Lors des procédés de mise en forme à chaud des matériaux métalliques, les surfaces des outillages sont soumises à des sollicitations thermiques, mécaniques et physico-chimiques. Le frottement et l'usure jouent un rôle important dans l'endommagement de ces surfaces. De plus, les couches d'oxyde dues à la haute température influencent les mécanismes d'usure. L'objectif de ce travail est de définir un modèle phénoménologique des mécanismes activés dans un contact haute température durant les premiers instants de frottement à partir du concept du troisième corps. Des essais tribologiques pion-disque de très faible durée ont été effectués avec pour particularité la création de pièges à troisième corps à la surface des pions. Ces pièges nous ont permis d'identifier le troisième corps qui circulait dans le contact, et ont mis en avant les différents débits de premiers et de troisième corps qui se sont activés. A partir d'observations MEB couplées à des analyses EDS, le troisième corps a été identifié, et il apparaît qu'il en existe plusieurs types qui ont cependant tous pour origine commune le pion. Une fois la source du troisième corps connue, les mécanismes de sa formation et de sa circulation ont été déterminés. Enfin, les mécanismes d'accommodation de la différence de vitesse et les débits de particules ont été définis et ont permis d'établir un modèle phénoménologique d'un contact à haute température. / In high temperature forming processes, the tool surfaces are the privileged places for thermal, mechanical, and physico-chemical solicitations. Friction and wear play an important part in tool surface damage. Thus, oxide scales due to the high temperature influence the wear mechanisms. The aim of this work is to define a phenomenological model of the activated mechanisms in a high temperature contact during the first seconds of friction, based on the third body concept. Very short tribological tests, using a pin-on-disc tribometer were carried out. The main characteristic of these tests was the creation of third body traps on the pin surface. The aim of these traps was to identify the third body which was circulating in the contact, and to highlight the activated flows of the first and third bodies. SEM observations and EDS investigations have revealed that different types of third body circulate in the contact, but each type was a part of the pin. Once the source of the third body was identified, its formation and circulation mechanisms were determined. Finally, accommodation mechanisms and particles flows were defined and used to develop a phenomenological model of a high temperature contact.

La corrosion induite par les micro-organismes (CIM) génère des pertes économiques mondiales chiffrées en milliards d’euros par an. Il est communément admis que les bactéries sulfato-réductrices (BSR) jouent un rôle clé dans la CIM anaérobie des aciers. Malgré cette unanimité, les essais en laboratoire peinent à reproduire la corrosion des aciers observées en milieu naturel; bien plus, ils n’expliquent pas quel est l’élément qui déclenche la corrosion, puisque les BSR présentes dans de nombreux environnements naturels n’induisent pas systématiquement de corrosion. L’objectif de ce travail est d’évaluer la pertinence dans le domaine de la CIM de nouveaux mécanismes de transferts électroniques entre aciers et protéines ou cellules microbiennes. La première partie de la thèse évalue l’effet d’une [Fe]-hydrogénase sur les processus de corrosion anaérobie des aciers au carbone. L’hypothèse d’une catalyse directe de la réduction des protons par des hydrogénases adsorbées a souvent été suggérée dans la bibliographie, elle est ici clairement démontrée. L’hydrogénase de Clostridium acetobutylicum, qu’elle soit active, désactivée ou dénaturée accélère la corrosion de l’acier au carbone. La présence de phosphate dans le milieu rend les interprétations plus complexes mais ne modifie pas le mécanisme. Une nouvelle hypothèse est avancée qui donne un rôle essentiel aux centres fer-soufre de la protéine. La catalyse de la corrosion par les hydrogénases pourrait donc être rapprochée des mécanismes bien connus de catalyse par le sulfure de fer. Dans ce cas l’état redox des centres fer-soufre serait une clé essentielle de l’apparition ou non de la corrosion. La deuxième partie élucide le rôle de Geobacter sulfurreducens sur la corrosion anaérobie de trois types de matériaux : aciers au carbone (1145), ferritique (403) et austénitiques (304L et 316L). Les résultats mettent en évidence pour la première fois que des cellules bactériennes adhérées induisent un anoblissement du potentiel libre des aciers et accélèrent la corrosion des aciers faiblement alliés par un mécanisme de transfert direct d’électrons. Suivant les concentrations d’accepteurs et de donneurs d’électrons en solution, G. sulfurreducens peut accentuer la propagation de la corrosion en catalysant directement la réduction cathodique ou, au contraire, en absence d’accepteurs et en excès de