--- title: "Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du…" description: "La zone affectée thermiquement (ZAT) est une cartographie graduée des histoires thermiques, et non une bande uniforme." canonical: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier language: fr robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/steel-weld-heat-affected-zone-metallurgy.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/metalurgie-tepelně-ovlivněné-oblasti-ocelového-svaru.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/metallurgie-der-wärmeeinflusszone-beim-stahlschweißen.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/metalurgia-de-la-zona-afectada-por-el-calor-en-soldaduras-de-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/a-hegesztett-acél-hőhatásövezetének-metallurgiája.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/metallurgia-della-zona-termicamente-alterata-nella-saldatura-dell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/metallurgie-van-de-warmte-beïnvloede-zone-bij-het-lassen-van-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/metalurgia-strefy-wpływu-ciepła-podczas-spawania-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/metalurgia-da-zona-afetada-pelo-calor-da-soldadura-do-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/металлургия-зоны-термического-влияния-при-сварке-стали.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çelik-kaynağında-isıdan-etkilenen-bölgenin-metalurjisi.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢焊缝热影响区冶金学.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼材溶接熱影響部の冶金学.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/علم-معادن-المنطقة-المتأثرة-بالحرارة-في-لحام-الفولاذ.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강재-용접-열영향부-야금.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/metalurgia-da-zona-afetada-pelo-calor-na-soldagem-do-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-वेल्ड-के-ऊष्मा-प्रभावित-क्षेत्र-का-धातुकर्म.md content_hash: sha256:5f4d226fbe6dd0477e2ece7cea68390642ef4a869e5d8a89aba96aebe768714d generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier > Canonical URL: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/796b2138-93f3-4df9-8f62-9924a1238e85/wiki-hero-a-transverse-steel-weld-cross-section-showing-the-fusion-zone-fusion-boundary-co-1920x823.jpg) Traitement thermique # Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier La zone affectée thermiquement (ZAT) est une cartographie graduée des histoires thermiques, et non une bande uniforme. ![Portrait d’Anders Bergström, journaliste de la sidérurgie](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/fr/actualites/auteur/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Traitement thermique 60+ min de lecture Mis à jour 15 août 2026 Revu selon les preuves Sur cette pageSur cette page - [1. Ce qu’est la zone affectée thermiquement — et ce qu’elle n’est pas](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#1-ce-qu-est-la-zone-affectée-thermiquement-et-ce-qu-elle-n-est-pas "1. Ce qu’est la zone affectée thermiquement — et ce qu’elle n’est pas") - [2. Cycles thermiques : température de pointe, vitesse de chauffage et temps de refroidissement](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#2-cycles-thermiques-température-de-pointe-vitesse-de-chauffage-et-temps-de-refroidissement "2. Cycles thermiques : température de pointe, vitesse de chauffage et temps de refroidissement") - [3. Austénitisation et sous-régions conventionnelles de la ZAT](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#3-austénitisation-et-sous-régions-conventionnelles-de-la-zat "3. Austénitisation et sous-régions conventionnelles de la ZAT") - [4. Produits de transformation et microstructure de la ZAT](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#4-produits-de-transformation-et-microstructure-de-la-zat "4. Produits de transformation et microstructure de la ZAT") - [5. Dureté, ténacité et résistance mécanique dans toute la ZAT](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#5-dureté-ténacité-et-résistance-mécanique-dans-toute-la-zat "5. Dureté, ténacité et résistance mécanique dans toute la ZAT") - [6. Mécanismes de fissuration de la ZAT dans les aciers au carbone et faiblement alliés](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#6-mécanismes-de-fissuration-de-la-zat-dans-les-aciers-au-carbone-et-faiblement-alliés "6. Mécanismes de fissuration de la ZAT dans les aciers au carbone et faiblement alliés") - [7. Préchauffage, contrôle de la température entre passes et variables de la procédure de soudage](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#7-préchauffage-contrôle-de-la-température-entre-passes-et-variables-de-la-procédure-de-soudage "7. Préchauffage, contrôle de la température entre passes et variables de la procédure de soudage") - [8. Soudage multipasse : réchauffage, revenu et chevauchement des ZAT](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#8-soudage-multipasse-réchauffage-revenu-et-chevauchement-des-zat "8. Soudage multipasse : réchauffage, revenu et chevauchement des ZAT") - [9. Grade 91 et fissuration de type IV](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#9-grade-91-et-fissuration-de-type-iv "9. Grade 91 et fissuration de type IV") - [10. Corrosion de la ZAT et fissuration assistée par l’environnement](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#10-corrosion-de-la-zat-et-fissuration-assistée-par-l-environnement "10. Corrosion de la ZAT et fissuration assistée par l’environnement") - [11. Examen de la ZAT et caractérisation des propriétés](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#11-examen-de-la-zat-et-caractérisation-des-propriétés "11. Examen de la ZAT et caractérisation des propriétés") - [12. Lire les normes de soudage et les qualifications de modes opératoires](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#12-lire-les-normes-de-soudage-et-les-qualifications-de-modes-opératoires "12. Lire les normes de soudage et les qualifications de modes opératoires") - [13. Cadre métallurgique pratique pour le diagnostic de la ZAT](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#13-cadre-métallurgique-pratique-pour-le-diagnostic-de-la-zat "13. Cadre métallurgique pratique pour le diagnostic de la ZAT") - [14. Synthèse : pourquoi la métallurgie de la ZAT contrôle les performances des aciers soudés](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#14-synthèse-pourquoi-la-métallurgie-de-la-zat-contrôle-les-performances-des-aciers-soudés "14. Synthèse : pourquoi la métallurgie de la ZAT contrôle les performances des aciers soudés") ## 1. Ce qu’est la zone affectée thermiquement — et ce qu’elle n’est pas ### Définition par rapport à la zone de fusion et au métal de base non affecté La zone affectée thermiquement (ZAT) est la partie du métal de base dont la microstructure, les propriétés, ou les deux, ont été modifiées par la chaleur du soudage sans avoir fondu. Elle se situe entre la limite de fusion et le métal de base non affecté. La zone de fusion est différente : il s’agit du métal fondu qui est devenu liquide, s’est mélangé avec toute partie fondue du matériau de base, puis s’est solidifié. Sa structure est principalement régie par les conditions de solidification, la dilution, la composition du métal fondu et le refroidissement ultérieur. Cette limite est métallurgique, et pas simplement visuelle. L’attaque métallographique peut révéler une ligne de fusion, mais la ZAT s’étend au-delà de celle-ci, car la chaleur se propage dans la tôle, le tube ou le raccord. Le métal situé immédiatement à l’extérieur de la limite de fusion peut avoir atteint une température supérieure à la plage critique supérieure et s’être entièrement transformé en austénite avant de refroidir. Plus loin, la température maximale peut avoir été suffisante uniquement pour affiner les grains existants, transformer partiellement la structure, revenu la martensite ou provoquer un grossissement des carbures. Encore plus loin, la température peut avoir été trop faible pour produire une modification mesurable. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/8fb86a13-d1d2-4bec-93e6-674197b88553/wiki-inline-a-steel-plate-beside-a-weld-showing-nested-peak-temperature-contours-and-corresp-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/8fb86a13-d1d2-4bec-93e6-674197b88553/wiki-inline-a-steel-plate-beside-a-weld-showing-nested-peak-temperature-contours-and-corresp-1920x1094.