SEARCH FOR MORPHOLOGICAL PARAMETERS INFLUENTIAL FOR PREDICTION OF THE MECHANICAL CHARACTERISTICS OF AN AUSTENOFERRITIC DUPLEX STAINLESS STEEL
Recherche de paramètres morphologiques influents pour la prévision des caractéristiques mécaniques d'un acier austénoferritique
Résumé
Duplex stainless steels are commonly used ( among others in nuclear industry) for their good properties. However these steels may "age" in service condition at high temperatures. As their mechanical properties ( charpy impact toughness, resistance to ductile tearing) are often very scattered and tend to decrease after ageing, it has become essential to predict them with high precision. For this, we propose to explain a part of the scattering of the mechanical properties with measurable parameters in relation with the particularly complicated two-phase morphology. The two-phase and bipercolated morphology of the ferrite and austenite phases is first characterised from the observation of 2D images and from the reconstitution of a 3D image. At the same time we precise the genesis of the formation's mechanisms of the structure (germination and growth of the austenitic phase in the solidified ferri tic one) in relation with the literature. The morphological characteristics so observed corresponding with classical notions of mathematical morphology, -size, covariance, connexity-, we use morphological operators to measure morphological variables by image analysis. We establish then a link between toughness and a parameter measuring fineness of the morphology. The lack of data for very aged steels prevent us from proposing a model of toughness which could take this parameter into consideration at these ageing states, for which it is properly the more crucial to obtain specially precise predictions. _A mathematical mo del of the 3D structure of the steel is finally proposed. We choose an homogeneous Markov chain of 3D spatial processes, whose evolution in time mimes the solidification. The morphology of the microstructure is so summarised with 8 parameters. This model is liable to be coupled with a model of toughness, for which it would so enlarge the possibilities of prediction. It could also be used to simulate subsequently the damage and the rupture of two-phase materials.
Les aciers inoxydables austénoferritiques sont couramment utilisés dans l'industrie (nucléaire en particulier) pour leurs bonnes propriétés, notamment mécaniques. Cependant ces aciers sont susceptibles de "vieillir" en cours d'utilisation à des températures élevées. Comme ces propriétés (résilience, ténacité) sont souvent très dispersées et se dégradent lors du vieillissement, on cherche à les prévoir avec la plus grande précision possible. Pour ce faire on propose d'expliquer une partie de la dispersion observée sur la résilience par des paramètres mesurables, liés à la morphologie biphasée et bipercolée particulièrement complexe de ces aciers. Cette morphologie est d'abord caractérisée à partir de l'observation d'images en 2D et de la reconstitution d'une image en 3D. Parallèlement on précise la genèse de cette microstructure. Au vu des observations et analyses précédentes, les outils classiques de la morphologie mathématique peuvent être utilisés pour quantifier par analyse d'image cette structure et proposer des variables pertinentes. En utilisant un modèle paramétrique pour décrire le comportement de la résilience , on montre l'influence d'un paramètre morphologique -la finesse de la microstructure- sur cette dernière. Dans le cas des produits très vieillis -le plus important en pratique-, le manque de données disponibles ne permet pas de proposer un modèle de résilience qui tienne compte de cette variable morphologique. Un modèle mathématique de la structure 3D du matériau est enfin proposé: une chaîne de Markov homogène de processus spatiaux 3D dont l'évolution dans le temps mime la solidification. La morphologie de la microstructure est ainsi résumée à 8 paramètres. Ce modèle est susceptible d'être couplé avec un modèle de résilience pour élargir ses possibilités de prévision. Il pourrait également être utilisé pour servir de base à des modélisations ultérieures de l'endommagement et de la rupture de matériaux biphasés.