donneurs, protéger contre la corrosion. L’apparition de la corrosion ne peut donc être induite que par la conjonction défavorable de plusieurs paramètres. Ces résultats obtenus en laboratoire apportent de nouvelles voies d’investigations des phénomènes de CIM qui doivent maintenant être confrontées aux milieux naturels. / Microbially influenced corrosion (MIC) costs billions of euros per year. It is commonly agreed that sulphate-reducing bacteria (SRB) play a key role in anaerobic MIC of steels. In spite of this, laboratory experiments have difficulty in reproducing the corrosion of steels that is observed in natural environments. Moreover, they do not explain what triggers corrosion since SRB, ubiquitous in natural environments, do not systematically induce corrosion. The aim of this work was to evaluate the relevance of new electron transfer mechanisms between steels and proteins or microbial cells in the domain of MIC. The first part of the thesis evaluates the impact of [Fe]-hydrogenase on the anaerobic corrosion of mild steels. The direct catalysis of proton reduction by hydrogenases has often been suggested in the literature; here, it is clearly demonstrated. Hydrogenase from Clostridium acetobutylicum, whether it is active, deactivated on denatured, can accelerate the corrosion of mild steel. The presence of a phosphate medium makes the interpretations more complex without modifying the mechanism. A new hypothesis implying the crucial role of iron-sulphur clusters contained in the protein is brought to light. Corrosion catalysis by hydrogenases could be compared with well-known mechanisms of corrosion catalysis by iron sulphide. In this case, the redox state of iron-sulphur clusters would play a key role in the occurrence of corrosion. The second part elucidates the role of Geobacter sulfurreducens in anaerobic corrosion of three types of steels: mild steel (1145), ferritic (403) and austenitic steels (304L and 316L). Results show, for the first time, that adherent bacterial cells induce open circuit potential ennoblement of steels and accelerate the corrosion of slightly alloyed steels by a direct electron transfer mechanism. Depending on the concentrations of the electron acceptors and donors in the medium, G. sulfurreducens could either enhance corrosion propagation by direct catalysis of proton reduction or, in the absence of acceptors and with an excess of donors, protect against corrosion. Thus the occurrence of corrosion relies on the unfavourable conjunction of many parameters. These results obtained in laboratory conditions open new paths for investigating MIC in natural environments.

Les aciers inoxydables sont de plus en plus utilisés comme renfort du béton dans lesconstructions marines et côtières, afin de prévenir la corrosion induite par les ions chloruresqui pénètrent dans le béton poreux. L’ajout de molybdène dans les aciers inox contribue àaugmenter leur résistance à la corrosion par piqure lorsqu’ils sont utilisés dans desenvironnements acides et neutres. Cependant, le rôle du Mo sur la corrosion par piqûre desaciers en milieu alcalin chloruré reste à ce jour flou et peu étudié. Par conséquence, lacompréhension de l’action du Mo dans la résistance à la corrosion en milieu alcalin est doncd'une importance majeure. Cela permettra l'optimisation de la composition finale des alliagesinoxydables en vue des applications potentiels comme renfort dans le béton. Ainsi, cette thèsevise à étudier l'effet de l'addition du Mo sur les propriétés de corrosion par piqûre des aciersinoxydables austénitiques, ferritiques et surtout lean duplex en milieu alcalin. Finalement, lerôle du Mo sur les aciers inoxydables a été discuté en termes de leur résistance à la corrosionlocalisée, cinétique de repassivation et propriétés de passivation dans plusieurs milieuxagressifs, mais surtout dans une solution chlorurée synthétique qui simule les environnementsporeux du béton (solution de pH10 avec des ions carbonates et chlorures). / The use of stainless steels (SS) as concrete reinforcement is becoming increasinglypopular in coastal and marine constructions in order to prevent corrosion induced by chlorideions penetrating into the concrete. However, the influence of Mo addition on pitting corrosionresistance of these steels is not fully understood in alkaline chloride conditions although thiselement is widely associated to an increasing corrosion resistance in acidic and neutralenvironments. Therefore, understanding Mo mechanism on corrosion resistance in alkalineconditions is hence of major importance for the setting of optimized alloy composition. ThisPhD work aims to study the effect of Mo addition on pitting corrosion properties of austenitic,ferritic and mainly lean duplex stainless steels in alkaline media, which simulates the concreteenvironment. As far as the role of Mo is concerned, it will be discussed in terms of, pittingcorrosion resistance, repassivation kinetics, and passivation properties from acidic to alkalineconditions.

