Étude de l’impact du bore sur les propriétés thermodynamiques d’aciers à haute résistance

Contexte

Dans les nouvelles chimies des aciers à haute résistance, le bore est ajouté en très faible quantité (< 40 ppm massique) notamment afin d’éviter certaines problématiques de type LME (Liquid Metal Embrittlement, fragilisation par diffusion de métal liquide). Toutefois, la présence de B entraîne la formation de défauts sur brame (criques internes ségrégées, fissuration) lors de la solidification à la coulée continue. Ces défauts trouveraient leur origine dans les transformations de phases au refroidissement, en particulier la réaction métatectique ainsi que la transformation de la ferrite en austénite et liquide à moyenne température. Cependant, la thermodynamique de ces systèmes, notamment pour de faibles teneurs en B et en présence de liquide est mal définie. Cette connaissance est essentielle pour optimiser la chimie des nuances en cours de développement ainsi que l’ajustement des paramètres d’élaboration afin de limiter voire d’éviter ces défauts. Cette étude pourra aussi servir de guide lors de l’élaboration des aciers à partir du recyclage de ferrailles dans le cadre de la limitation des émissions de gaz à effet serre.

L’objectif du travail de thèse est de développer :

une description cohérente de la thermodynamique du système Fe-B-X (X=C,Mn(Si,Al)) et des limites des domaines de stabilité des phases en fonction de la température à partir de données expérimentales établies pour les solutions solides ferritique et austénitique en équilibre avec la phase liquide.

une base de données thermodynamiques dans le formalisme Calphad permettant de calculer ces limites de phases. La spécificité de cette base est qu’elle devra permettre de calculer des équilibres de phases avec un haut degré de précision, pour les domaines de composition et des gammes de températures considérés pour l’application visée, avec des ajouts de B ne dépassant pas 40 ppm massique et des températures pour lesquelles la phase liquide est présentePour acquérir des données manquantes sur les systèmes d’intérêt, des expériences utilisant différentes techniques d’analyse thermique et en conditions isothermes seront mises en oeuvre afin de caractériser les domaines de stabilité des phases, les chemins de solidification et la morphologie des microstructures.

L’ensemble des connaissances acquises sera capitalisé dans un modèle d’aide à l’élaboration de nuances d’aciers avec ajout de bore. Il devra permettre de préciser de façon fiable et rapide le comportement à la solidification, et le contrôle des défauts à la coulée.

Profils recherchés :

Masters ou ingénieurs spécialisés en « Science des matériaux » et/ou « Chimie des matériaux » et/ou « Physique des matériaux ». La/le candidate/candidat devra avoir un intérêt à la fois pour les approches expérimentales et pour les simulations numériques.

Conditions :

La thèse d’une durée de 3 ans s’effectuera principalement au laboratoire SIMaP (Laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés, Université Grenoble Alpes). Des séjours réguliers sont prévus sur le site de la société ArcelorMittal (Research Center de Maizières-les-Metz)