Relation entre la microstructure et les propriétés d'acier superduplex inoxydable : influence de la topologie et de la fraction de phases
Institution:
Université Grenoble AlpesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Duplex grades are two-phase materials consisting of equal parts austenite and ferrite. They show a combination of good mechanical properties and excellent corrosion resistance, which makes them a lower-cost alternative to conventional austenitic steels. Understanding the relationship between the microstructure and the mechanical behavior of these grades is an important step in the optimization of their service properties. The industrial superduplex has a microstructure that differs from other stainless products in many ways: size, morphology, phase fraction and texture. The aim here is to identify the effect of these different characteristics and how their combination leads to the final properties. Thermomechanical treatments have been implemented in order to generate three model microstructures, characterized by different morphologies and distributions of austenite. The texture of ferrite, characterized by the fiber α, shows different intensities of the rotated cube orientations {100} <011> and {111} <011>. All three materials exhibit anisotropic plastic flow resulting from the textures of their constituent phases, which either reinforce or attenuate this anisotropy. The yield strengths of the composite alloy and its constituent phases are closely similar. This leads to the limited influence of the phase ratio on the yield strength of superduplex steel, save for its role in controlling the microstructure size. The texture of ferrite and the size of phases have a major effect on the mechanical behavior, while that of their distribution remains negligible. The ϒ fiber orientations and in particular the {111} <112> orientation improve strength. The influence of size is due to a Hall-Petch effect, exacerbated by the amount of nitrogen in austenite. The potential levers on these dominant microstructural characteristics represent the most promising avenues for improving the mechanical properties of the superduplex stainless steel.
Abstract FR:
Les aciers duplex sont des matériaux biphasés constitués d’austénite et de ferrite à parts égales. Ils combinent de bonnes propriétés mécaniques avec une excellente résistance à la corrosion, faisant d’eux une alternative à moindre coût aux aciers austénitiques conventionnels. La compréhension de la relation entre la microstructure et le comportement mécanique de ces nuances constitue une étape importante dans l’optimisation de leurs propriétés de services. Le superduplex industriel présente une microstructure qui se démarque des autres produits inoxydables de multiples façons : taille, morphologie, fraction de phase et texture. Le but est ici d’identifier l’effet de ces différentes caractéristiques et comment leur combinaison aboutit aux propriétés finales. A cette fin, trois microstructures modèles présentant des morphologies et distributions de l’austénite différentes ont été élaborées par des traitements thermomécaniques spécifiques. La texture de leur ferrite, caractérisée par la fibre α, présente différentes intensités des orientations cube tourné {100} <011> et {111} <011>. L’écoulement plastique anisotrope s’explique par la texture de leurs phases constitutives. Les limites d’élasticités des alliages composites et des phases les constituant sont du même ordre. Ceci conduit d’abord à une faible influence du taux de phases sur la limite d’élasticité de l’acier superduplex, à l’exception de son rôle dans le contrôle de la taille de la microstructure. La texture de la ferrite et la taille des phases ont un effet prépondérant sur le comportement mécanique de l’acier superduplex alors que celui de leur distribution reste négligeable. Les orientations de la fibre ϒ et notamment l’orientation {111} <112> améliore la résistance mécanique. L’influence de la taille découle d’un effet Hall-Petch, exacerbé par la quantité d’azote dans l’austénite. Les leviers potentiels sur ces caractéristiques microstructurales dominantes représentent les pistes d’amélioration des propriétés mécaniques du superduplex les plus prometteuses.