Super duplex stainless steel grades are modern stainless steel grades combining high specific mechanical properties with excellent corrosion resistance, especially to pitting corrosion. Their very specific microstructure consists in a mix of ferrite and austenite, usually at a 50/50 ratio, arranged in layers. This ratio is finely adjusted by a final annealing step during which, this fine, strongly banded microstructure evolves towards a coarser, globularized morphology in a matter of seconds. To determine the effect of annealing time and temperature on the final morphology, the kinetics of this morphological evolution have been quantitatively assessed in commercial and model alloys. In particular, stacks of austenite and ferrite with compositions found in the super duplex microstructure were assembled using HIP to produce an ideal super duplex microstructure with infinite, smooth bands. The obtained results suggest that grain boundaries and phase interfaces play a key role in the morphological changes. A phase field model of the polycrystalline two-phase microstructure was developed to simulate the observed phenomenon and rationalize the influence of the different parameters. Furthermore, the change in morphology of the phases was quantitatively analyzed against the change in mechanical properties. TEM and EBSD observations allow to relate these variations to the arrangement of dislocations in the microstructure. The present study affords a better understanding of the effect of final annealing on the microstructure of super duplex and opens new possibilities to tailor their properties.

Super duplex stainless steel grades are modern stainless steel grades combining high specific mechanical properties with excellent corrosion resistance, especially to pitting corrosion. Their very specific microstructure consists in a mix of ferrite and austenite, usually at a 50/50 ratio, arranged in layers. This ratio is finely adjusted by a final annealing step during which, this fine, strongly banded microstructure evolves towards a coarser, globularized morphology in a matter of seconds. To determine the effect of annealing time and temperature on the final morphology, the kinetics of this morphological evolution have been quantitatively assessed in commercial and model alloys. In particular, stacks of austenite and ferrite with compositions found in the super duplex microstructure were assembled using HIP to produce an ideal super duplex microstructure with infinite, smooth bands. The obtained results suggest that grain boundaries and phase interfaces play a key role in the morphological changes. A phase field model of the polycrystalline two-phase microstructure was developed to simulate the observed phenomenon and rationalize the influence of the different parameters. Furthermore, the change in morphology of the phases was quantitatively analyzed against the change in mechanical properties. TEM and EBSD observations allow to relate these variations to the arrangement of dislocations in the microstructure. The present study affords a better understanding of the effect of final annealing on the microstructure of super duplex and opens new possibilities to tailor their properties.

Le soudage diffusion permet la fabrication d’echangeurs de chaleur compacts dans lesquels les circuits de fluide sont separes par des parois fines. On presente et on illustre ici l’interet de la simulation du grossissement de grain lors du soudage diffusion en tant qu’outil permettant la maitrise de la microstructure.

Metal forming modeling can be predictive only if the strain rate, strain and temperature dependency of the flow behaviour are correctly described. The mechanical properties and behaviour of metallic materials mainly depends on the content and structure of dislocation network, this points out the need to incorporate microstructure concepts into the numerical models. The goal is to correctly describe the main physical mechanisms occurring in metals during thermomechanical processes i.e. work-hardening, recovery, grain boundary migration, nucleation and grain growth related to dynamic, static or metadynamic recrystallization. Macroscopic and homogenized models are widely used in the industry, mainly due to their low computational cost. If this mean field framework is quite convenient, it can be synonymous, for a given material, with a large amount of experiments with advanced laboratory devices. Moreover, the homogenization of the microstructure does not permit to capture some very local phenomena.

La genese des microstructures des interfaces soudees diffusees implique plusieurs mecanismes qui ont lieu simultanement et dont le developpement au cours du cycle de soudage depend des parametres appliques et des proprietes des surfaces initiales. L'elimination des pores est obtenue par la plastification immediate des asperites sous l'effet de la pression, leur fluage et finalement la diffusion. Certains alliages sont tres sensibles a l'oxygene residuel et forment facilement des oxydes ou des carbures en surface, au chauffage. L'evolution globale du volume du materiau, en particulier le grossissement de grain, affecte aussi l'interface mais celle-ci ne peut disparaitre si elle presente des defauts susceptibles d'epingler les joints de grains.