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Distance from the weld corresponds to falling peak temperature, but the boundaries shift with the procedure. La ZAT n’est donc ni du métal fondu ni un matériau de base non affecté. Il s’agit de métal de base thermiquement modifié, resté à son emplacement d’origine. Sa composition chimique reste généralement celle de l’acier de base, bien que la fusion locale, la ségrégation, l’oxydation, la migration du carbone ou l’interaction avec un revêtement puissent compliquer cette description à proximité de la limite de fusion. #### Variables du cycle thermique Température maximale Détermine si une fusion, une austénitisation complète, une transformation partielle ou un revenu peut se produire. Vitesse de chauffage Modifie le temps disponible pour la diffusion, la dissolution des carbures et la formation de l’austénite. Vitesse de refroidissement Contrôle la compétition entre la formation de ferrite, de perlite, de bainite et de martensite. Historique des réchauffages Ajoute un revenu, un affinage, une réausténitisation partielle ou un surrevenu lors des passes ultérieures. ### Pourquoi la ZAT est une cartographie de l’histoire thermique plutôt qu’un matériau unique Terminologie connexe utilisée pour décrire les sous-régions de la ZAT des aciers ferritiques conventionnels. | Terminologie du TWI | Terminologie du NIST pour les aciers de pipeline | Définition de l’exposition thermique | |---|---|---| | À gros grains | À grains grossiers | Au-dessus de Ac3 avec une croissance importante des grains d’austénite | | À grains affinés | À grains fins | Au-dessus de Ac3 sans le même degré de croissance des grains | | Partiellement transformée ou intercritique | Intercritique | Entre Ac1 et Ac3 ; austénitisation partielle | | Revenu | Surrevenu | Au-dessous de Ac1 ; adoucissement ou grossissement des précipités et des carbures | Un schéma courant représente souvent la ZAT comme une bande étroite et uniforme à côté d’un cordon de soudure. Cette représentation est utile pour la localiser, mais elle est trompeuse pour décrire sa métallurgie. Chaque position de la ZAT enregistre un cycle température–temps différent. La température maximale, le temps passé à température élevée, la vitesse de chauffage, la vitesse de refroidissement et le nombre de cycles thermiques déterminent les réactions susceptibles de se produire. Le TWI décrit les régions de la ZAT des aciers conventionnels comme des zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, classées selon la température maximale et la distance par rapport au cordon. Une classification des aciers pour pipelines présentée dans un rapport du National Institute of Standards and Technology utilise des termes étroitement apparentés : à gros grains, à grains fins, intercritique et surrevenu. Il ne s’agit pas d’alliages distincts déposés en couches. Ce sont des gradients au sein du même acier d’origine. Dans la ZAT à gros grains, la température maximale est suffisamment élevée pour que les grains d’austénite croissent considérablement. Lors du refroidissement, ces gros grains d’austénite antérieure peuvent produire une structure de transformation grossière, avec une résistance réduite à la rupture par clivage, selon la composition et les conditions de refroidissement. La ZAT à grains affinés, ou à grains fins, atteint le domaine austénitique, mais à une température maximale plus faible ou pendant une durée effective plus courte ; une recristallisation ou une formation d’austénite se produit sans le même degré de croissance des grains. La microstructure et la dureté de la ZAT des aciers ferritiques dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans la plage de transformation, de la composition et de la trempabilité de l’acier, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. Strong evidence #### Ne pas déduire la structure de la ZAT de la seule température maximale La vitesse de refroidissement, la composition chimique, la trempabilité, la taille des grains d’austénite antérieure et les cycles de réchauffage peuvent produire des structures différentes en des points ayant des températures maximales similaires. La ZAT partiellement transformée, ou intercritique, atteint une température comprise entre les températures critiques inférieure et supérieure de transformation. Seule une partie de la structure initiale se transforme en austénite. Lors du refroidissement, cette austénite peut former de la ferrite, de la bainite ou de la martensite fraîche, tandis que les régions non transformées conservent leur état antérieur, qu’elles peuvent également modifier. Dans une zone revenue ou sur-revenue, la température maximale reste inférieure à l’austénitisation complète, mais elle est suffisamment élevée pour ramollir ou faire grossir les précipités et les carbures durcissants. Cette région est particulièrement importante dans les aciers trempés et revenus et dans les alliages résistants au fluage. La variable importante n’est pas la température maximale à elle seule. Selon le TWI, la microstructure et la dureté de la ZAT des aciers ferritiques dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans le domaine de transformation, de la composition et de la trempabilité de l’acier, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. Un acier faiblement allié présentant une teneur en carbone et une trempabilité suffisantes peut former de la bainite dure ou de la martensite lors d’un refroidissement rapide, tandis qu’un acier de trempabilité plus faible soumis au même cycle thermique peut former de la ferrite et de la perlite. La nuance nominale n’a pas changé, mais la structure et les propriétés locales, elles, ont changé. Séquence simplifiée de l’historique thermique montrant les étapes qui façonnent une ZAT. Δt8/5 **Δt8/5** Temps écoulé nécessaire pour qu’un point d’un assemblage soudé se refroidisse de 800 °C à 500 °C ; il constitue un descripteur utile de la plage de transformation, mais ne représente pas un historique thermique complet. C’est pourquoi la dureté, la ténacité, les contraintes résiduelles et la sensibilité à la fissuration de la ZAT ne peuvent pas être déduites d’une seule désignation de nuance. L’intensité du courant de soudage, la tension d’arc, la vitesse d’avance, la géométrie du joint, l’épaisseur de la tôle, le préchauffage, la température entre passes, le bridage et la séquence multipasse modifient tous le cycle thermique. La norme EN 1011-2 fournit des recommandations pour le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, car ces variables doivent être contrôlées en fonction de la composition et de l’aptitude au soudage de l’acier, plutôt que considérées comme de simples réglages accessoires. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/8fb86a13-d1d2-4bec-93e6-674197b88553/wiki-inline-a-steel-plate-beside-a-weld-showing-nested-peak-temperature-contours-and-corresp-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/8fb86a13-d1d2-4bec-93e6-674197b88553/wiki-inline-a-steel-plate-beside-a-weld-showing-nested-peak-temperature-contours-and-corresp-1920x1094.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Distance from the weld corresponds to falling peak temperature, but the boundaries shift with the procedure. Le refroidissement est souvent décrit par Δt8/5, c’est-à-dire le temps nécessaire à un emplacement pour refroidir de 800 °C à 500 °C. Cet intervalle constitue une mesure pratique pour de nombreux aciers ferritiques, car il couvre une grande partie du domaine de transformation de l’austénite en ferrite, en bainite ou en martensite. Le rapport du NIST sur les aciers pour pipelines met en relation Δt8/5 avec l’apport de chaleur, la composition chimique, la distance par rapport au cordon et l’épaisseur de paroi. Il s’agit d’un descripteur utile, mais pas d’une carte d’identité complète de la ZAT : deux points peuvent présenter des valeurs de Δt8/5 similaires tout en différant par leur température maximale, la taille de leurs grains d’austénite antérieure ou le nombre de leurs cycles de réchauffage. ### Comment la température maximale et la distance par rapport au cordon définissent les zones Les variables de soudage modifient le cycle thermique local de la ZAT, plutôt que sa seule largeur visible. | Variable de procédure | Effet thermique typique | Conséquence possible dans la ZAT | |---|---|---| | Apport de chaleur plus élevé | Champ thermique plus étendu et exposition plus longue | Croissance accrue des grains et temps de refroidissement plus long | | Préchauffage | Température initiale plus élevée et gradient réduit | Généralement, temps de refroidissement plus long et dégagement accru de l’hydrogène | | Épaisseur plus importante | Écoulement thermique tridimensionnel différent | Réponse au refroidissement modifiée par rapport à un matériau mince | | Séquence multipasse | Cycles thermiques supplémentaires et chevauchants | Revenu, affinage, réausténitisation partielle ou surrevenu | La température diminue avec la distance par rapport à la source de chaleur, mais cette diminution n’est ni instantanée ni parfaitement uniforme. La limite de fusion indique l’emplacement où la température