Les aciers Dual-Phase sont largement utilisés dans le secteur de l’automobile enraison de leurs propriétés mécaniques remarquables et du bon compromis résistanceductilité qui lui donne d’intéressante potentialités comme absorbeur d’énergiemécanique. Cependant, la recherche de bons compromis entre les propriétésmécaniques en traction et celles de formabilité nécessite une optimisation desparamètres microstructuraux. Ce travail de thèse s’inscrit dans cet optique. Dans unepremière partie, l’étude bibliographique proposée permet de mieux cerner lesparamètres influençant la formation des microstructures ainsi que les propriétés desaciers DP. Dans une seconde partie, nous proposons un travail expérimental originalpermettant de mieux comprendre la formation des microstructures des aciers DP etde découpler l’effet de certains paramètres microstructuraux sur les propriétés deces aciers. Enfin, la modélisation micromécanique proposée permet de compléter etd’interpréter les données expérimentales acquises. Ce travail ouvre des voiesintéressantes de « design » des microstructures des aciers DP en vue de développerdes aciers de nouvelles générations possédant des propriétés optimisées. / Ferrite-martensite dual-phase (DP) steels have been widely used in automotiveindustry due to their excellent mechanical properties, such as high work-hardeningrate and a good compromise between strength and ductility allowing high energyabsorbing performance. In order to fully exploit the potential of DP steels and extendthe application, the dual-phase microstructure has to be optimized for bettercombination of strength and formability that is characterized by uniform strainand/or fracture strain. As a starting point, detailed literature review is made on themicrostructure development and mechanical properties of DP steels, and the keyfactors controlling microstructural features and determining mechanical propertiesare identified. Through experimental investigation, microstructures are developed inorder to decouple the effects of various microstructural features, and themicrostructure—mechanical properties relationship is systematically studied.Micromechanical modeling is used to further understand the experimental resultswithin a quantitative framework, and to provide a support for microstructurerefinement of DP steels by parametric study. Strategies of designing DP steels tofulfill specific forming operation have been proposed, and the concept of DP steelswith graded martensite islands has been discussed with FEM analysis as a possibilityof improving strength—formability trade-off.

Les aciers THLE ont la particularité de posséder à la fois une bonne ductilité et de hautes caractéristiques mécaniques. Ceci les rend particulièrement adaptés pour l'industrie automobile, dont les principales exigences sont l'allègement du véhicule et la sécurité des passagers. Toutefois, il est bien connu que l'augmentation des caractéristiques mécaniques accroît la susceptibilité à la fragilisation par l'hydrogène. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la susceptibilité vis-à-vis de la fragilisation par l'hydrogène de quatre aciers THLE : un DP, un TRIP, un CP et le BAS 100, un acier enrichi en vanadium et chrome. Un acier aux propriétés mécaniques plus modestes, dénommé HE (Haute Elasticité) a servi de référence. Les caractéristiques de transport de l'hydrogène dans ces aciers ont été étudiées, grâce à des essais de perméation électrochimique avec chargement en milieu acide, éventuellement additionné d'un promoteur d'hydrogénation (l'arsenic). Comme observé sur d'autres aciers, il faut souligner l'absence de conditions d'entrée stationnaires, dont il faut tenir compte dans l'évaluation des caractéristiques de diffusion. La diffusivité à température ambiante est apparue élevée pour tous les aciers, et une corrélation a été établie entre la microstructure et la diffusivité de l'hydrogène dans le matériau : plus la microstructure est fine et complexe, moins la diffusivité est élevée. De plus, l'évaluation des concentrations subsurfaciques sur les courbes en présence d'arsenic a révélé des valeurs relativement