Ce document présente un aperçu des hétérogénéités de microstructure aux interfaces qui peuvent être rencontrées lors du soudage par diffusion homogène d'un assemblage de tôles. Un assemblage homogène a finalement été réalisé avec l'obtention de propriétés mécaniques très satisfaisantes. Pour finir, une piste de réflexion est apportée afin d'améliorer les propriétés des assemblages. This document deals with the structural sources of heterogeneity during homogeneous HIP-bonding of austenitic stainless steel. An homogeneous microstructure was finally obtained with very good mechanical properties comparable to those of the base material. To conclude, a way to further improve the assembly properties is discussed.

This document deals with the structural sources of heterogeneity during homogeneous HIP-bonding of austenitic stainless steel. An homogeneous microstructure was finally obtained with very good mechanical properties comparable to those of the base material. To conclude, a way to further improve the assembly properties is discussed.

La simulation thermomecanique de la mise en forme des materiaux metalliques est predictive, d'un point de vue macroscopique, si la dependance de la contrainte d'ecoulement vis-a-vis de la deformation, de la vitesse de deformation, et de la temperature est decrite par une loi de comportement adaptee. Les proprietes mecaniques et le comportement rheologique des materiaux metalliques dependent fortement de la densite de dislocations et des structures constituees au sein du reseau de dislocations. Il apparait donc naturel d'incorporer ces aspects metallurgiques dans les outils de simulation numerique afin de decrire les principaux mecanismes physiques a l'oeuvre dans le materiau deforme : ecrouissage, restauration, migration des joints de grains, germination et croissance de grains recristallises, que ce soit en conditions statiques (au cours du chauffage ou traitement thermique), dynamiques (pendant une deformation a chaud) ou post-dynamiques. Cette etape est necessaire au developpement de modeles avec un fondement physique qui soient capables de predire l'evolution du materiau lui-meme, ou plus exactement de sa microstructure. Des modeles macroscopiques et homogeneises sont assez frequemment utilises dans l'industrie, notamment parce qu'ils ne necessitent pas de moyens de calculs particuliers, qu'ils sont assez simples et rapides a mettre en oeuvre [1, 2]. Ces avantages doivent neanmoins etre nuances par le fait que ces modeles necessitent de realiser au prealable un grand nombre de mesures experimentales impliquant des moyens d'analyse parfois assez lourds, afin d'identifier les valeurs de parametres adaptes a chaque cas (materiau/procede). De plus, le principe meme de l'homogeneisation peut empecher de decrire les phenomenes metallurgiques locaux apparaissant de maniere heterogene dans la microstructure. Depuis une quinzaine d'annees, des modeles a plus fine echelle, appeles modeles en champ complet, ont ete developpes pour decrire explicitement la microstructure et simuler son evolution [3-5] a l'echelle du polycristal. L'idee sous-jacente est que le reseau de joints de grains, sa morphologie et sa topologie jouent un role primordial dans l'evolution de la microstructure, il faut donc le prendre en compte de maniere aussi fine que possible. Une nouvelle approche en champ complet, basee sur la description des interfaces au moyen de fonctions distance (level-set) dans un contexte elements-finis (EF), a ete introduite pour modeliser la recristallisation statique (incluant le phenomene de germination) en deux puis trois dimensions, et a ensuite ete etendue a la modelisation de la croissance de grains [6-8]. L'un des avantages de cette methode est que le phenomene d'ancrage de joints de grains par des particules de seconde phase (« Smith-Zener pinning »), qui apparait dans de nombreux alliages industriels, est pris en compte de maniere naturelle, sans introduire d'hypothese simplificatrice ou de parametre specifique [9]. L'inconvenient majeur des modeles en champ complet est qu'ils sont souvent tres couteux d'un point de vue numerique, ce qui peut meme devenir redhibitoire pour certains calculs en trois dimensions. Par ailleurs, ils reposent sur de nombreux parametres dont la