maximale locale a atteint le liquidus. Juste à l’extérieur, la température maximale reste suffisamment élevée pour créer la ZAT à gros grains. En s’éloignant, les températures maximales traversent les domaines d’affinement des grains et intercritique, puis atteignent le domaine du revenu avant de devenir trop faibles pour modifier l’acier de manière détectable. #### Mécanismes de rupture selon l’emplacement - **Fissuration induite par l’hydrogène** Affecte généralement une ZAT dure et sensible en présence d’hydrogène diffusible et de contraintes de traction. - **Fissuration par liquation** Se forme dans les joints de grains de la ZAT fondus localement ou dans les régions ségrégées. - **Fissuration de solidification** Se forme principalement dans le métal fondu en cours de solidification plutôt que dans la ZAT non fondue. - **Déchirure lamellaire** Est liée à la déformation dans l’épaisseur et aux tôles sensibles aux inclusions. - **Fissuration de réchauffage** Se développe lors d’un chauffage ultérieur ou d’un service à température élevée dans des alliages sensibles. \[1\] \[1\] [**Grade 91 Type IV cracking and simulated HAZ thermal cycles**](https://www.asminternational.org/). ASM International, Electric Power Research Institute. ASM International and EPRI proceedings, 2016.Ces limites se déplacent lorsque le mode opératoire de soudage change. Un apport de chaleur plus élevé étend généralement le champ thermique et prolonge le temps disponible pour la croissance des grains et la transformation. Le préchauffage augmente la température initiale et accroît généralement le temps de refroidissement. Une section épaisse évacue la chaleur différemment d’une section mince. Une passe ultérieure peut réchauffer une ZAT formée précédemment et produire une nouvelle région à grains fins ou intercritique à l’intérieur du premier cycle thermique, ou à proximité de celui-ci. Un traitement thermique après soudage (PWHT) peut ensuite faire revenir la martensite, réduire les contraintes et modifier les précipités dans plusieurs régions à la fois. Les conséquences peuvent être graves sans être uniformes. L’acier de nuance 91, un alliage martensitique résistant au fluage, est sensible à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. ASM International et l’EPRI ont signalé cette sensibilité en 2016 ; des cycles thermiques simulés ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. L’emplacement vulnérable n’est donc pas simplement « le soudage », mais une partie transformée particulière du métal de base. \[2\] \[2\] [**Supermartensitic stainless-steel weld HAZ microstructures and environmental cracking**](https://www.twi-global.com/). TWI. TWI study, 2002. La métallurgie de la ZAT commande également des dégradations autres que la rupture. La fissuration induite par l’hydrogène, la fissuration par liquation, la déchirure lamellaire et la fissuration de réchauffage ont des causes et des emplacements différents ; la fissuration de solidification concerne principalement la zone de fusion en cours de solidification et n’est pas automatiquement une fissuration de la ZAT. L’ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes d’aptitude au soudage des aciers de construction. Qualifier toute discontinuité de soudage de « fissuration de la ZAT » dissimule le mécanisme en cause. Le comportement à la corrosion obéit à la même logique spatiale. Une étude du TWI publiée en 2002 sur des soudures en acier inoxydable supermartensitique a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le PWHT. Le revenu local, la formation de martensite fraîche, les modifications des précipités et les effets de composition peuvent faire réagir différemment des régions adjacentes de la ZAT en service. La norme ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage lors du soudage par fusion, mais exclut la mesure de la température du PWHT. Cette distinction est importante, car le soudage comme le réchauffage ultérieur contribuent à la cartographie de l’histoire thermique de la ZAT. ## 2. Cycles thermiques : température de pointe, vitesse de chauffage et temps de refroidissement L’historique thermique est le principe organisateur de la métallurgie de la ZAT. Un soudage n’expose pas tout le métal de base adjacent à une seule température pendant une seule durée. Chaque point suit son propre cycle : chauffage rapide, température de pointe, maintien au-dessus des températures critiques de transformation, puis refroidissement à une vitesse qui évolue continuellement avec le temps. La ZAT est donc une région à gradient spatial, et non une bande uniforme. Sa structure locale dépend des effets combinés de la température de pointe, de la vitesse de chauffage, de la vitesse de refroidissement, de la composition de l’acier, de la taille des grains d’austénite antérieure, du bridage et des réchauffements ultérieurs. Pour les aciers conventionnels, le TWI décrit les zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées ou intercritiques, ainsi que les zones revenues, en fonction de la température de pointe et de la distance par rapport au soudage. Le rapport du NIST sur les aciers pour pipelines utilise les désignations apparentées de zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Ces limites sont des descriptions métallurgiques et non des distances fixes applicables à tous les assemblages soudés. Une variation de l’énergie d’arc, de la géométrie du joint, de l’épaisseur de la tôle ou de la vitesse d’avance les déplace. ### Gradients de température de pointe à travers la ZAT La température de pointe la plus élevée est atteinte immédiatement à l’extérieur de la limite de fusion. Dans la ZAT à gros grains, le métal atteint une température suffisamment élevée pour former de l’austénite et favoriser une croissance importante des grains d’austénite avant la transformation au refroidissement. Une structure à gros grains d’austénite antérieure peut modifier les produits formés pendant le refroidissement et réduire la ténacité locale, même lorsque le métal fondu respecte lui-même les exigences spécifiées. À mesure que l’on s’éloigne de la limite de fusion, la température de pointe diminue. La ZAT à grains affinés est chauffée au-dessus de l’intervalle de transformation de l’austénite, mais elle ne reste pas le même temps ni à la même température que la région à gros grains ; les grains d’austénite recristallisés restent donc plus petits. Dans la ZAT intercritique, seule une partie de la structure initiale ferrite-perlite, bainitique ou revenue se transforme en austénite. Les régions non transformées se trouvent à côté de l’austénite nouvellement formée et acquièrent ensuite des constituants différents pendant le refroidissement. Plus loin encore, la température de pointe peut rester inférieure à la température de transformation critique inférieure. Le métal subit alors un revenu ou un surrevenu plutôt qu’une transformation, ce qui peut réduire la dureté et la résistance des aciers trempés et revenus. Le gradient de température est également un gradient temporel. Un point proche de la limite de fusion atteint rapidement une température de pointe plus élevée et peut rester plus longtemps au-dessus des températures de début ou de fin de transformation de l’austénite qu’un point plus éloigné. La vitesse de chauffage est importante, car la cinétique des transformations n’est pas déterminée par la seule température de pointe. Un chauffage rapide peut retarder les réactions contrôlées par la diffusion et modifier la quantité de matière qui se transforme pendant un bref passage à haute température. Un cycle plus lent permet à la redistribution du carbone, à la dissolution des carbures et à la croissance des grains de progresser davantage. C’est pourquoi deux emplacements présentant des températures de pointe similaires peuvent néanmoins développer des microstructures différentes. Selon le TWI, la microstructure et la dureté de la ZAT dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans l’intervalle de transformation, de la composition et de la trempabilité de l’acier, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. La dureté peut augmenter lorsque le refroidissement rapide produit de la martensite ou de la bainite dure, tandis que la ténacité peut diminuer en raison de gros grains, de constituants fragiles ou d’un enrichissement local en carbone. À l’inverse, un cycle lent peut produire des structures ferrite-perlite plus douces ou des structures revenues, mais un adoucissement excessif peut créer un minimum de résistance à côté de régions plus dures. ### Signification et limites de Δt8/5 La notation Δt8/5, souvent écrite Δt8/5 ou t8/5, désigne le temps de refroidissement écoulé entre 800 °C et 500 °C. Il s’agit d’un paramètre pratique en soudage, car cet intervalle recouvre couramment d’importantes réactions de