Les aciers inoxydables ferritiques stabilisés, aussi performants dans de nombreux domaines et moins chers que les aciers inoxydables austénitiques, souffrent cependant d’une formabilité inférieure (mise en forme + défaut de chiffonnage / roping). Il convient donc d’optimiser les microstructures et textures finales de ces produits, ce qui passe entre autres par une meilleure connaissance de l’évolution du matériau durant le laminage à chaud (LAC).Des essais de bipoinçonnement effectués sur une machine Gleeble®, simulant la compression plane à cœur du matériau durant le LAC, ont permis de simuler des schémas de laminage mono et multipasses. Les effets de la déformation, de la température, de la vitesse de déformation, de la taille de grains initiale et de la composition chimique sur les évolutions dynamiques (durant une passe de laminage) et post-dynamiques (durant un temps interpasse) ont été investigués.Une passe de LAC fragmente la microstructure en cristallites par recristallisation dynamique continue (RDC). Une partie de ces cristallites deviendront les germes de la recristallisation post-dynamique (RPD) au cours du temps interpasse. Celui-ci se caractérise par la simultanéité d’activation de nouveaux germes, de la croissance de grains recristallisés au sein de zones écrouies mais également au détriment d’autres grains recristallisés.Le couplage d’un modèle de RDC existant avec un modèle de RPD créé à partir des observations expérimentales, permet de simuler des schémas de LAC multipasses et de retranscrire les effets de la majorité des paramètres opératoires. / Stabilized ferritic stainless steels are as efficient as austenitic stainless steels in many areas and less expensive. However, they suffer from a lower formability (forming + roping defect). It is therefore necessary to optimize the final microstructures and textures of these products, which requires in particular a better understanding of the evolution of the material during hot rolling.Plane strain compression tests carried out on a Gleeble® machine, reproducing the deformation during hot rolling in the center of the material, permitted to perform single- and multi-pass rolling schedules. The effects of deformation, temperature, strain rate, initial grain size and chemical composition on dynamic (during a rolling pass) and post- dynamic (during an inter-pass time) evolutions were investigated.A hot rolling pass fragments the microstructure and creates crystallites by continuous dynamic recrystallization (CDRX). A part of these crystallites becomes nuclei for the post-dynamic recrystallization (PDRX) during inter-pass time. The latter is characterized by the simultaneous activation of new nuclei and growth of recrystallized grains, not only within strain-hardened zones but also at the expense of other grains already recrystallized.The coupling of an existing CDRX model with a PDRX model based on experimental results allows to simulate multi-pass hot rolling schedules and to reproduce the effects of most of the operating parameters.

L'Inconel 718 est un superalliage base-nickel très utilisé pour la fabrication de pièces aéronautiques soumises à de fortes contraintes et de hautes températures. La maîtrise de la microstructure finale issue de la mise en forme à chaud est un des éléments clés pour le contrôle des propriétés mécaniques et pour répondre aux exigences strictes du secteur. Dans cette étude, l'évolution de la microstructure de l'Inconel 718 est étudiée au moyen d'essais de torsion suivis d'une trempe à l'eau (pour examiner les évolutions dynamiques) ou d'un maintien à la température de déformation puis d'une trempe à l'eau (pour examiner les évolutions post-dynamiques). Ces essais sont réalisés dans les domaines de température δ-supersolvus et δ-subsolvus et pour des vitesses de déformation de 10-2 à 0.1 s-1. Des analyses microstructurales par microscopie électronique à balayage et cartographie des orientations cristallographiques par EBSD sont réalisées pour suivre l'évolution de la fraction recristallisée, de la taille de grains recristallisés ainsi que de l'état de précipitation lors de la déformation et des maintiens pré- et post-déformation. Sur base de ces observations expérimentales, les principaux mécanismes métallurgiques actifs sont identifiés, puis modélisés : écrouissage, germination de nouveaux grains, migration de joints de grains, et interaction avec les particules de seconde-phases. Un modèle d'évolution microstructurale en champ moyen a été enrichi pour prendre en compte l'ensemble de ces mécanismes élémentaires et leur dépendance aux conditions thermomécaniques. Ce modèle permet de décrire, pour les domaines δ-subsolvus et δ-supersolvus, les cinétiques de recristallisation dynamique et post-dynamique de l'Inconel 718, les cinétiques de précipitation et dissolution de la phase δ, ainsi que l'évolution de la taille de grains. Il prédit également les courbes contrainte-déformation dans le domaine de température δ-supersolvus. / Inconel 718 is nickel-based Superalloy widely used in the aeronautic industry to manufacture aircraft parts subjected to extreme in-service conditions of high stresses at elevated temperatures. Controlling the microstructure after hot forming is a key element to control the mechanical properties of the final products and meet the tight specifications imposed by the aeronautic industry.In this work, the microstructure evolution of Inconel 718 was investigated via isothermal and iso-strain rate torsion tests followed by water quenching (to investigate dynamic evolution) or by annealing at deformation temperature then water quenching (to investigate post-dynamic evolution). These tests were conducted in both δ-Supersolvus and δ-Subsolvus temperature domains and for strain rates of 0.01 to 0.1 s-1.Scanning electron microscopy (SEM) and Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) were used to characterize the microstructure and follow the evolution of the recrystallized fraction, the recrystallized grain size and the δ-phase precipitation after deformation and during pre-deformation and post-deformation annealing. Based on these experimental observations, the main metallurgical mechanisms have been identified and modelled: hardening, nucleation of new grains, grain boundaries migration and the δ-phase- recrystallization interaction.A two-site mean field approach having a low computational cost was chosen to model the microstructural evolution at different thermomechanical conditions. This model describes the main mechanisms taking place during hot forming of Inconel 718 in both δ-Supersolvus and δ-Subsolvus domains and predicts the recrystallization kinetics in both dynamic and post-dynamic regimes , the δ-phase precipitation and dissolution kinetics and the grain size evolution. The model predicts also the strain-stress curves at high temperatures in the absence of δ-phase particles.

