Optimisation de la résilience d’aciers pour l’industrie par un meilleur contrôle des liens entre mise en œuvre, microstructure et propriétés à rupture

Post-doctorat 24 mois

Centre des Matériaux (MINES Paris) et ArcelorMittal / Industeel (Le Creusot)

Personnes à contacter par le candidat

anne-francoise.gourgues@mines-paristech.fr

DATE DE DÉBUT SOUHAITÉ

15/11/2021

DATE LIMITE DE CANDIDATURE

15/10/2021

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Contexte

Dans le cadre de la gestion de l’énergie, il est identifié des besoins de fabrication de réacteurs de production de biocarburant et d’appareils à pression dans le domaine du stockage de carbone (Carbone Capture Utilisation and Storage – CCU&CCS), du stockage de l’hydrogène gazeux, le stockage de l’air liquide (LAES),… Les aciers au carbone ferritiques de fortes épaisseurs (> 20 mm) sont des matériaux candidats pour ces réservoirs. Les nouvelles conditions d’utilisation des matériaux pour les applications précédemment citées conduisent à sélectionner des aciers ayant une bonne tenue en résilience à des basses températures en plus des propriétés de traction pour résister à la pression. Jusqu’alors, les aciers dits pour appareils à pression étaient plutôt conçus pour des tenues à chaud sur de longue période (fluage). Des aciers répondant aux exigences de résiliences à basse température existent comme le 9%Ni utilisé pour les réservoirs cryogéniques4 mais restent chers, trop chers pour les marchés visés. La question est donc posée de savoir comment les aciers au carbone ferritiques pourraient satisfaire ces nouveaux requis.
Le projet concerne deux nuances candidates. La production de ces aciers est bien maîtrisée mais ils présentent une dispersion importante en tenue au choc (résilience). Comprendre et maîtriser l’origine de cette dispersion permettrait d’optimiser davantage cette propriété sur des bases physiques solides et d’envisager des solutions implémentables sur l’outil de production. C’est l’objectif des travaux envisagés pendant ce post-doctorat.

Un des intérêts de ce projet est la forte interaction avec le partenaire industriel, tant en recherche-développement qu’en production. Les travaux seront réalisés en partie au Centre des Matériaux de MINES Paris (Evry, 91) et en partie au sein d’Industeel, au Centre de Recherches des Matériaux au Creusot (71). La répartition équilibrée du temps entre les deux établissements sera déterminée une fois le recrutement finalisé. Un projet jumeau (Industeel / INSA Lyon) portera sur l’effet du traitement thermique de détensionnement après soudage, sur la résilience de ces mêmes aciers. Les deux post-doctorant(e)s auront certainement des occasions d’interagir au cours du projet.

Déroulement des travaux

Deux nuances sont envisagées, on commencera par l’une d’entre elles, de microstructure ferrito-perlitique. La méthodologie sera également appliquée à une deuxième nuance, bainitique. Dans les deux cas, les nuances sont normalisées ou trempées & revenues.

Le projet commencera par un état de l’art, non seulement de la littérature scientifique, mais aussi auprès des unités de recherche et de production du Groupe Industeel, sur les liens entre microstructure (notamment intensité de la ségrégation en bandes, taille des grains ferritiques) et résilience de cette famille d’aciers. On s’intéressera notamment à l’origine de la rupture pour les valeurs basses de la résilience. Les résultats seront synthétisés dans un document qui sera une référence pour la conception des campagnes expérimentales.

Sur la base de cet état de l’art, on explorera les mécanismes limitant la résilience des aciers de l’étude et en particulier les sites d’amorçage de la rupture fragile (inclusions, interfaces entre ferrite et colonies de perlite, carbures plus ou moins grossiers, rôle possible des ségrégations…). On pourra utiliser divers leviers pour mettre en évidence les éléments microstructuraux d’intérêt : épaisseur des tôles, traitements thermiques.

Cette analyse permettra d’identifier des éléments microstructuraux d’intérêt et de les faire varier, par exemple par traitement thermique, pour obtenir des microstructures « modèles » qui permettront de tester les hypothèses émises sur les liens entre microstructure et résilience. Une partie des travaux s’attachera enfin à modéliser ces liens pour capitaliser ces acquis et à proposer des traitements thermiques réalisables sur site de production.

Profil recherché

Titulaire d’un doctorat en sciences des matériaux, la personne recrutée possèdera une solide formation en métallurgie (si possible, des aciers) et de bonnes notions de mécanique des matériaux. Le(la) jeune docteur(e) peut être un(e) étudiant(e) étranger(ère) avec un diplôme français, un(e) étudiant(e) français(e) avec un diplôme français ou un(e) étudiant(e) français(e) avec un diplôme étranger de grade équivalent.
Un goût prononcé pour les travaux expérimentaux est indispensable, ainsi qu’une capacité d’initiative et de proposition de campagnes d’essais. Une expertise en métallographie, microscopie (MEB) et modélisation serait bienvenue.

Compétences acquises / mises en œuvre au cours du projet

Le projet fournira un solide complément de formation en métallurgie mécanique : essais mécaniques, expertise microstructurale et expertise post-rupture, transformations de phases, modélisation. Ce type de profil est très recherché par l’industrie.

En plus des activités de recherche, la personne recrutée sera en interaction étroite avec les unités de production (services méthodes). Elle sera donc fortement sensibilisée à l’industrialisation des solutions élaborées en recherche-développement. Elle sera entraînée à travailler en autonomie et à prendre des initiatives dans son projet de recherche, tout en s’appuyant sur son encadrement (académique et industriel) en tant que de besoin. Elle élargira son réseau professionnel tant vers l’industrie que vers les laboratoires académiques (MINES Paris et INSA Lyon). Certains résultats pourront être publiés en conférence et dans des revues scientifiques.

En fonction du déroulement du projet et de l’évolution du contexte sanitaire et économique, Industeel et ArcelorMittal peuvent être amenés à proposer un poste au titulaire du post-doctorat.

Conditions particulières

  • Projet de 24 mois devant impérativement démarrer avant mi-décembre 2021.
  • Jeune docteur(e) ayant obtenu son doctorat en 2019-2020 ou 2020-2021.
  • Salaire : environ 2700 € brut.
  • Déroulement des travaux : 50% au Centre des Matériaux (91) et 50% chez Industeel (Le Creusot, 71). Répartition du temps à décider plus en détail une fois le recrutement finalisé.
  • Encadrement par Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon au Centre des Matériaux et par Evelyne Guyot et Ian Zuazo chez Industeel.
  • contacts : anne-francoise.gourgues@mines-paristech.fr ; evelyne.guyot@arcelormittal.com ; ian.zuazo@arcelormittal.com

Dossier de candidature

Il doit inclure

  • CV ;
  • Lettre de motivation décrivant vos appétences et compétences pour le projet (maximum 2 pages) ;
  • Résumé des travaux de thèse (maximum 2 pages) ;
  • Coordonnées de 3 contacts, avec leurs fonctions ;
  • Copie du diplôme de doctorat ;
  • Copie du rapport de soutenance de thèse ou équivalent pour les diplômes étrangers

Il doit être envoyé avant le 15 octobre 2021 en 1 document format pdf à : anne-francoise.gourgues@mines-paristech.fr