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Compréhension et AMElioration des Lingots d'Acier - CAMELIA (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 24 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR7198-MARTAI-057
Lieu de travail : NANCY
Date de publication : mardi 22 mars 2022
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 12 mois
Date d'embauche prévue : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2690,42€ bruts mensuels
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : 1 à 4 années

Missions

Pour rester des leaders et diversifier ses marchés, l'industrie métallurgique française doit être en capacité de proposer de nouveaux alliages et d'optimiser ses procédés. Dans ce cadre, il est essentiel d'optimiser les propriétés des produits dès le début de leur élaboration notamment pendant la solidification. Dans ce contexte, réduire les hétérogénéités chimiques à l'échelle du produit (macroségrégations) et à une échelle intermédiaire (méso-ségrégations) qui se forment pendant la solidification de demi-produits comme les lingots d'acier est un enjeu majeur . Si les ségrégations chimiques de type macroségrégations font l'objet de travaux depuis longtemps, prédire leur étendue et leur intensité reste encore perfectible. Par ailleurs, les ségrégations à plus petite échelle (mésoségrégations, entre le mm et le cm dans la matière brute de solidification) n'ont jusqu'à présent fait l'objet pour ce type de produits que de peu de travaux de recherche en vue de leur prédiction par la simulation numérique, bien qu'elles impactent les propriétés des pièces. C'est pourquoi les groupes : AUBERT & DUVAL, EDF, INDUSTEEL-MITTAL et FRAMATOME se sont associés pour collaborer avec l'Institut Jean Lamour. Le but de cette collaboration est d'une part d'apporter des améliorations à la prédiction des structures de solidification et des macroségrégations et d'autre part d'amener des éléments de compréhension à la formation des mésoségrégations à l'aide du codesu de calcul SOLID® développé à l'Institut Jean Lamour. Il s'agira également de tester la pertinence d'un critère de formation de mésoségrégations sur le cas des lingots coulés en Electro Slag Remelting (ESR). Dans ce cadre le logiciel SOLECS® développé également à l'Institut Jean Lamour sera mis en œuvre. Le projet est structuré autour de quatre lots :
1. Amélioration des capacités de prédictions des structures de solidification et des macroségrégations du code de calcul SOLID® ;
2. Développement et implémentation dans le code de calcul SOLID® d'un critère pour la prédiction des zones de mésoségrégations ;
3. Applications à des lingots industriels ;
4. Implémentation dans le code de calcul SOLECS® du critère de mésoségrégation développé dans le second volet et application à des cas de coulée du type ESR.

Activités

Descriptif du lot 1 : Amélioration des capacités de prédictions des structures de solidification et des macroségrégations du code de calcul SOLID® ;
Ce lot comporte 3 parties :
• Prise en compte simplifiée de la turbulence pendant le remplissage : Les phénomènes de turbulence notamment pendant le remplissage du moule jouent un rôle important sur la structure de l'écoulement et de fait sur les transferts de chaleur et de matière. La turbulence n'est à l'heure actuelle pas prise en compte dans le code SOLID®. Il s'agira de la prendre en compte de façon simplifiée pendant l'étape de remplissage par l'introduction d'une loi de viscosité. Une étude bibliographique permettra de déterminer cette loi.
• Implémentation d'un modèle de maturation pour la prédiction des espacements entre bras secondaires de dendrites : Il a été montré que la prise en compte d'une carte de taille de structure pour le calcul de la perméabilité de la zone pâteuse améliorait les prédictions de la macroségrégation. Cette carte est actuellement établie à partir d'une loi faisant intervenir le temps local de solidification. Pour les gros lingots cette loi conduit à des valeurs trop élevées. Ceci est dû au changement important de la vitesse locale de refroidissement pour ce type de produit dont les temps locaux de solidification peuvent être de plusieurs heures dans certaines zones du lingot. Un modèle de maturation avec une intégration en temps de la taille de structure sera introduit. Ce type de modèle permet de prendre en compte les variations temporelles de la vitesse de refroidissement.
• Mise au point d'une loi de fragmentation basée sur les tailles de structure dans la zone colonnaire : Dans une étude précédente conduite à l'Institut Jean Lamour, deux types de loi pour l'estimation de la densité de flux de fragments ont été proposées. Il s'agira d'implémenter ces lois dans le code SOLID®, puis de les tester sur les lingots retenus dans le lot 3.
Descriptif du lot 2 : Développement et implémentation dans le code de calcul SOLID® d'un critère pour la prédiction des zones de mésoségrégations
Un critère de formation de mésoségrégations a été déjà été développé à l'IJL pour un alliage binaire dans le cas où le soluté ne diffuse pas dans la phase solide. Il s'agira d'étendre ce critère dans un premier temps pour un alliage binaire qui diffuse parfaitement ou partiellement dans la phase solide et dans un deuxième temps d'étudier la possibilité de son extension au cas d'un alliage multiconstitué. Ce critère sera ensuite implémenté dans le code SOLID®. Un lingot de 116t expertisé par Framatome servira de cas d'étude pour le test de la pertinence de ce critère. En effet pour ce lingot, les structures ont été déjà expertisées finement en deux zones du lingot et des informations sur la mésoségrégation sont disponibles.
Descriptif du lot 3 : Applications à des lingots industriels
Un ensemble de lingots sera défini avec les partenaires industriels afin d'étudier les effets des modifications apportées dans le code SOLID® au niveau du Lot 1 et l'apport du nouveau critère de mésoségrégations du Lot 2.
Descriptif du lot 4 : Implémentation dans le code de calcul SOLECS du critère de mésoségrégation développé dans le lot 2 et application à des cas de coulée du type ESR.
Le critère développé dans le lot 2 sera implémenté dans le logiciel SOLECS développé à l'IJL. Ce logiciel permet de simuler la solidification d'un lingot coulé en ESR. Des simulations seront ensuite réalisées sur des cas définis avec les partenaires industriels afin d'analyser la pertinence de ce critère pour ce type de procédé.

Compétences

Phénomènes de transfert chaleur, masse, quantité de mouvement, solidification, simulation numérique (méthode des volumes finis), modélisation simulation des procédés
Compétences techniques : programmation Fortran
Bonne maîtrise de l'écriture scientifique

Contexte de travail

L'Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l'Université de Lorraine. Il est rattaché à l'Institut de Chimie du CNRS.
Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
L'IJL compte 167 chercheurs et enseignants-chercheurs, 105 personnels ingénieurs, techniciens, administratifs, 177 doctorants et 59 post-doctorants, et accueille environ 150 stagiaires par an.
Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays.
Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est le un bâtiment neuf situé sur le campus Artem à Nancy.
L'étude sera réalisée au sein de l'équipe 302 "Solidification".
https://ijl.univ-lorraine.fr

Contraintes et risques

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Informations complémentaires

Contrat d'un an renouvelable.

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