décomposition de l’austénite dans les aciers ferritiques. Un Δt8/5 court indique généralement un refroidissement rapide et accroît la possibilité de formation de martensite ou de constituants bainitiques durs dans une composition sensible. Un Δt8/5 long permet généralement davantage de transformations diffusionnelles et favorise des structures ferritiques ou bainitiques plus douces. Le résultat réel dépend néanmoins toujours de l’acier. Le rapport du NIST sur les aciers pour pipelines établit spécifiquement un lien entre Δt8/5, l’apport de chaleur, la composition, la distance par rapport au soudage et l’épaisseur de la paroi. Cette relation est fondamentale : l’apport de chaleur modifie le champ thermique, la composition modifie la cinétique des transformations, la distance modifie la température de pointe locale et le flux thermique, tandis que l’épaisseur de la paroi modifie les voies par lesquelles la chaleur peut s’évacuer du joint. Une section épaisse peut extraire la chaleur différemment d’une tôle mince, tandis qu’un joint bridé, une disposition de support ou un cordon de soudure voisin peut modifier les conditions aux limites thermiques. Le Δt8/5 ne constitue pas un historique thermique complet. Il réduit une courbe de refroidissement à un seul intervalle de temps et renseigne peu sur la vitesse de chauffage, la température de pointe exacte, le temps passé au-dessus de la température de fin de transformation de l’austénite ou le refroidissement avant 800 °C. Deux cycles peuvent avoir le même Δt8/5, mais des températures de pointe et des tailles de grains d’austénite antérieure différentes. Ils peuvent donc produire des fractions différentes de martensite, de bainite, de ferrite ou de perlite. Ce paramètre a également une signification limitée pour les régions qui n’atteignent jamais l’austénitisation, pour certains aciers inoxydables dont les transformations diffèrent de celles des aciers au carbone-manganèse, ainsi que pour les régions réchauffées dont la structure antérieure a déjà été modifiée. Pour cette raison, le Δt8/5 doit compléter, et non remplacer, l’examen métallographique, la cartographie de dureté et une simulation appropriée de la transformation en refroidissement continu ou du cycle thermique de soudage. Il s’agit d’une variable de contrôle, et non d’un prédicteur universel de la microstructure. ### Apport de chaleur, épaisseur de la tôle, bridage et réchauffements multipasses L’apport de chaleur nominal est généralement calculé à partir de l’intensité du courant de soudage, de la tension et de la vitesse d’avance, avec l’application d’un facteur de rendement lorsque cela est approprié. Il décrit l’énergie fournie par unité de longueur, mais ne détermine pas de manière unique le cycle local de la ZAT. Une même valeur nominale peut produire des champs de température différents dans un joint épais bridé, une tôle mince, un tube doté d’un important puits thermique ou un joint préchauffé. La forme du cordon, le rendement de l’arc, la température entre passes, la préparation du joint et le transfert de chaleur vers les dispositifs de serrage ou les supports jouent également un rôle. La composition modifie la réponse à un cycle donné. L’équivalent carbone, les additions d’éléments d’alliage et la trempabilité déterminent la facilité avec laquelle l’austénite se transforme en martensite ou en bainite pendant le refroidissement. Un acier faiblement allié présentant le même Δt8/5 mesuré qu’un acier de moindre trempabilité peut former une ZAT plus dure. L’exposition thermique antérieure est également importante. Une martensite revenue, une structure ferrite-perlite normalisée et un acier de pipeline bainitique n’abordent pas un nouveau cycle à partir du même état microstructural. L’épaisseur de la tôle ou de la paroi modifie l’écoulement de la chaleur dans les trois dimensions. Un matériau mince peut perdre rapidement de la chaleur par ses surfaces, tandis qu’une section épaisse emmagasine davantage de chaleur et peut refroidir différemment au fur et à mesure de l’avancement du soudage. Le préchauffage réduit le gradient de température et allonge généralement le temps de refroidissement. Le bridage ne modifie pas seulement la température : il augmente les contraintes imposées pendant la contraction de la ZAT et la diffusion de l’hydrogène à travers une région dure et potentiellement fragile. La fissuration induite par l’hydrogène se distingue donc de la fissuration de solidification dans le métal fondu, de la déchirure lamellaire associée aux déformations dans le sens de l’épaisseur et aux inclusions, de la fissuration par liquation à proximité des joints de grains partiellement fondus et de la fissuration de réchauffage lors d’un chauffage ultérieur. L’ESDEP recense la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes d’aptitude au soudage des aciers de construction. L’ISO 13916:2025 couvre la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage lors du soudage par fusion, mais exclut la mesure de la température du traitement thermique après soudage. Strong evidence ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/3493078c-aebe-4e73-b398-1d30ba71f2d1/wiki-inline-a-multipass-steel-weld-showing-overlapping-thermal-cycles-that-reheat-and-modify-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/3493078c-aebe-4e73-b398-1d30ba71f2d1/wiki-inline-a-multipass-steel-weld-showing-overlapping-thermal-cycles-that-reheat-and-modify-1920x1288.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Later passes can temper, refine or partially reaustenitize material altered by earlier passes. Le soudage multipasse ajoute de nouveaux cycles thermiques avant que le joint n’ait refroidi jusqu’à son état final. Une passe ultérieure peut revenir, affiner, réausténitiser partiellement ou surrevenir la ZAT produite par une passe précédente. Sa température de pointe varie à travers le cordon et la ZAT précédents ; un même emplacement peut donc être adouci, tandis qu’un autre subit une nouvelle croissance des grains ou une transformation intercritique. Le Grade 91 en illustre la conséquence : ASM International et EPRI ont indiqué en 2016 que la fissuration de Type IV est associée à la ZAT du métal de base, en particulier aux régions à grains fins et intercritiques. Des cycles simulés ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Distinctions métallurgiques entre les principales régions de la ZAT des aciers ferritiques. | Sous-région de la ZAT | État d’austénitisation | Effet probable sur la transformation ou les propriétés | |---|---|---| | ZAT à gros grains | Au-dessus de Ac3, à une température maximale suffisamment élevée pour provoquer une croissance des grains | Grains d’austénite antérieure grossiers ; perte possible de ténacité | | ZAT à grains fins | Au-dessus de Ac3 sans croissance prononcée des grains | Structure transformée plus fine, mais dureté dépendant toujours de la composition chimique | | ZAT intercritique | Entre Ac1 et Ac3 | Structure mixte transformée et non transformée ; adoucissement local possible | | ZAT surrevenues | Au-dessous de Ac1 | Revenu, grossissement des carbures et diminution de la dureté ou de la résistance | Le même principe s’étend au-delà de la résistance et de la fissuration. L’étude menée par le TWI en 2002 sur les soudures en acier inoxydable supermartensitique a examiné la structure de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration sous contrainte-corrosion, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le traitement thermique après soudage (PWHT). Le contrôle de la température doit donc être mesuré et non supposé. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion, mais exclut la mesure de la température du PWHT. L’EN 1011-2 couvre le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques. Ensemble, le cycle thermique — et non le seul apport de chaleur nominal — constitue le lien pertinent entre le mode opératoire de soudage, la structure locale et le comportement en service. ## 3. Austénitisation et sous-régions conventionnelles de la ZAT Austénitisation **Austénitisation** Transformation de la ferrite, de la perlite, de la bainite ou de la martensite revenue en austénite lors du chauffage à travers la plage de températures critiques. La subdivision conventionnelle de la ZAT d’un acier ferritique suit la température maximale atteinte pendant le soudage, plutôt qu’une distance fixe mesurée à partir de la ligne de fusion. Un point situé près du cordon peut être chauffé au-dessus de la température critique supérieure, Ac3, et se transformer complètement en austénite avant le refroidissement. Un point plus éloigné peut seulement traverser la plage intercritique comprise entre Ac1 et Ac3, tandis qu’un autre peut rester au-dessous de Ac1 et ne subir qu’un cycle de revenu. Les limites sont donc des contours thermiques, et non des lignes métallurgiques nettes. TWI décrit la ZAT des aciers conventionnels comme comprenant des zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, classées selon la température de pointe et la distance par rapport au cordon. NIST utilise des termes étroitement apparentés pour les aciers de conduites : zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Un même soudage peut comprendre toutes ces régions, mais leur largeur varie en fonction de l’énergie d’arc, de la vitesse d’avance, de l’épaisseur de la tôle ou de la paroi du tube, de la géométrie de l’assemblage, du préchauffage et de la conductivité thermique de l’acier. