Etude des phénomènes à l`origine du vieillissement des aciers pour

N°ordre 2001ISAL0072 Année 2001
THESE
Présentée
DEVANT L’INSTITUT DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
Pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
FORMATION DOCTORALE : Génie des matériaux
ECOLE DOCTORALE : Matériaux de Lyon
Par
Nicolas LAVAIRE
(Ingénieur de l’Institut des Sciences et Techniques de Grenoble)
Etude des phénomènes à l'origine du vieillissement des aciers
pour emballage à "Ultra Bas Carbone" (ULC):
Apport du Pouvoir Thermo-Electrique à la caractérisation des
états microstructuraux.
Soutenue le 20 décembre 2001
Jury Mmme
André Pineau Rapporteur
Pierre Auger Rapporteur
Jean Luc Christen
Véronique Sardoy
François Gobin
Roger Fougères
Véronique Merlin Directeur de thèse

THESE de Doctorat
Etude des phénomènes à l'origine du vieillissement des
aciers pour emballage à "Ultra Bas Carbone" (ULC):
Apport du Pouvoir Thermo-Electrique à la caractérisation des états
microstructuraux.
Nicolas LAVAIRE

SOMMAIRE
Abréviations utilisées
INTRODUCTION 12
I. GENERALITES 18
I.A. Les aciers plats au carbone pour emboutissage 18
I.A.1. Introduction 18
I.A.2. La fabrication des aciers plats au carbone 19
I.B. Les aciers pour emballages 21
I.B.1. Généralités 21
I.B.2. Recuit et relaminage des APE ULC 21
I.B.3. propriétés mécaniques et rhéologiques des APE 22
I.C. Etats du carbone et de l’azote dans les aciers extra-doux 24
I.C.1. Systèmes Fe-C et Fe-N 24
I.C.1.a) diagrammes d’équilibre 24
I.C.1.b) Les carbures de fer 26
I.C.1.c) les nitrures de fer 27
I.C.2. Aciers extra-doux 29
I.C.2.a) Nitrure d’aluminium: AlN 29
I.C.2.b) Interactions substitutionnel-interstitiel 29
I.C.2.c) Les atmosphères de Cottrell 30
I.C.2.d) Ordre ou atmosphères de Snoek 31
I.C.2.e) Ségrégation aux joints de grains 32
I.D. Déformation dans un acier bas carbone 33
I.D.1. Génération de nouvelles dislocations : Sources de dislocations 33
I.D.2. Sous-structure de dislocations 33
I.D.3. Densité de dislocations 34

II. LE VIEILLISSEMENT DANS LES ACIERS BAS CARBONE
36
II.A. Introduction 36
II.B. Le vieillissement après trempe 38
II.C. Le vieillissement après écrouissage 41
II.C.1. Généralités et définition 41
II.C.1.a) Signature du vieillissement après écrouissage 41
II.C.1.b) Le Bake Hardening 42
II.C.1.c) L’Aging Index 42
II.C.2. Théorie du vieillissement après écrouissage 43
II.C.3. Mécanismes du vieillissement après écrouissage 45
II.C.4. Effet de la température – Equivalences temps-température 49
II.C.5. Effet de la quantité d’interstitiels sur le vieillissement 50
II.C.6. Effet de la déformation 52
II.C.6.a) Taux de déformation 52
II.C.6.b) Mode de déformation 52
II.C.6.c) Effet d’un vieillissement entre 2 déformations 54
II.C.7. Influence de la taille de grains 54
II.D. Discussion 55
III. TECHNIQUES EXPERIMENTALES 58
III.A. Le frottement interne (FI): mesure du pic de Snoek et dosage du carbone et de l’azote
en solution dans des aciers extra-doux 58
III.A.1. Généralités 58
III.A.2. Aspects théoriques 59
III.A.2.a) Relaxation de Snoek 59
III.A.2.b) Cinétique de la relaxation: 60
III.A.2.c) Intensité de la relaxation 61
III.A.2.d) Forme du spectre de FI 62
III.A.3. Cas des systèmes Fe-C, Fe-N et Fe-M-C-N 63
III.A.3.a) ∆H et Tm du carbone et de l’azote dans le fer alpha 63
III.A.3.b) Dosage par mesure du frottement interne 64
III.A.3.c) Influence de la composition chimique 64
III.A.4. Mesure du frottement interne 71
III.A.4.a) Appareil de mesure : pendule de torsion, mesure du décrément logarithmique 71
III.A.5. Préparation des échantillons 73
III.A.6. Correction en fréquence des spectres 73
III.B. Le Pouvoir ThermoElectrique (PTE) 73