élevées pour les trois aciers aux caractéristiques mécaniques les plus élevées (TRIP 800, CP 800 et BAS 100). Ces valeurs sont conformes avec les teneurs en hydrogène diffusible mesurées par dosage juste après la perméation. Les dosages d'hydrogène résiduel, réalisés par désorption thermique sous vide après perméation, ont par ailleurs indiqué que le piégeage profond dans ces aciers était peu important, même après chargement sous polarisation et en présence d'arsenic. Ceci peut s'expliquer par des structures très bien élaborées, très fines et comportant peu de défauts. Des essais de traction ont montré qu'une hydrogénation sévère (en présence d'un promoteur) était nécessaire pour obtenir une fragilisation notable des aciers THLE. Hormis les cas extrêmes de dégradation spontanée par HIC (cloquage, fissuration), la fragilisation est imputable à l'hydrogène diffusible ou faiblement piégé car les teneurs en hydrogène piégé profondément restent négligeables. Dans les conditions industrielles, en décapage acide HCl en présence d'inhibiteurs, les résultats de perméation, de dosage et de traction s'accordent à montrer l'absence de fragilisation sur ce type d'acier. Les inhibiteurs testés semblent jouer un rôle de barrière physique, par adsorption sur le métal nu, limitant ainsi tant l'entrée d'hydrogène que la corrosion. / The distinctive feature of Very High Strength Steels (VHSS) is to present a good combination of ductility and high strength. This makes them particularly interesting for the automotive industry because of the increasing demand for the reduction of car weight and the improvement of passengers security. However, it is known that increasing mechanical characteristics enhances susceptibility to hydrogen embrittlement. The aim of this doctoral thesis work is to study the susceptibility to hydrogen embrittlement of four very high strength steels : a DP (Dual Phase), a TRIP (Transformation Induced Plasticity), a CP (Complex Phase) and BAS, a Cr-V enriched high strength steel. Low alloyed steel with lower mechanical properties, HE (high Elasticity) has been used as a reference. Hydrogen transport characteristics in these steels were investigated thanks to electrochemical permeation tests including charging in acid solution, possibly with the addition of a hydrogenation promoter (arsenic). As already observed on other steels, the absence of stationary entry conditions is to be underlined due to its necessity for the evaluation of diffusion characteristics. Diffusivity at room temperature has appeared to be very high in each of the five steels and a correlation between hydrogen diffusion coefficient and microstructure has been drawn : the finer and the more complex it is, the lower is the apparent diffusion coefficient. Moreover, sub-surface concentrations calculated on the permeation transient in the presence of arsenic have revealed relatively high values for the three steels with the higher mechanical properties (TRIP 800, CP 800 and BAS 100). These values comply with the diffusible hydrogen content measured by thermal desorption technique just after permeation. Otherwise, residual hydrogen dosage tests by thermal desorption under vacuum, have indicated that deep trapping is very low for these steels, even after charging under polarisation and in the presence of arsenic. These results can be explained by fine and homogeneous microstructures that are very well developed with few lattice defects. Ordinary tensile tests have shown the necessity of extreme charging conditions (in the presence of a promoter) for VHS steel embrittlement. With an exception in the case of extreme spontaneaous damages created by HIC (blistering, cracking), embrittlement is imputable to diffusible and weakly trapped hydrogen because deeply trapped hydrogen content is very low. In industrial conditions, during acid pickling while in the presence of inhibitors, permeation, dosage and tensile tests results suggest the absence of embrittlement for the steels. Tested inhibitors seem to act as a physical barrier, by adsorption on the bare steel surface, and limit that way hydrogen absorption and corrosion.