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/8c840b4a-254c-4391-a640-acaff84e8269/wiki-inline-a-polished-and-etched-steel-haz-microstructure-showing-adjacent-ferrite-pearlite-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/8c840b4a-254c-4391-a640-acaff84e8269/wiki-inline-a-polished-and-etched-steel-haz-microstructure-showing-adjacent-ferrite-pearlite-2027x2560.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Cooling rate and steel chemistry determine which transformation products form from austenite. L’austénitisation est l’événement central dans la partie la plus chaude de la ZAT. Lors du chauffage à travers Ac1, la ferrite ainsi que toute perlite, bainite ou martensite revenue commencent à se transformer en austénite. Au-dessus de Ac3, un acier hypoeutectoïde à faible teneur en carbone est nominalement austénitique, bien que la vitesse de chauffage, la ségrégation des éléments d’alliage, les carbures non dissous et la microstructure initiale influencent le degré d’achèvement de cette transformation. La croissance des grains dépend ensuite à la fois de la température et du temps. Un cycle de soudage court peut provoquer un agrandissement considérable des grains, car les températures proches de la ligne de fusion sont exceptionnellement élevées, même si l’exposition ne dure que quelques secondes. Des grains d’austénite antérieure grossiers peuvent réduire la ténacité aux chocs, tandis que les conditions de refroidissement déterminent la formation de produits bainitiques ou martensitiques plus durs. Strong evidence ### ZAT à gros grains ou à grains grossis La ZAT à gros grains (CGHAZ) se situe immédiatement à l’extérieur de la ligne de fusion dans les aciers ferritiques conventionnels. Sa température de pointe est supérieure à Ac3 et suffisamment élevée pour activer une croissance rapide des grains d’austénite ; selon de nombreuses descriptions, elle s’étend jusqu’à une plage proche du solidus, tout en restant à l’état solide et sans faire partie de la zone de fusion. L’austénite se forme dans toute la matrice ferritique initiale, et les anciennes frontières des grains de ferrite cessent de définir la structure transformée. Lors du refroidissement, de la ferrite, de la perlite, de la bainite ou de la martensite se forme à l’intérieur des anciens grains austénitiques agrandis, selon la composition et la vitesse de refroidissement. De gros anciens grains austénitiques réduisent la surface totale des frontières disponible pour la germination lors de la transformation. Cela peut retarder la formation de ferrite par diffusion et accroître la trempabilité au cours du cycle thermique local. En cas de refroidissement suffisamment rapide, un acier faiblement allié peut donc développer de la bainite ou de la martensite dans la CGHAZ, même lorsque la tôle non affectée présente une structure ferritico-perlitique. La teneur en carbone, le manganèse, le chrome, le molybdène, le nickel, les additions de microalliage et le bore influencent tous cette réponse. Les carbonitrures de titane, de niobium et de vanadium peuvent limiter la croissance de l’austénite lorsqu’ils restent stables, mais une dissolution excessive à haute température supprime cet effet de blocage. Le résultat n’est donc pas simplement une « ZAT plus dure ». De gros anciens grains austénitiques peuvent réduire la résilience aux chocs en augmentant la taille effective des facettes de clivage et en permettant la formation de produits de transformation défavorables. Une CGHAZ dure peut également être sensible à la fissuration induite par l’hydrogène lorsque de l’hydrogène diffusible, des contraintes résiduelles de traction et une microstructure suffisamment sensible à la fissuration sont présents simultanément. La vitesse de refroidissement reste déterminante. TWI identifie la vitesse de refroidissement à travers la plage de transformation, la composition et la trempabilité, ainsi que la taille des anciens grains austénitiques, comme les principaux facteurs contrôlant la microstructure et la dureté de la ZAT. Pour les aciers de conduites, le paramètre pratique de refroidissement est souvent Δt8/5, c’est-à-dire le temps nécessaire à un emplacement pour refroidir de 800 °C à 500 °C. Une faible valeur de Δt8/5 indique généralement un refroidissement plus rapide et une plus grande tendance à la formation de produits bainitiques ou martensitiques ; une valeur élevée permet davantage de transformations par diffusion et de revenu. Cette relation n’est ni universelle ni unidimensionnelle. Un rapport de NIST consacré aux aciers de conduites indique que Δt8/5 dépend de l’apport de chaleur, de la composition chimique, de la distance par rapport au cordon et de l’épaisseur de la paroi. Par conséquent, deux points situés à la même distance nominale d’un cordon peuvent subir des historiques de refroidissement différents selon la géométrie du tube ou le mode opératoire de soudage. ### ZAT à grains fins ou à grains affinés La ZAT à grains fins (FGHAZ) atteint une température de pointe supérieure à Ac3, de sorte que la structure est substantiellement ou complètement austénitisée, mais sa température de pointe reste inférieure à la plage provoquant un grossissement marqué des grains d’austénite. Les grains d’austénite demeurent plus petits que ceux de la CGHAZ. Lors du refroidissement, cette structure à grains austénitiques initiaux plus fins fournit davantage de sites de germination et favorise généralement une structure ferritico-bainitique ou martensitique plus fine. L’expression « à grains fins » ne garantit ni une faible dureté ni une résilience élevée. Un cycle thermique rapide dans un acier fortement trempant peut tout de même produire de la bainite dure ou de la martensite. À l’inverse, un cycle lent peut produire de la ferrite et de la perlite plus tendres. La FGHAZ présente souvent des propriétés mécaniques favorables par rapport à la CGHAZ, car ses constituants transformés sont plus fins, mais la résilience locale dépend du produit effectivement formé, de la teneur en carbone, des inclusions, de la ségrégation et de l’historique de réchauffage. La réalisation de plusieurs passes de soudage complique le tableau. Une passe ultérieure peut chauffer une partie d’une CGHAZ précédemment formée jusqu’à la plage austénitique à grains fins, ou jusqu’à la plage intercritique, en produisant une bande étroite dont la structure diffère à la fois de celle de la CGHAZ initiale et de celle du métal de base non affecté. La nomenclature de la ZAT décrit donc un cycle thermique particulier, et non une désignation permanente attachée à une portion fixe d’acier. ### Régions intercritiques, partiellement transformées et surrevenues La ZAT intercritique (ICHAZ) atteint une température de pointe comprise entre Ac1 et Ac3. Seule une partie de la microstructure initiale se transforme en austénite. Dans un acier ferritico-perlitique, les constituants perlitiques ou enrichis en carbone ainsi que certaines régions ferritiques se transforment préférentiellement, tandis qu’une partie de la ferrite reste non transformée. Lors du refroidissement, l’austénite nouvellement formée peut devenir de la ferrite, de la bainite ou de la martensite, tandis que la ferrite non transformée conserve un historique thermique distinct. Cette structure mixte peut produire de fortes différences locales de dureté et de résistance à la déformation sur de très faibles distances. L’ICHAZ est particulièrement importante dans l’acier Grade 91 résistant au fluage, désigné nominalement X10CrWMoVNb9-2 dans l’EN 10088-1 et couramment identifié comme Grade 91 ou P91 dans la pratique industrielle. ASM International et EPRI ont rapporté en 2016 que le Grade 91 est sensible à la fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Des simulations de cycles thermiques ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. La fissuration de Type IV ne doit donc pas être assimilée à une fissuration ordinaire par l’hydrogène : il s’agit d’un problème d’endommagement par fluage associé à la ZAT ramollie et microstructuralement modifiée au cours d’un service de longue durée. Au-dessous de Ac1, aucune austénitisation globale ne se