réduire la densité de l’alliage, favorise également le durcissement de la ferrite. Ces nuances présentent enfin l’avantage de pouvoir être produites sur les lignes de production actuelle et d’être facilement recyclables.
Le projet MeMnAl Steels, centré sur le développement de ces nouvelles nuances, propose de mener une démarche coordonnée de compréhension des mécanismes d’évolutions microstructurales et de déformation, et de modélisation de ces évolutions et des propriétés finales. Il combine les approches de métallurgie physique et de métallurgie mécanique afin d’établir une cartographie des capacités de ces aciers, d’estimer leur comportement limite, et d’aider à définir les principales étapes du procédé de fabrication. Les équipes impliquées sont complémentaires en termes de capacités expérimentales et de compétences en modélisation : métallurgie physique, thermodynamique et cinétique, métallurgie mécanique et endommagement-rupture … le tout dans le cadre d’une approche multi-échelle et multi-physique.
Le projet, d’une durée de 4 ans, s’articule autour de deux thèmes en interaction étroite : (i) la modélisation de la genèse des microstructures, et (ii) la modélisation des relations entre les microstructures obtenues et les propriétés mécaniques.
i.	Le premier thème vise à développer les outils thermodynamiques et cinétiques afin de prévoir les phases présentes et leur fraction volumique. En particulier des modèles ab initio et des approches utilisant CALPHAD seront développés en ce sens.
ii.	Le lien entre la partie microstructurale et la prévision des propriétés mécaniques sera basé sur des approches micro-macro et des modèles polycristallins liant le comportement macroscopique à celui de chaque grain, et prenant en compte les spécificités des interfaces entre les différentes phases.
L’objectif final est de capitaliser l’ensemble des connaissances acquises dans un modèle d’aide au développement de ces nouvelles nuances d’aciers. Il devra permettre de préciser de façon fiable et rapide les domaines de composition et les gammes de fabrication optimaux pour une cible de comportement mécanique, et ainsi accélérer les développements industriels futurs.