Transition ductile-fragile des aciers pour gazoducs : Étude quantitative des ruptures fragiles hors plan et corrélation à l’anisotropie de microtexture

La bonne tenacite des aciers pour gazoducs aux basses temperatures est necessaire pour eviter la propagation de fissures de maniere catastrophique. Cette etude vise a ameliorer la comprehension physique et l'evaluation quantitative du comportement a rupture des aciers pour gazoducs lamines a chaud, en nous interessant plus particulierement aux temperatures au pied de la transition ductile-fragile . La resilience de ces aciers est generalement validee a l'aide d'essais dits drop weight tear tests (DWTT), apres lesquels le facies de rupture doit contenir moins de 15% de zone fragile. Pour les aciers mis en forme par laminage thermomecanique (TMCP), des ruptures fragiles hors plan, comme le delaminage (qui se propage dans le plan de laminage de la tole), et la rupture fragile en biseau le long des plans dits theta (inclines de 40° autour de la direction de laminage par rapport au plan de laminage) apparaissent dans la transition ductile-fragile. Ces modes de rupture, observes lors des essais de resilience (DWTT, Charpy) et de tenacite (CT), affectent la resistance a la rupture de ces aciers.L'anisotropie de l'ecoulement plastique, puis celle de la sensibilite a la rupture par clivage ont ete caracterisees en fonction de la temperature, a l'aide d'essais de traction sur des eprouvettes lisses et entaillees concues pour cette etude. L'analyse mecanique de ces essais a l'aide de calculs par elements finis a permis de determiner des contraintes critiques de clivage dans les directions perpendiculaires au plan de laminage et aux plans theta. Les valeurs obtenues dans ces directions sont de 25% inferieures a celles correspondant aux directions de laminage et travers long.L'anisotropie de la contrainte critique de clivage a ete quantitativement correlee a l'anisotropie de microtexture du materiau. Des entites appelees « facettes de clivage potentielles » ont ete definies et mesurees dans cette etude, comme des regions contenant un plan {100} defavorablement oriente et dans lesquelles les fissures de clivage se propagent sans etre arretees. Par exemple, un plan contenant 20% de facettes de clivage potentielles aurait une contrainte critique de clivage de 20% moins elevee qu'un plan presentant seulement 10% de facettes de clivage potentielles.La taille et la forme de ces facettes de clivage potentielles evoluent avec la deformation plastique. Par consequent, la contrainte critique de clivage est affectee par l'historique de deformation. Dans le cas du delaminage, les facettes de clivage potentielles s'allongent au cours d'un chargement dans la direction travers long, conduisant a une augmentation de leur taille effective et par consequent a une diminution (qui peut atteindre 30%) de la contrainte critique de clivage dans le plan de la tole. Cette diminution facilite in fine l'apparition du delaminage. De plus, la presence de micro-fissures ductiles facilite la rupture par delaminage en modifiant l'etat de contrainte local. Un critere a ainsi ete propose pour predire numeriquement l'amorcage du delaminage dans des eprouvettes de traction et/ou de resilience Charpy.L'application de cette approche a des echantillons traites thermiquement et a des echantillons pre-deformes a montre que la sensibilite au delaminage pouvait etre controlee en modifiant la texture locale initiale du materiau.