produit, mais des modifications importantes peuvent néanmoins avoir lieu. Dans un acier ferritique normalisé, cette région peut être appelée ZAT sous-critique. Dans un acier trempé et revenu, le cycle thermique de soudage peut provoquer le revenu de la martensite, le grossissement des carbures et une diminution de la dureté. Si la température de pointe et le temps de maintien sont suffisamment élevés, la région est décrite comme revenue ou surrevenue. Sa résistance peut diminuer même si aucune nouvelle austénite ne se forme. Dans les nuances durcies par précipitation ou résistantes au fluage, la dissolution, le grossissement ou la redistribution des phases durcissantes peuvent être plus importants que la transformation de la ferrite. Le réchauffage par les passes ultérieures accroît encore cette complexité. Une région précédemment durcie peut être revenue par une passe ultérieure ; une région précédemment revenue peut être partiellement réausténitisée ; et une bande intercritique peut être à nouveau chauffée jusqu’à une autre plage de transformation. Les soudures en acier inoxydable supermartensitique montrent pourquoi la ZAT ne peut pas être considérée uniquement comme un gradient de résistance. Une étude de TWI publiée en 2002 a examiné leurs microstructures de ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte induite par les sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le traitement thermique après soudage (PWHT). Le cycle thermique peut modifier la répartition du chrome, le revenu de la martensite et l’austénite retenue, ce qui change à la fois la réponse mécanique et le comportement à la corrosion. L’EN 1011-2 fournit des recommandations pour le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, tandis que l’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion ; elle ne couvre pas la mesure de la température de traitement thermique après soudage (PWHT). Ces contrôles sont importants, car les zones conventionnelles sont la conséquence de l’historique thermique. Elles ne peuvent pas être définies de manière fiable par la seule distance. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/8c840b4a-254c-4391-a640-acaff84e8269/wiki-inline-a-polished-and-etched-steel-haz-microstructure-showing-adjacent-ferrite-pearlite-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/8c840b4a-254c-4391-a640-acaff84e8269/wiki-inline-a-polished-and-etched-steel-haz-microstructure-showing-adjacent-ferrite-pearlite-2027x2560.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Cooling rate and steel chemistry determine which transformation products form from austenite. ## 4. Produits de transformation et microstructure de la ZAT La zone affectée thermiquement (ZAT) n’acquiert pas une structure uniforme. Chaque emplacement adjacent à la limite de fusion subit une température de pointe différente, une durée différente au-dessus des températures critiques et un parcours de refroidissement différent à travers la plage de transformation de l’austénite en ferrite. Dans les aciers conventionnels, TWI divise la ZAT en zones à grains grossis, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, en fonction de la température de pointe et de la distance par rapport à la soudure. Les descriptions utilisées couramment pour les pipelines emploient les termes zones à gros grains, à grains fins, intercritique et sur-revenue pour désigner la même progression spatiale. Produits de transformation possibles dans différentes conditions de refroidissement et de réchauffage. | Régime de refroidissement | Produits possibles dominants | Tendance typique des propriétés | |---|---|---| | Relativement lent | Ferrite polygonale et perlite | Dureté plus faible ; adoucissement possible | | Intermédiaire | Bainite supérieure, inférieure ou granulaire | Dureté intermédiaire à élevée selon la morphologie et la composition chimique | | Rapide | Martensite, souvent accompagnée de bainite ou de ferrite | Dureté plus élevée et risque accru de fissuration par l’hydrogène | | Réchauffage sous-critique | Martensite revenue ou bainite revenue | Diminution de la dureté et de la résistance par revenu | Ces appellations décrivent une exposition thermique, et non des propriétés garanties. Une région à grains fins peut être plus tenace qu’une région adjacente à gros grains, mais sa dureté dépend néanmoins de la composition et de la vitesse de refroidissement. Une région décrite comme martensitique peut présenter une dureté élevée, mais sa sensibilité à la fissuration dépend de la teneur en carbone, de l’hydrogène, du bridage, de l’état de revenu et des contraintes locales. Les noms des phases sont nécessaires, mais ils ne permettent pas de prédire les propriétés. ### Formation de ferrite, de perlite, de bainite et de martensite Lorsqu’un acier ferritique est chauffé au-dessus de sa température critique supérieure, la ferrite et la perlite initiales se transforment en austénite. La température de pointe contrôle la quantité d’austénite formée ainsi que la croissance des grains austénitiques. Lors du refroidissement ultérieur, cette austénite se décompose selon des réactions de transformation concurrentes. La vitesse de refroidissement est souvent représentée par Δt8/5, soit le temps écoulé pendant lequel le matériau refroidit de 800 °C à 500 °C. Cet intervalle constitue un paramètre pratique en soudage, car une grande partie de la transformation de l’austénite dans les aciers au carbone et faiblement alliés se produit dans cette plage ou à proximité de celle-ci. Lors d’un refroidissement relativement lent, la transformation par diffusion produit de la ferrite polygonale, souvent suivie de perlite. Le carbone rejeté par la ferrite en croissance enrichit l’austénite restante, permettant la formation simultanée de ferrite et de cémentite sous forme de perlite. Dans une ZAT, cependant, la ferrite peut être orientée, de type Widmanstätten ou, autrement, non équiaxe, car les joints de grains austénitiques et le gradient thermique influencent la germination et la croissance. La morphologie obtenue est importante. Deux régions peuvent toutes deux être identifiées comme ferritiques-perlitiques tout en différant sensiblement par la taille des grains, la répartition de la cémentite et la ténacité aux chocs. À des vitesses de refroidissement intermédiaires, la transformation bainitique peut remplacer une grande partie de la réaction ferrite-perlite. La bainite se forme au-dessous de la plage de température dans laquelle la ferrite polygonale ordinaire et la perlite prédominent, mais au-dessus de la plage où la martensite se forme par cisaillement sans diffusion. La bainite supérieure et la bainite inférieure ne sont pas des descriptions interchangeables : leur morphologie ferritique et leur disposition des carbures diffèrent, et la bainite inférieure présente généralement une dispersion plus fine des carbures. La métallographie des soudures peut également mettre en évidence de la bainite granulaire ou de la ferrite bainitique, termes qui rendent compte de la morphologie et de la réponse à l’attaque métallographique plutôt que d’une structure universelle unique. Un refroidissement rapide inhibe les déplacements diffusifs du carbone et peut transformer l’austénite en martensite. La martensite est une forme sursaturée et déformée de ferrite, produite par une transformation sans diffusion. Dans les aciers de construction à faible teneur en carbone, elle peut se présenter sous forme de martensite en lattes, souvent mélangée à de la bainite ou à de la ferrite ; un matériau à plus forte teneur en carbone peut produire des régions martensitiques plus dures et plus fragiles. La martensite fraîche non revenue revêt une importance particulière dans la fissuration induite par l’hydrogène, car une dureté élevée, une contrainte résiduelle de traction et de l’hydrogène diffusible peuvent agir conjointement. Le préchauffage et un apport thermique contrôlé allongent l’intervalle de refroidissement, mais ne prouvent pas à eux seuls que la formation de martensite a été évitée. Une passe de soudage ultérieure peut modifier n’importe lequel de ces produits. Le réchauffage peut revenir la martensite, affiner une ZAT antérieure ou la réausténitiser partiellement, ou produire une région intercritique contenant de l’austénite nouvellement formée aux côtés de ferrite non transformée. Le traitement thermique après soudage peut revenir la martensite et réduire les contraintes résiduelles, tandis qu’une exposition excessive peut ramollir les régions revenues et modifier la répartition des carbures. La section finale est donc l’enregistrement de cycles thermiques qui se chevauchent, et non seulement celui du refroidissement suivant la première passe. Trempabilité **Trempabilité** Aptitude de l’acier à former de la martensite à travers sa section dans une