Constitution de la base de données

Dans ce chapitre on s’intéressera tout d’abord à la composition chimique et à la microstructure de l’acier ferritique de nuance 18MND5 (A533). Ensuite, un bilan global des essais expérimentaux sur ce matériau sera présenté ainsi que les nouveaux essais réalisés dans le cadre de la présente thèse. On détaillera la procédure expérimentale des essais mécaniques effectués qui comporte : la description, les conditions expérimentales et les mesures dépouillées de chaque essai. Finalement on terminera sur l’analyse des résultats expérimentaux en séparant nos conclusions par type d’éprouvette en distinguant entre les éprouvettes fissurées et les éprouvettes non fissurées. Cet acier est issu d’une tôle élaborée avec la coulée Creusot Loire n°3856 en 1995 selon les spécifications du (RCC-M, 2007) dans le cadre d’une collaboration entre EDF et l’institut MPA de Stuttgart sur l’effet de préchargement à chaud (Lefèvre and Barbier, 2000). Cette tôle de dimensions 2000 x 2000 x 200 𝑚𝑚Certains de ces éléments ont pour rôle d’assurer la stabilité de la microstructure de l’acier, améliorer sa résistance. D’autres éléments cependant peuvent affecter le mode de rupture dans cet acier. Par exemple, la ségrégation du phosphore dans les joints de grains peut favoriser dans certains cas, une propagation intergranulaire d’une fissure (Naudin et al., 1999). Le soufre est un élément indésirable classique de l’aciérie qu’on associe au manganèse par l’injection des carbures de manganèse (le procédé de désulfuration) et les inclusions 𝑀𝑛𝑆 sont alors formées. La teneur en soufre 𝑆 et en manganèse 𝑀𝑛 permet d’avoir une première estimation de la fraction volumique des inclusions 𝑀𝑛𝑆. Le sulfure de manganèse représente la population d’inclusions conduisant à la formation des sites de germination (une porosité initiale) à de faibles niveaux de déformations.

La microstructure de l’acier a été observée au microscope optique (Figure 18) sur un échantillon enrobé et poli et attaqué par un agent chimique (nital 2%). Ce matériau est également observé dans (Hajjaj, 2006) (Figure 19). La microstructure est de type bainite supérieure. Les phases sombres sont composées de lattes de bainite et de cémentite tandis que les phases claires représentent la matrice ferritique 𝐹𝑒(𝛼) (Figure 18). On distingue la présence des inclusions de 𝑀𝑛𝑆 en gris et de nitrure de titane 𝑇𝑖𝑁 en jaune. Les zones ségrégées sombres sont les dernières zones à solidifier et on y trouve souvent des inclusions 𝑀𝑛𝑆 de forme allongée ou sphérique (voir Figure 18). Pendant de la phase d’austénisation à la température 900°C, la taille de grain austénitique primaire est estimée à 50µm (Figure 19). Après la fin du refroidissement, chaque grain austénitique, se transforme en un ensemble de paquets de grains allongés et parallèlement orientés : on parle de paquets bainitiques. Les paquets bainitiques sont séparés par des lattes de cémentite (Fe3C) dures. La taille de paquet de bainite est estimée à 10µm. Certaines caractéristiques de la microstructure des aciers peuvent avoir un effet sur les mécanismes de rupture, dont par exemple la taille des grains d’austénite (Curry and Knott, 1978), la taille des paquets bainitiques et leurs orientations (Naylor and Krahe, 1974; Brozzo et al., 1977; Bouyne et al., 1998; Lambert-Perlade et al., 2004)

L’objectif est de comprendre l’effet de la température et de la géométrie sur la rupture dans la partie basse de la zone de transition ductile-fragile. Cette compréhension nécessite une description de la nature des mécanismes de rupture dans cette zone à partir d’une base expérimentale de tests et la description de ces mécanismes à partir des modèles existants. avec la direction de propagation de la fissure. L’usinage des éprouvettes se fait hors de la zone d’hétérogénéité située dans une épaisseur de 40𝑚𝑚 centrée au milieu de l’épaisseur de la tôle. On évite également une épaisseur de 20𝑚𝑚 des peaux supérieures et inférieures, qui sont deux zones très écrouies. On présentera en annexes les différentes découpes effectuées et le repérage des endroits de prélèvement de la tôle (§B.1) Les nouveaux essais présentés couvrent l’ensemble de la zone de transition car l’ambition initiale de la thèse était de pouvoir modéliser le couplage entre la rupture ductile et fragile dans cette zone. Or, pour des contraintes de temps, cet objectif n’a pu être atteint. Le travail de modélisation de la thèse a essentiellement été centré sur le clivage dans le bas de la transition (voir chapitre §6). Néanmoins, les essais du haut de la transition ont été exploités afin de fournir une modélisation préliminaire de la rupture ductile (voir chapitre §1 ).