Les aciers de construction au carbone manganèse (C-Mn) sont largement utilisés pour diverses applications mécaniques, et en particulier pour les tuyauteries de circuit secondaire des centrales nucléaires de type Réacteurs à Eau sous Pression (REP). La robustesse des composants des circuits sous pression des REP vis-à-vis de la fissuration doit être démontrée, tant au niveau de la conception que de l’exploitation. Les aciers au C-Mn sont sensibles au vieillissement sous déformation qui entraîne une chute importante de ductilité et de ténacité entre 150 et 350°C,températures de service des tuyauteries du circuit secondaire. Ce phénomène est dû à une interaction entre les atomes de solutés et les dislocations, et peut se traduire entre autres par une sensibilité négative de la contrainte à la vitesse de déformation, et des localisations de la déformation plastique (Lüders, Portevin – Le Chatelier). L’origine physique du vieillissement sous déformation a été beaucoup étudiée, surtout dans les métaux purs, en relation avec le phénomène Portevin-Le Chatelier (PLC), mais son influence sur les propriétés mécaniques et notamment la rupture reste très controversée. L’objectif de la thèse est de modéliser le comportement et la rupture d’un acier au C-Mn dans un large domaine de température compris entre 20 et 350°C, en tenant compte des phénomènes de vieillissement sous déformation, et en particulier des localisations de déformation. Le comportement et la rupture de l’acier au C-Mn étudié ont été caractérisés expérimentalement dans le domaine 20-350°C à l’aide d’essais de traction sur éprouvettes lisses, sur éprouvettes axisymétriques entaillées, et d’essais de déchirure sur éprouvettes CT. Le modèle d’Estrin Kubin McCormick, prenant en compte le vieillissement sous déformation, a été identifié dans cette même gamme de température et la plupart des effets du vieillissement sous déformation ont pu être simulés numériquement : sensibilité négative de la contrainte d’écoulement à la vitesse de déformation, bandes de Lüders, effet PLC, modification des propriétés mécaniques de traction… Le modèle ainsi identifié a été appliqué à l’étude de la rupture d’éprouvettes lisses, entaillées et CT. La baisse de l’allongement réparti est bien décrite en traction sur éprouvettes lisses. Pour prévoir la rupture des éprouvettes entaillées, l’approche locale de la rupture a été appliquée (modèle de Rice et Tracey). Cette étude a donc permis de disposer d’un modèle prenant en compte le vieillissement sous déformation de 20°C à 350°C et décrivant les localisations de déformation plastique de type Lüdersou PLC, pour différentes géométries d’éprouvettes. Ce modèle a été utilisé pour simuler la rupture des aciers au C-Mn, suscitant ainsi une vision nouvelle pour comprendre la baisse de ductilité associée au vieillissement dynamique. / Pas de résumé en anglais disponible.

Cette étude porte sur l'évolution de la microstructure des aciers inoxydables austénitiques sous irradiation et les conséquences de cette évolution sur leur comportement en milieu REP. Un acier 304L a été irradié aux protons à 360°C à 5 et 10 dpa. Suite à ces irradiations, la sensibilité du matériau à l'IASCC a été étudiée en milieu primaire simulé à 350°C, avec suivi par microextensométrie des champs locaux de déformation. Parallèlement à ce travail, des lames minces ont été irradiées in situ aux ions Ni++ à 500°C jusqu'à 2 dpa avec implantation simultanée d'hélium. Ces expérimentations nous ont permis (i) grâce au couplage microstructure /champs mécaniques /fissuration de mieux comprendre les paramètres responsables de l'amorçage de l'IASCC en milieu réducteur (ii) de définir le rôle joué par l'hélium sur l'évolution des défauts d'irradiation. Il s'avère que, dans les conditions d'étude, l'implantation d'hélium n'a qu'un effet limité sur les populations de boucles de dislocation et de cavités pour des rapports inférieurs à 800 appm He/dpa. Des cavités ont été observées avec et sans implantation d'hélium, y compris dans les joints de grains ce qui pourrait être un facteur de fragilisation. L'ensemble des essais de corrosion sous contrainte ont validé que la densité de fissures augmente avec l'augmentation du taux de déformation et qu'un chargement séquentiel conduit à une plus grande ouverture et propagation en surface des fissures. Ces fissures se propagent en profondeur dans la couche irradiée notamment du fait de la surcontrainte générée par le fort gradient de propriétés entre la zone irradiée et non irradiée du matériau. Les mécanismes de déformation activés sont complexes et du maclage a été observé après 2 et 10% de déformation macroscopique. La déformation après irradiation est fortement localisée sous forme de bandes intragranulaires et autour de certains joints de grains, mais la déformation de ces joints ne semble pas constituer un critère d'amorçage. L'absence de transmission de la déformation de part et d'autre des joints fissurés est par contre systématiquement observée et la connaissance de l'état de contrainte local s'avère indispensable pour décrire l'amorçage de l'IASCC en milieu réducteur. Une méthodologie basée sur l'exploitation des résultats expérimentaux (champs d'orientation cristallographique, champs cinématique) appliquée à une simulation aux éléments finis permet d'estimer l'état local de contrainte, seul à même de discriminer un critère d'ouverture de fissure. / This work deals with the microstructure evolution of austenitic stainless steels under irradiation and the consequences of this evolution on their behavior in PWR environment. 