condition de refroidissement donnée ; elle se distingue de la dureté maximale pouvant être atteinte. NIST indique que Δt8/5 dans les aciers pour pipelines dépend de l’apport thermique, de la composition chimique, de la distance par rapport à la soudure et de l’épaisseur de la paroi. Cette dépendance est importante : une même procédure de soudage nominale peut générer des structures différentes à la limite de fusion, au bord de la ZAT à gros grains et plus loin dans la tôle. L’apport thermique ne constitue pas un historique thermique complet, car le rendement de l’arc, la géométrie de l’assemblage, le bridage et la température entre passes influencent également le cycle local. ### Taille des grains d’austénite antérieure et trempabilité La taille des grains d’austénite antérieure est la taille des grains austénitiques présents immédiatement avant la transformation lors du refroidissement. Elle n’est pas identique à la taille finale des grains de ferrite. Dans la ZAT à grains grossis, des températures de pointe élevées et une exposition prolongée au-dessus de la plage de grossissement des grains austénitiques permettent aux grains de croître. Les joints de grains offrent alors moins de sites de germination à la ferrite formée par diffusion, de sorte que la transformation peut être retardée jusqu’à des températures plus basses. Des températures de transformation plus faibles et une germination réduite peuvent favoriser la bainite ou la martensite, en particulier lorsque l’acier présente une trempabilité importante. La trempabilité décrit la profondeur ou l’étendue sur laquelle l’acier peut former de la martensite dans des conditions de refroidissement données ; elle n’est pas équivalente à la dureté maximale atteignable. Les éléments d’alliage tels que le manganèse, le chrome, le molybdène et le nickel retardent généralement les réactions de formation de la ferrite et de la perlite, déplaçant la transformation vers des temps plus longs sur un diagramme de transformation en refroidissement continu. Le bore peut accroître fortement la trempabilité lorsqu’il est conservé dans l’état approprié aux joints de grains austénitiques. Le carbone augmente la dureté de la martensite et influence également la trempabilité, mais son effet ne peut être dissocié de celui du reste de la composition chimique. La taille des grains modifie cet équilibre. Des grains d’austénite antérieure grossiers augmentent souvent la trempabilité, car ils réduisent la surface totale des joints de grains disponible pour la germination de la ferrite et de la perlite. Ils peuvent également réduire la ténacité en produisant des paquets de transformation finaux ou des unités efficaces pour la rupture fragile de plus grande taille. Des grains d’austénite antérieure fins favorisent généralement une transformation par diffusion plus précoce et produisent une structure transformée plus fine, bien qu’une région à grains fins puisse malgré tout devenir dure si la vitesse de refroidissement et la teneur en éléments d’alliage sont suffisantes. **Équivalent carbone de l’IIW** Formule CEIIW = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Base Pourcentages massiques Interprétation Des valeurs plus élevées indiquent généralement une trempabilité accrue et un risque plus important de durcissement de la ZAT Limitation Paramètre de dépistage, qui ne remplace pas l’analyse du cycle thermique C’est pourquoi TWI identifie la vitesse de refroidissement, la composition de l’acier et la trempabilité, ainsi que la taille des grains d’austénite antérieure, comme les principaux facteurs contrôlant la microstructure et la dureté de la ZAT. Une même valeur de dureté peut résulter de mélanges différents de martensite, de bainite et de ferrite, associés à des comportements à la rupture différents. Inversement, des fractions de martensite égales ne garantissent pas une ténacité égale, car la taille des paquets, la teneur en carbone, les inclusions et l’état de revenu peuvent différer. Le Grade 91 illustre le danger consistant à considérer la ZAT comme une seule bande martensitique. Le Grade 91 est sensible à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques, comme l’ont rapporté ASM International et EPRI en 2016. Ces régions ne constituent pas simplement la partie la plus dure de la soudure. Les dommages dus au fluage à long terme se concentrent là où le cycle thermique et le revenu ultérieur ou la transformation partielle produisent une microstructure locale plus faible. Des cycles thermiques simulés ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. ### Équivalents carbone et transformations sensibles à la composition Les formules d’équivalent carbone condensent plusieurs effets des éléments d’alliage en un seul indice d’aptitude au soudage. L’équivalent carbone de l’IIW, couramment écrit : CEIIW=C+Mn6+Cr+Mo+V5+Ni+Cu15 utilise des pourcentages massiques. Une valeur plus élevée indique généralement une trempabilité accrue et une plus grande possibilité de formation de constituants durs dans la ZAT pour un cycle de refroidissement donné. Les formules CET et Pcm sont d’autres systèmes d’équivalent carbone utilisés pour certaines gammes d’aciers faiblement alliés et dans certaines évaluations de soudage. Elles ne sont pas interchangeables sans tenir compte de la norme ou de la procédure dans laquelle elles sont spécifiées. L’équivalent carbone est donc un paramètre de présélection, et non un substitut à l’analyse du cycle thermique. Deux aciers présentant un CEIIW similaire peuvent avoir des comportements de transformation différents, car leurs éléments d’alliage influencent de manière différente les réactions de formation de la ferrite, de la bainite et de la martensite. Le Ni, le Cr, le Mo, le Mn, le V, le Nb, le Ti et le B influencent également la précipitation, la croissance des grains austénitiques et la réponse au revenu. La ZAT réelle dépend de la température de pointe, de Δt8/5, de la taille des grains d’austénite antérieure et de l’historique de réchauffage, en plus de la composition globale. La norme EN 1011-2 traite du soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, et utilise la composition ainsi que les conditions de soudage pour orienter la maîtrise du risque de fissuration par l’hydrogène. Les mesures de température nécessitent une attention distincte : l’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage lors du soudage par fusion, mais exclut la mesure de la température du traitement thermique après soudage. Ni une valeur d’équivalent carbone ni une mesure entre passes ne permettent à elles seules d’identifier le mélange de phases final. Le principe de la sensibilité à la composition s’étend au-delà des aciers de construction au carbone et faiblement alliés. L’étude de TWI publiée en 2002 sur les soudures d’aciers inoxydables supermartensitiques met en relation les microstructures de la ZAT avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte par les sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le traitement thermique après soudage (PWHT). Dans ces aciers, la reformation de l’austénite, le revenu de la martensite ainsi que l’austénite retenue ou rétrodiffusée peuvent modifier la résistance à la corrosion aussi bien que la résistance mécanique. La métallurgie de la ZAT détermine par conséquent bien davantage que la dureté : elle peut contrôler localement la ténacité, la résistance au fluage, la réponse à l’hydrogène et le comportement à la corrosion. ## 5. Dureté, ténacité et résistance mécanique dans toute la ZAT La zone affectée thermiquement (ZAT) ne présente ni une dureté unique ni un comportement mécanique unique. Elle comprend une succession de régions formées par des températures maximales et des chemins de refroidissement différents : zones à gros grains, à grains fins, partiellement transformées ou intercritiques, ainsi que zones revenues ou surrevenues. TWI décrit ces régions comme des subdivisions des aciers conventionnels, définies en fonction de la température maximale atteinte et de la distance par rapport à la limite de fusion. Une description des aciers pour pipelines publiée par le National Institute of Standards and Technology (NIST) emploie les termes étroitement apparentés de ZAT à gros grains, à grains fins, intercritique et surrevenue. Chaque région possède sa propre taille de grains d’austénite antérieure, ses produits de transformation, ses contraintes résiduelles et sa réponse aux cycles thermiques ultérieurs. Un profil de dureté enregistre donc un gradient spatial, et non une propriété unique de « la ZAT ». La dureté peut augmenter à proximité de la limite de fusion, diminuer dans une région intercritique, puis évoluer de nouveau là où le métal de base a été revenu sans être entièrement réausténitisé. La résistance à la traction, la ténacité et la ductilité