Aciers Haute Résistance : Exemple de l’Industrie Automobile

• Introduction – Problèmatique de l’allègement des véhicules

• Système Fe - Mn - Aciers à forte teneur en Manganèse

- De nouveaux renforts : Maclage et Transfo. γ(CFC)→ε (HCP) - Energie de Faute d’Empilement (EFE) dans Fe- Mn- X - Qu’est-il préférable? Maclage ou Transfo. γ→ε? - Autre solution : Traitements Thermomécaniques – Matériaux « Dual Phase » à grains ultrafins • Conclusions : Autres problèmes à résoudre

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Matlock et al., JESTECK, 2012

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AHSS

Mas

se p

ar v

éhic

ule

(Kg)

AHSS %

Masse Totale

Matlock et al., JESTECH, 2012 IF : Interstitial Free BH Bake Hardening HSLA : High strength low alloy steels DP : Dual Phase steels TRIP : Transf Induced Plasticity TWIP: Twinning Induced Plasticity

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Le Futur n’est pas lointain Cf Corée - POSCO

STRATEGIES

Aciers DP( Dual Phase) améliorés ( Augmentation Martensite, Carbone. Modif Trait Intercritique )

Aciers TRIP* & TWIP** modifiés ( affinage grain, microalliage)

Bainite Ultrafine

Trempe et « partitioning » pour stabiliser la phase γ

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Une Tendance Lourde : Viser des Microstructures Hétérogènes

TRIP*= Transformation Induced Plasticity TWIP**= Twinning Induced Plasticity

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Nombreux Essais - Grande Variabilité dans les Résultats

Comment Atteindre Cette Zone ?

Speer,… De Cooman, Met Trans, 2011

Bouaziz, Zurob, Huang, 2013

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Profiter du Biphasage : Traitements intercritiques

Bouaziz, Zurob,, Huang, 2013

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Biphasage et Changement de Phase

TWIP Steel Bouaziz, Zurob, Huang, 2013

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(CFC)

(CC)

(HCP)

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Profiter du Point Triple du Fer : CFC - HCP – BCC par Effet Chimique

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Fe - 22 wt%Mn- O.6% C Allain et al, MSE 2004

Effet de la température et de la déformation

Nécessité d’ajouter du Carbone. Effet du Carbone sur la transformation martensitique

Intérêt du Fer Hexagonal et du maclage dans Fe FCC

Allain et al. , MSE , 2004

Fe- Mn, Volosevich, 1976

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Mesures EFE dans système Fe-Mn-C- X

Peu de mesures parfaitement convaincantes

- Fe- 16/18/20/22/25/30 Mn (Wt%) Volosevich et al, 1976; NT - Fe-Mn-C ; Mn [12-18] ; C [ 0,23- 1,35] Volosevich et al, 1975, NT - Fe – 20Mn-4Cr- 0,50C , Rémy, 1977, NT - Fe- 22/28Mn - 3Al-3Si, Pierce et al., 2014, Thermo + Distances entre partielles

Fe-Mn Triangles Fe- Mn- C Diamants Fe- 20Mn-4Cr- 0,5C Cercle

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Prévision EFE = f(composition) et (température)

Modèle de Olson et Cohen, Met Trans 1976

EFEintrinsèque = 2ρ(ΔGchemfcc→hcp+ΔGmag

fcc→hcp) + Estrain +2 σγ/ε

Densité surfacique molaire (mol/m2)

(mJ/mol)

(mJ/m3)

(mJ/m2)

ρ = 4/31/2 1/a2fcc 1/NA

- Saeed-Akbari et al. , 1976 - Rémy, Pineau, 1979 - S. Cotes et al. , 1995 - Y-K Lee , C-S Choi, 2000 - Allain et al, 2004 - Pierce, Raabe et al, 2014

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15R

Pic de Ductilité en relation avec l’écrouissage associé au maclage

Rupture Fragile

Le pic de ductilité est associé au maclage

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%

Acier Fe- 20Mn – 5/18Cr- 0,50C (Frettes amagnétiques)

Mise en forme : Expansion Hydraulique à 100°C - Utilisation basse θ

EFE20°C ~ 10 mJ/m2

d EFE/ dT ~ 0,01 mJ/m2/K

ES= - 100°C

A

10 20 30 40 50 60

500

1000

1500

2000

ε

σ (MPa)

%

Acier Fe- 20Mn – Cr- 0,50C (Frettes amagnétiques) Auto blocage des macles ou phase ε par macles préinduites

20% à 100°C

Même zone + 2% à – 50°C

macle

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Etat prédéformé 30%, 100°C

Etat initial %

INFLUENCE PREDEFORMATION SUR TRANSFORMATIONS ET DUCTILITE

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A

Etat initial

Etat prédéformé 30%, 100°C

% Amélioration de la résistance et de la ductilité à basse

température

Aciers Haute Résistance : Besoins de l’Industrie Automobile

• Introduction – Position du Problème

• Système Fe - Mn - Aciers à forte teneur en Manganèse

- De nouveaux renforts : Maclage et Transfo. γ(CFC)→ε (HCP) - Energie de Faute d’Empilement (EFE) dans Fe- Mn- X - Qu’est-il préférable? Maclage ou Transfo. γ→ε? - Autre solution : Traitements Thermomécaniques – Matériaux « Dual Phase » à grains ultrafins • Conclusions : Autres solutions et problèmes à résoudre

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AUTRE Solution Récente: (2011-2013) ACIERS BIPHASES A GRAIN ULTRAFIN TWIP/TRIP - COMMENT MIEUX FAIRE?

Structure Duplex ( Ferrite- Austénite et/ou Martensite- Austénite) et + Faible Teneur en Mn

Solution explorée récemment ( H. Bhadeshia, et al. Acta Mater 2015) 0,08C- 10,6 Mn- 0,36 Si – 0,07V- 0,28Mo et B. De Cooman et al, Metall Mater, 45A, 2014:6039- 0,3C- 10Mn- 3 Al 2Si)

xxxxxxxxx Tem

péra

ture

Temps

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550°C LA Steel 610°C SA Steel

a) Phase map showing ferrite (red) and austenite (blue); d) EDXS Mn/(MnKα/(MnKα+FeKα) peak ratio mapping

Steel 10% Mn

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Yen, Bhadeshia, Acta Mater, 2015

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C Mn

Acier 10% Mn

α γ α γ

Yen, Bhadeshia, Acta Mater, 2015

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Comment Mieux Faire?

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AUTRES PROBLEMES A L’ ETUDE

- COMPORTEMENT : Dynamic Strain Aging

- ASSEMBLAGE : Soudabilité

- PROTECTION : Galvanisation

- FRAGILISATION PAR HYDROGENE : Corrosion simple et corrosion sous contrainte

Changement nature oxyde superficiel : Addition Al et Si Réduction perméation (S-M Lee, I-J Park, J-G Jung, Y-K Lee , 2016 )

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MERCI POUR VOTRE ATTENTION

A. Pineau

andre.pineau@ensmp.fr