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[POURVU] Effet des mésoségrégations sur les propriétés de rupture des aciers faiblement alliés des composants lourds

[POURVU] Effet des mésoségrégations sur les propriétés de rupture des aciers faiblement alliés des composants lourds

Effect of mesosegregations on fracture properties of low alloy steels for heavy components

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

BESSON Jacques

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactJacques BESSON
Date de validité

01/10/2020

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Microstructure, ségrégations, rupture fragile, rupture ductile, aciers trempés revenus

Microstructure, ségrégations, brittle fracture, ductile fracture, quenched and tempered steels

Résumé

Ce projet de recherche vise à mieux comprendre les liens entre ségrégations à une échelle intermédiaire (mésoségrégations) et propriétés mécaniques (surtout à rupture) d'aciers utilisés pour de gros composants fabriqués par voie lingot. Une méthode de caractérisation microstructurale quantitative sera mise au point et utilisée pour différentes intensités de ségrégation. Une méthode de caractérisation mécanique de ces zones sera également développée. L'ensemble des résultats sera capitalisé dans un modèle d'approche locale de la rupture permettant de prédire les propriétés de matériaux comportant de telles ségrégations.

This research project aims at better understanding the links between intermediate-level segregations (so-called mesosegregations) and mechanical properties (in particular, fracture properties) of steels used in heavy components fabricated from ingots. A quantitative microstructural characterization method will be set up and used for various segregation intensities. A mechanical characterization method will also be developed. These experimental results will be capitalized in a model, involving the local approach to fracture. The model will allow predicting properties of materials containing such segregations.

Contexte

Les pièces en acier faiblement allié utilisées pour la fabrication des composants lourds du circuit primaire des centrales REP sont forgées à partir de lingots de fort tonnage. Les temps de solidification très longs de ces lingots conduisent à des ségrégations plus intenses et de dimensions accrues à toutes les échelles (micro, méso, macro). Ces ségrégations se retrouvent dans la pièce finie et contribuent à leurs propriétés.

L'effet des macro-ségrégations a été étudié ces dernières années, mais celui de la forme la plus générale des mésoségrégations sur les propriétés mécaniques est notable dans certaines situations tout en étant mal compris. Le phénomène de mésoségrégation conduit simultanément à des facteurs d'amélioration de la ténacité (meilleure trempabilité) et de détérioration (durcissement, moindre propreté inclusionnaire…). La caractérisation quantitative et statistiquement représentative des mésoségrégations est elle-même un premier défi, compte tenu de la nécessité de combiner des informations métallurgiques et mécaniques à différentes échelles.

Encadrement

Directeur de thèse : Jacques BESSON - Centre des Matériaux
Co-Directeur de thèse : Anne-Françoise GOURGUES-LORENZON - Centre des Matériaux
Co-Encadrant Externe : Aurore PARROT - EDF
Co-Encadrant Externe : Patrick TODESCHINI - EDF

Profil candidat

Pour être admis en doctorat, le candidat doit être titulaire d'un diplôme national de master ou d'un autre diplôme conférant le grade de master (diplôme d'ingénieur, diplôme étranger équivalent…), à l'issue d'un parcours de formation établissant son aptitude à la recherche.
Les candidats seront sélectionnés après entretien devant un jury évaluant leur aptitude à la recherche et l'adéquation de leur formation et connaissances avec le sujet de thèse proposé. De solides connaissances scientifiques, une première expérience en recherche (stage 4 mois minimum), une forte motivation pour la recherche, un bon niveau en anglais seront exigés (minimum B2).

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Métallurgie, méthodes de charactérisation microstructurale, mécanique des milieux continus, mécanique de la rupture, essais mécaniques, méthode des éléments finis.

