Études expérimentale et numérique du vieillissement thermique de l’alliage inoxydable austénitique 316 Nb

Site CEA

Contexte : Parmi les matériaux étudiés au laboratoire de métallurgie du CEA centre de Valduc, l’acier inoxydable austénitique 316 Nb est l’objet d’études approfondies en collaboration étroite avec des industriels. Cet acier présente une microstructure complexe où une matrice austénitique est parsemée d’îlots de ferrite, résidus de la solidification du matériau. Ces îlots confèrent à cet acier de bonnes propriétés de soudabilité. Cependant, en fonction des traitements thermiques subis, la fraction volumique et la composition de ces îlots de ferrite peuvent varier.

Des études préliminaires mettent en évidence l’évolution de la nature des îlots de ferrite sur plusieurs nuances d’acier 316 Nb dans une gamme de température allant de 350 à 450°C. La présente étude s’attachera à expliquer les mécanismes mis en jeu lors du vieillissement ainsi que les différences de cinétique observées sur les diverses nuances. Pour y parvenir, des techniques expérimentales et numériques seront mises en œuvre, certaines situées sur le site de Valduc, d’autres faisant l’objet de collaborations avec d’autres organismes notamment avec la Direction de l’Énergie Nucléaire du CEA de Saclay.

Objectif : L’objectif global du post-doctorat est d’affiner la compréhension des mécanismes de vieillissement thermique de diverses nuances de l’alliage 316 Nb. Cette compréhension passera par un volet expérimental et un volet numérique de modélisation.

Il sera ainsi demandé au post-doctorant en charge de cette étude de :

  • se former à la technique de la Sonde Atomique Tomographique (SAT) afin d’observer les ségrégations à l’échelle atomique responsables des phénomènes de vieillissement ;
  • maîtriser un panel de techniques expérimentales utilisées en métallurgie (micro-dureté, nano-indentation, calorimétrie différentielle à balayage (DSC), microscopie…) afin de corréler les résultats issus de ces moyens avec les observations provenant de la SAT ;
  • proposer une modélisation du vieillissement. Cette modélisation devra s’appuyer sur la méthode CALPHAD (calculation of phase diagrams) basée sur les équilibres thermodynamiques des espèces ainsi que de la mobilité des éléments par diffusion ;
  • synthétiser et de publier les résultats obtenus sous formes de différents documents et de publications dans des journaux internationaux ou communications en congrès.

Le service dans lequel est situé le laboratoire est un service de recherche, dédié à la métallurgie et aux analyses de surface. Il dispose de nombreux moyens expérimentaux qui permettront au candidat d’approfondir ses connaissances sur la caractérisation des matériaux métalliques. Enfin, l’intégration du candidat au sein d’une équipe d’ingénieurs et de techniciens jeunes lui permettra d’enrichir son expérience et d’acquérir les bases pour gérer une équipe dans la suite de sa carrière.

Figure 1 : microstructure caractéristique d’une nuance d’acier 316 Nb

Figure 2 : mesures SAT de la répartition du chrome dans un acier martensitique – source : Caractérisation des évolutions microstructurales de l’acier inoxydable martensitique à durcissement structural 15-5PH au cours du vieillissement thermique, Thèse de Laurent Couturier, Université de Grenoble, Novembre 2014

Profil souhaité : doctorant en science des matériaux / métallurgie

Pour postuler, envoyez votre CV et votre lettre de motivation par e-mail à nicolas.cliche@cea.fr