Les pièces métalliques constituant le circuit primaire des installations nucléaires sont élaborées par forgeage à chaud. Pendant ce procédé, les transformations microstructurales induites par la déformation et les recuits déterminent une partie des propriétés mécaniques des produits finaux. L’orientation de la microstructure lors du processus de fabrication nécessite une connaissance précise des mécanismes physiques qui opèrent dans le matériau. Dans le cas de la déformation à chaud de l’acier austénitique 304L, ces modifications microstructurales dépendent de la recristallisation dynamique discontinue (DDRX) et de la recristallisation post-dynamique (PDRX). L’objet de ce projet est : (i) l’étude de la DDRX et de la PDRX dans les conditions de déformation du procédé de forgeage, (ii) l’étude de l’influence d’un ajout de niobium sur ces mécanismes, (iii) la modélisation de ces mécanismes afin de prédire les caractéristiques de la microstructure (moyenne et distribution de la taille des grains) à l’issue d’un procédé multipasses. Dans le cadre de l’étude, les conditions de déformation rencontrées lors du forgeage à chaud sont reproduites à l’aide d’essais de torsion sur des matériaux modèles contenant des teneurs en niobium différentes. La caractérisation et la modélisation des microstructures a permis de comprendre les effets respectifs de la température, de la vitesse de déformation ainsi que de l’ajout de niobium sur les mécanismes de la DDRX et de la PDRX. Dans cette étude, une nouvelle approche semi-topologique de l’hypothèse champs moyens est développée afin de permettre la prédiction de distributions de la taille de grain cohérentes avec les données expérimentales. / Cooling system of nuclear power plants is constituted of metallic parts obtained by hot forging. Thus during the manufacturing process, the microstructural trans- formations induced by the deformation and annealing process define partially the mechanical properties of the final products. A sharp knowledge of the physical mechanisms generated within the material is required to handle the microstructure. In the case of hot deformation of 304L austenitic stainless steel, the microstructural modifications depend on the discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) and the post-dynamic recrystallization (PDRX). The aim of this project is: (i) the study of the DDRX and the PDRX under the conditions of deformation inherent in the forging process, (ii) the study of the influence of niobium addition on these mechanisms, (iii) the modeling of these me- chanisms in order to predict the microstructure characteristics (mean grain size and distribution) following a multipass process. As part of the research, the deformation conditions experienced during the hot forging process are replicated through torsion tests with model materials containing various niobium concentrations. Characterization and modeling of microstructures enable to understand the respective e ects of temperature, strain rate as well as niobium addittion on the DDRX and PDRX mechanisms. In this study, a new topological approach of mean-field hypothesis is developed in order to allow the prediction of realistic grain size distributions.

Les directives de l'Union Européenne conditionnent la R&D du secteur automobile concernant l'utilisation de matériaux plus légers ayant pour but de réduire la consommation de carburant et une diminution de l’émission de gaz d’échappement. L’objectif est de mettre au point des aciers allégés d’au moins 10% (ρmax ≈ 7g/cm3). Les alliages fer-aluminium possèdent des propriétés physiques et mécaniques prometteuses mais présentent des défauts de surface appelés roping, apparaissant après l’emboutissage à froid. Cette étude a consisté à mieux comprendre les conditions de recristallisation au cours du laminage à chaud afin de contrôler la microstructure et ainsi limiter ces défauts. Il est généralement admis, lors d’une déformation à chaud, que les alliages ferritiques, à haute énergie de défaut d’empilement, donnent lieu aux processus de recristallisation dynamique géométrique (RDG) et de recristallisation dynamique continue (RDC). Dans cette étude, l’existence d’une transition entre les mécanismes de RDC et de recristallisation dynamique discontinue (RDD) a été mise en évidence pour des températures comprises entre 900 et 1100°C et des vitesses de déformation comprises entre 0,1 et 50s 1. La recristallisation post dynamique a aussi été étudiée afin d’observer l’évolution de la microstructure lors de maintiens en température. Un modèle développé antérieurement pour la RDC de l’aluminium a ensuite été utilisé afin de simuler une passe de laminage. Bien que la comparaison des résultats expérimentaux et simulés fasse apparaître un certain nombre de différences, ce modèle permet de reproduire qualitativement les évolutions de la microstructure. / The instructions of the European Union pilot the R&D in the automotive industry regarding the use of lightweight materials which aims at reducing fuel consumption and emission of exhaust gases.The objective is to develop steels of density reduced by at least 10% (ρmax ≈ 7g/cm3). Iron aluminum alloys display promising physical and mechanical properties but they often exhibit surface defects, referred to as roping, appearing after the deep drawing process. This study was carried out to better understand the conditions of recrystallization during hot rolling to control the microstructure and thereby limit these defects.During hot deformation, it is generally agreed that geometric dynamic recrystallization (GDRX) and continuous dynamic recrystallization (CDRX) operate in ferritic alloys with high stacking fault energy. In this study, the existence of a transition between CDRX and the mechanism of discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) has been brought into evidence in the temperature range 900 1100°C and strain rate range 0.1-50s-1. Post-dynamic recrystallization was also studied to observe the evolution of microstructure during holding temperatures.A model formerly developed for the CDRX of aluminum was then used to simulate a rolling pass. Comparison of computed and experimental results shows some differences but this model can reproduce microstructural changes qualitatively.