Le dossier de candidature doit comporter :
- une lettre de motivation comportant le projet professionnel du candidat
- un curriculum vitae détaillé mentionnant études, stages de recherche effectués, diplômes avec date d'obtention, expérience professionnelle, axes de recherche envisagés
- un relevé de notes du cursus antérieur (cycle ingénieur et/ou master)
- une ou plusieurs lettres de recommandation...
- une attestation du niveau d'anglais.
- pour un étudiant non francophone, un niveau A2/B1 en français (référentiel européen) est recommandé à son entrée en doctorat
- pour les étudiants non titulaires d'un diplôme national de master recherche, tous documents attestant les qualifications de l'étudiant en matière de formation par la recherche (attestations stages de recherche avec résumé du mémoire, recommandations, publications…)
- une copie de carte d'identité ou passeport

Les pièces au format pdf sont à envoyer à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

SEULES LES CANDIDATURES ADRESSÉES PAR E-MAIL SERONT PRISES EN COMPTE

To be admitted to a doctorate, the candidate must hold a national master's degree or another diploma conferring the master's degree (engineering diploma, equivalent foreign diploma, etc.), following a course of training establishing his research aptitude.
Applicants will be selected after interview before a jury assessing their research aptitude and the adequacy of their training and knowledge with the proposed thesis subject. Strong scientific knowledge, a first research experience (internship 4 months minimum), a strong motivation for research, a good level in English will be required (minimum B2).
The application must include:
• a motivation letter including the candidate's professional project
• a detailed curriculum vitae mentioning studies, research internships carried out, diplomas with date obtained, professional experience, research axes envisaged
• a transcript of marks from the previous course (engineer and / or master cycle)
• one or more letters of recommendation ...
• a certificate of English level.
• for a non-French speaking student, an A2 / B1 level in French (European standard) is recommended when entering a doctorate
• for students who do not hold a national research masterÂ's diploma, all documents attesting to the studentÂ's qualifications in research training (research internship certificates with summary of the dissertation, recommendations, publications, etc.)
• a copy of identity card or passport

The documents in pdf format must be sent to recruitment_these@mat.mines-paristech.fr no later than June 8

ONLY THE APPLICATIONS ADDRESSED BY E-MAIL WILL BE TAKEN INTO ACCOUNT

Résultat attendu

Méthodologie de caractérisation métallurgique et mécanique des ségrégations.
Meilleure compréhension des liens entre mésoségrégations et propriétés à rupture.
Capitalisation des résultats dans un modèle par approche locale de la rupture.
Pour le(la) doctorant(e) : solide formation en métallurgie mécanique, tant expérimentale que numérique. Ce type de profil est très recherché dans l'industrie, tant en expertise qu'en recherche-développement. La personne sera également sensibilisée à une problématique industrielle à fort enjeu technologique.

Objectif

L'objectif de ce travail est tout d'abord de proposer une méthodologie de caractérisation métallurgique et mécanique des mésoségrégations pertinente, tant par sa valeur scientifique que par sa capacité de déploiement industriel. Le deuxième objectif est de mettre en place une simulation numérique par approche locale de la rupture d'un matériau comportant des mésoségrégations pour valider les mécanismes physiques mis en œuvre et être à même de prédire les propriétés en présence de mésoségrégations.

Références

Andrieu, A. (2013). Mechanisms and multi-scale modelling of the brittle fracture modifications induced by thermal ageing of a pressurised water reactor steel, Thèse de doctorat Sciences et génie des matériaux,, MINES ParisTech, Paris, ENMP. Disponible sur https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00957868/document

A. Andrieu, A. Pineau, P. Joly, F. Roch, D. Ryckelynck, Influence of P and C Intergranular Segregation During Manufacturing and Ageing on the Fracture Toughness of Nuclear Pressure Vessel Steels, Procedia Materials Science 3 (2014) 655-660. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.06.108

A. Andrieu, A. Pineau, J. Besson, D. Ryckelynck, O. Bouaziz, Bimodal Beremin-type model for brittle fracture of inhomogeneous ferritic steels: Theory and applications, Engineering Fracture Mechanics 95 (2012) 84-101. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2011.10.016

Naudin, C. (1999).,
Modélisation de la ténacité de l'acier de cuve REP en présence de zones de ségrégation, thèse de doctorat Sciences et génie des matériaux, Ecole nationale supérieure des mines de Paris, ENMP.

C. Naudin, J.M. Frund, A. Pineau, Intergranular fracture stress and phosphorus grain boundary segregation of a Mn-Ni-Mo steel, Scripta Materialia 40 (1999) 1013-1019. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00069-X

Type financement

Convention CIFRE

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