304L steel was proton-irradiated at 360°C to 5 and 10 dpa. Following these irradiations, IASCC was studied in a 350°C simulated primary water, with strain fields measurements using digital image correlation. In parallel, thin foils were irradiated in situ with Ni++ ions at 500°C up to 2 dpa with simultaneous helium implantation. These experiments allowed us (i) to have a better understanding of the key parameters responsible of the IASCC initiation in reducing environment thanks to the coupling between microstructure, mechanical fields and cracking (ii) to define the role of helium on the nucleation and evolution of radiation defects. It turns out that, in the studied conditions, the implantation of helium has only a limited effect on the dislocation loop and cavity populations for ratios lower than 800 appm He/dpa. Cavities were observed with and without helium, including in the grain boundaries which could be a factor of embrittlement. The stress corrosion cracking tests resulted in an increase of the crack density with the increase of the macroscopic deformation and in a bigger opening and on-surface propagation of cracks after a sequential loading. These cracks propagate deeply in the irradiated layer partly because of the overstress generated by the strong gradient of mechanical properties between the irradiated and non-irradiated zones of the material. The activated deformation mechanisms are complex and twinning was observed after 2 and 10% of macroscopic deformation. The deformation after irradiation is strongly localized in transgranular bands and around some grain boundaries, but it appears that the strong deformation around boundaries is not an initiation criterion. Deformation discontinuity on both sides of cracked boundaries is systematically observed and evaluation of the local stress state appears to be essential to describe IASCC initiation. This local stress state could be calculated by finite elements, taking into account the experimental results in terms of crystallographic orientation fields or Kinematics fields strong heterogeneity of local deformation quantified in this work.

Ce travail traite de l'optimisation des propriétés en traction et en résilience d'un acier 2.25 Cr – 1 Mo par le contrôle de sa microstructure via des traitements thermiques appropriés. Ainsi, les transformations de phases ayant lieu au cours de l'austénitisation, de la trempe et du revenu doivent être correctement appréhendées. Des observations en microscopies électroniques à balayage et en transmission, ainsi que des analyses par diffraction des rayons X, ont été effectuées afin de caractériser et de modéliser la microstructure de l'acier à chaque étape du traitement thermique. L'évolution de la phase austénitique lors de l'étape d'austénitisation, ainsi que son influence sur la microstructure après trempe, ont été étudiées. La croissance du grain austénitique a été modélisée afin de comprendre ses mécanismes sous-jacents, en particulier le phénomène de croissance limitée observé aux plus basses températures. L'effet des conditions d'austénitisation sur la décomposition de l'austénite ainsi que sur les propriétés mécaniques du matériau après trempe et revenu a été étudié expérimentalement. Une condition d'austénitisation optimale a été déterminée et utilisée pour étudier la précipitation au revenu. La précipitation des carbures a été étudiée pour différents temps et températures de revenu. La séquence de précipitation suivante a ainsi été mise en évidence : la cémentite M3C précipite en premier, suivie des carbures M2C et M7C3 ; les carbures à l'équilibre étant les M23C6. Enfin, l'influence de la précipitation des carbures sur les propriétés mécaniques de l'acier a été étudiée. Les propriétés en traction sont particulièrement sensibles aux conditions de revenu dans le domaine d'étude, alors que les propriétés en résilience restent stables. / This work aims at optimizing tensile and toughness properties of a 2.25Cr – 1Mo steel by controlling its microstructure through heat treatments. To this aim, phase transformations during austenitization, quenching and tempering have to be understood. Quantitative microstructural analyses were performed by means of SEM, TEM and XRD to characterize and model metallurgical evolution of the steel at each step of the heat treatment. The evolution of austenite during the austenitization stage, and its influence on the resulting as-quenched microstructure were thoroughly investigated. Austenite grain growth was modelled in order to understand its mechanisms, including the limited growth phenomenon observed at lower temperatures. The effect of austenitization conditions on further decomposition of austenite and on mechanical properties after quenching + tempering was experimentally determined. An optimal austenitization condition was selected and applied to study the tempering stage. Carbide precipitation was studied for various tempering temperatures and amounts of time. M3C carbides precipitate first, followed by M2C and M7C3; M23C6 are the equilibrium carbides. The influence of carbide precipitation on mechanical properties was studied. Tensile properties are closely linked to the tempering conditions in the range investigated, while impact toughness remains stable.

