Simulation numérique de la fatigue thermique d’un cylindre revêtu par un dépôt en acier inoxydable martensitique

Numerical simulation of a martensitic stainless steel coating subjected to thermal fatigue

Résumé

L’objectif majeur de cette étude est de simuler le comportement en fatigue thermique d’un rouleau de coulée continue. Cette modélisation a nécessité la mise en place d’un banc de simulation expérimentale reproduisant les conditions réelles de fonctionnement. Le cylindre testé a été revêtu d’un acier inoxydable martensitique de nuance proche du X12Cr13, déposé par torche plasma sur un acier de nuance 25CrMo4. L’évolution thermique du cylindre a été enregistrée en fonction du temps par des thermocouples implantés à différentes profondeurs et également par un pyromètre infrarouge pour les mesures de surface. Le champ thermique est ensuite calculé numériquement par la résolution d’un problème inverse où sont optimisés les paramètres des lois de la thermique (flux thermique et coefficients de convection) en minimisant l’écart entre la base expérimentale et les résultats du calcul par éléments finis. Suite à cette phase d’optimisation, un calcul mécanique anisotherme de la structure par la méthode des éléments finis est effectué en utilisant le chargement thermique optimisé et la loi de comportement élastoviscoplastique des deux matériaux dont les paramètres ont été préalablement déterminés dans la gamme des températures de fonctionnement de l’outillage. Cette simulation numérique constitue un outil de choix technologiques, quant au type de revêtement à utiliser et à son épaisseur optimale. Elle nous permet également de tester l’outillage dans des conditions de mise en service sévères, notamment lors d’un ralentissement ou d’un arrêt du rouleau.