Comportement des aciers bainitiques a différentes températures: étude de la cémentite aux grands instruments

The multiscale experimental characterization of bainitic steels has been the subject of this research. Two two-phase steels ferrite-cementite were chosen: a 16MND5 steel used to design RPW reactors (Reactor Pressurized Water) and a 2C40 steel. In order to study the mechanical behavior of each phase individually, different thermomechanical characterization tools have been considered. The originality of this work comes from the use of two techniques: in situ tensile tests combined to synchrotron radiation and nanoindentation.A major interest is given to the behavior of cementite. The stresses reached in this phase were determined by two methods. First, analyzes have been performed in ferritic phase by XRD and a mixture law has been used to estimate the stress values in cementite. Then, analyzes have been carried out directly in each phase using synchrotron radiation. The results show that the mixture law is a good tool to describe the stress distribution in each phase of the studied steels. However, it may be not enough because it doesn’t take into account the morphology of the carbide and highly depends on the volume fraction of the cementite: an uncertainty of ± 0.2 % can lead to stress variation of ± 1000 MPa. The local properties of cementite were also analyzed by nanoindentation. The primary results have confirmed that the carbide hardness is 2-3 times greater than the hardness of the matrix.Ce travail est porté sur la caractérisation expérimentale multiéchelles des aciers bainitiques. Deux aciers biphasés ferrite-cémentite ont été choisis : l’acier 16MND5 utilisé pour la conception des cuves des REP (Réacteur à Eau Pressurisée) et l’acier modèle 2C40. Dans le but d’étudier le comportement mécanique de chaque phase individuellement, différentes techniques de caractérisation thermomécanique ont été mises. L’originalité de ces travaux réside dans l’utilisation de deux techniques en particulier : les essais de traction in situ combinés au rayonnement synchrotron et la nanoindentation. Un intérêt majeur est donné au comportement de la cémentite. Les contraintes atteintes dans cette phase ont été déterminées par deux approches. La première consiste à déterminer les contraintes dans la ferrite par DRX puis utiliser une loi des mélanges pour estimer les contraintes dans la cémentite. La seconde consiste à déterminer directement les contraintes dans chaque phase en utilisant le rayonnement synchrotron. Les résultats montrent que la loi des mélanges reste un outil commode pour décrire la répartition des contraintes par phase. Toutefois, elle s’avère insuffisante car elle ne prend pas en considération la morphologique des inclusions et elle dépend fortement de la précision avec laquelle la fraction volumique de la cémentite est déterminée : une incertitude de ± 0,2 % peut induire une variation de contrainte de ± 1000 MPa