Cette étude s’insère dans le cadre d’une modélisation multi-échelles du durcissement et de la fragilisation par irradiation de l’acier de cuve des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). Des simulations en Dynamique des Dislocations (DD) ont été menées pour décrire la plasticité du fer pur irradié à l’échelle du grain et fournir aux échelles supérieures des informations quantitatives telles que la force d’épinglage des dislocations par les boucles induites par l’irradiation. Nous avons débuté notre étude par l’analyse des interactions élémentaires entre une dislocation coin et différents types de boucles. Un nouveau modèle de DD a été identifié puis validé, que ce soit d’un point de vue qualitatif (mécanismes d’interaction) ou quantitatif (contrainte critique), en comparant ces résultats à ceux obtenus en Dynamique Moléculaire dans la littérature. L’influence de la taille des boucles et de la vitesse de déformation a été particulièrement étudiée.Des simulations élémentaires impliquant cette fois-ci une dislocation vis et les mêmes défauts d’irradiation ont permis d’étendre le domaine de validité du modèle de DD, en se comparant toujours aux résultats de DM de la littérature. Enfin, un premier jeu de simulations massives entre une dislocation coin et différents types de boucles a permis d’obtenir une première estimation de la valeur de la force d’obstacle pour ce type de défauts, α≈0,26. Cette valeur est en accord avec différents travaux précédents, expérimentaux ou numériques, et permet d’envisager avec confiance de futurs travaux s’appuyant sur ce nouveau modèle de DD. / This study is a contribution to the multi-scale modeling of hardening and embrittlement of the vessel steel in Pressurized Water Reactors (PWR) under irradiation conditions. Dislocation Dynamics simulations (DD) were conducted to describe the plasticity of irradiated iron at grain scale. Quantitative information about the pinning strength of radiation-induced loops was extracted and can be transferred at crystal plasticity scale. Elementary interactions between an edge dislocation and different types of loops were first analyzed. A new model of DD was identified and validated, both qualitatively in terms of interaction mechanisms and quantitatively in terms of critical stress, using Molecular Dynamics results available in the literature. The influence of the size of the loops and of the strain rate was particularly studied. Elementary simulations involving a screw dislocation and the same radiation-induced defects were conducted and carefully compared to available MD results, extending the range of validity of our model. Finally, a set of massive simulations involving an edge dislocation and a large number of loops was performed and allowed a first estimation of the obstacle strength for this type of defects (α≈0.26). This value is in a good agreement with previous experimental and numerical studies, and gives us confidence in future work based on this new DD model.

Ce travail de thèse porte sur les mécanismes de plasticité et d'endommagement des aciers complexe-phase (CP). La microstructure bainitique de ces aciers, permets d’acquérir de bonnes propriétés de formabilité, qui intéressent les constructeurs automobiles. Cependant, la complexité de ces microstructures, qui se caractérisent par une grande quantité de joints de grains et une densité élevée de dislocations, influence la plasticité et les mécanismes d'endommagement. Afin d'estimer l'impact de la microstructure, une étude des caractéristiques métallurgiques des aciers à phases complexes est réalisée. Les mécanismes de plasticité sont ensuite étudiés par des tests de tension-compression afin d’étudier les mécanismes d’écrouissage du matériau. Ensuite, l’évolution de l’endommagement au sein de la microstructure est analysée à différente taux de triaxialité des contraintes afin d’obtenir la fraction de surface volumique ainsi que le nombre et le diamètre moyen des vides en fonction de la déformation plastique. Enfin, pour examiner la stabilité thermique de ces paramètres (microstructure, plasticité et endommagement), des expériences sont effectuées dans une plage de températures allant de 20 ° C à 600 ° C. / This PhD work investigates plasticity and damage mechanisms of complex phase steels. The bainitic microstructures of such steels, which feature retained austenite islands, result in these steels exhibiting good formability properties, which are of interest to automotive companies. However, the complexity of these microstructures, which are characterised by a high amount of grain boundaries and a high density of dislocations, influences plasticity and damage mechanisms. In order to estimate the impact of a steel's microstructure on these properties, the investigation of metallurgical features of complex phase steels provided by the company Faurecia is performed. Plasticity mechanisms are then investigated by tension-compression tests to determine the influence of long- and short-range interactions on the motion dislocation. Thereafter, the evolution of damage within microstructures is analysed at different stress triaxialities in order to obtain the volume area fraction and the number and average diameter of voids as functions of plastic strain. Finally, to examine the thermal stability of these parameters (microstructure, plasticity, and damage), experiments are performed at a range of temperatures between 20°C and 600°C.