suivent des tendances apparentées, mais non identiques. ### Pourquoi la dureté varie avec la vitesse de refroidissement La relation centrale identifiée par TWI concerne la vitesse de refroidissement, la composition de l’acier, la trempabilité et la taille des grains d’austénite antérieure. Ces variables déterminent les transformations qui se produisent lorsque l’austénite refroidit dans la plage de transformation. Un cycle thermique rapide peut empêcher la formation diffusionnelle de ferrite et de perlite, laissant se former de la bainite ou de la martensite. Un cycle plus lent laisse davantage de temps au carbone et aux éléments d’alliage pour diffuser, ce qui produit souvent des structures ferritiques ou perlitiques plus tendres. Il en résulte une dureté plus élevée ou plus faible, mais celle-ci ne constitue pas simplement une mesure directe de toutes les autres propriétés mécaniques. Les cycles thermiques de soudage sont souvent décrits à l’aide de Δt8/5, c’est-à-dire le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C. Cet intervalle constitue un indicateur pratique pour les aciers ferritiques, car une grande partie de la transformation de l’austénite se produit dans cette plage ou à proximité de celle-ci. NIST précise que Δt8/5 dépend de l’apport de chaleur, de la composition chimique, de la distance par rapport au soudage et de l’épaisseur de la paroi. Il ne s’agit pas d’une constante universelle du matériau. Une section épaisse peut retenir la chaleur et refroidir plus lentement qu’une section mince dans des conditions de soudage par ailleurs similaires ; le préchauffage et la température entre passes produisent des effets analogues. La composition modifie la réponse à un temps de refroidissement donné. Le carbone augmente la capacité de formation de martensite, tandis que des éléments d’alliage tels que le manganèse, le chrome, le molybdène et le nickel modifient la trempabilité et la cinétique des transformations. La taille des grains d’austénite antérieure joue également un rôle. Les gros grains d’austénite offrent moins de sites de germination aux produits de transformation diffusionnelle et peuvent favoriser la formation de produits de transformation plus durs pour un cycle de refroidissement donné. La même valeur nominale de Δt8/5 peut donc produire une dureté différente dans deux nuances, ou dans deux régions de la ZAT d’un même composant si les températures maximales et les structures granulaires diffèrent. Une ZAT dure indique généralement la présence de martensite, de bainite ou d’une autre structure durcie par transformation. Cette observation est importante, mais la dureté seule ne permet pas de prouver la présence d’une phase particulière. Une étude métallographique, la teneur en carbone, le mode opératoire de soudage et l’historique thermique sont nécessaires pour interpréter ce résultat. Une dureté élevée peut s’accompagner d’une ténacité réduite et d’une susceptibilité accrue à la fissuration induite par l’hydrogène lorsque de l’hydrogène diffusible et une retenue en traction sont également présents. Il n’est pas correct de qualifier toute région dure de fissure, ni toute fissure située près d’un soudage de « fissuration de la ZAT ». ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage comme des problèmes distincts de soudabilité ; la fissuration de solidification et la déchirure lamellaire relèvent encore d’autres mécanismes. Le contrôle du préchauffage et de la température entre passes agit sur le chemin de refroidissement et l’évacuation de l’hydrogène. EN 1011-2 concerne le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, et fournit des recommandations utiles pour maîtriser les conditions thermiques du soudage et le risque de fissuration. ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion, mais ne couvre pas la mesure de la température lors d’un traitement thermique après soudage. Ces distinctions sont importantes lorsqu’un résultat de dureté est comparé à un mode opératoire de soudage qualifié. ### Perte de ténacité dans les régions à gros grains La ZAT à gros grains (CGHAZ) atteint une température suffisamment élevée pour réausténitiser l’acier et provoquer la croissance des grains d’austénite antérieure. La croissance des grains réduit le nombre de barrières efficaces à la rupture par clivage et peut produire de grands paquets bainitiques ou martensitiques, selon la composition et la vitesse de refroidissement. La CGHAZ peut donc présenter une énergie de rupture Charpy plus faible ou une température de transition ductile-fragile plus élevée, même lorsque sa résistance à la traction est élevée. La dureté et la ténacité ne doivent pas être considérées comme interchangeables. Une structure plus dure peut présenter une limite d’élasticité et une résistance à la traction plus élevées, tout en absorbant moins d’énergie d’impact avant la rupture. Inversement, une région de dureté modérée peut avoir une faible ténacité si sa taille de grains, ses inclusions, sa ségrégation locale ou ses constituants martensite–austénite créent des chemins de fissuration faciles. La région à gros grains constitue souvent l’emplacement critique dans l’évaluation de la rupture à basse température, mais la zone la plus vulnérable dépend précisément de la nuance d’acier et du cycle thermique. Une seconde passe de soudage peut transformer ou revenir partiellement le matériau chauffé par la première passe. Ce réchauffage peut affiner ou revenir certaines structures, tout en laissant inchangés les grains grossiers adjacents. Dans les soudures multipasses, la ZAT est par conséquent la superposition d’historiques thermiques plutôt que la limite d’une seule passe. Un traitement thermique après soudage peut réduire les contraintes résiduelles et revenir les constituants martensitiques, mais il ne recrée pas la structure initiale à grains fins du métal de base. La nuance Grade 91 illustre pourquoi la ténacité locale et la résistance à haute température doivent faire l’objet d’une attention distincte. Une contribution d’ASM International et de l’EPRI publiée en 2016 fait état d’une sensibilité à la fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Des cycles thermiques simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. La région vulnérable n’est donc pas nécessairement la partie la plus dure ou celle présentant les plus gros grains de la soudure. En service sous fluage, une bande relativement tendre et à grains fins peut accumuler des déformations et des dommages à côté d’un matériau plus résistant. ### Adoucissement, ductilité locale et gradients de propriétés La ZAT intercritique est chauffée au-dessus de la température de transformation critique inférieure, mais pas suffisamment pour transformer toute la microstructure en austénite. Seule une partie de la structure se réausténitise. Au refroidissement, de nouveaux produits de transformation se forment à côté de la ferrite ou des constituants revenus qui ont survécu au cycle. Le mélange qui en résulte peut présenter une dureté inférieure à celle de la CGHAZ adjacente, notamment lorsque l’acier initial a été trempé et revenu ou renforcé par précipitation. La région surrevenue subit un cycle thermique sous-critique. Elle ne se réausténitise pas, mais les carbures peuvent grossir, les précipités peuvent perdre leur effet durcissant et les constituants précédemment durcis peuvent subir un revenu supplémentaire. La dureté locale et la limite d’élasticité peuvent diminuer. Cette bande adoucie peut devenir un site privilégié de déformation lors d’une sollicitation en traction, d’un cintrage ou d’un service sous fluage. Sa ductilité locale accrue ne rend pas automatiquement l’assemblage plus sûr : la déformation s’y concentre parce que les régions voisines restent plus résistantes, et la déformation accumulée peut favoriser l’endommagement de Type IV, l’amorçage de la fatigue ou une rupture à une limite métallurgique. La résistance à la traction décrit la contrainte d’ingénierie maximale atteinte lors d’un essai de traction. La limite d’élasticité décrit le début d’une déformation plastique importante. La dureté est une résistance localisée à l’indentation et sert souvent d’indicateur rapide de la résistance mécanique, mais elle ne peut pas remplacer un essai de traction. La ductilité décrit la déformation plastique ou l’allongement avant rupture. La ténacité décrit l’absorption d’énergie et la résistance à la propagation d’une fissure dans des conditions d’essai données. Ces propriétés peuvent évoluer dans des directions différentes au sein d’une même ZAT. Un minimum de dureté à côté d’une soudure peut signaler un surrevenu ou un adoucissement intercritique, tandis qu’un maximum de dureté peut signaler une transformation martensitique et un risque de fissuration par l’hydrogène. Aucun de ces résultats, pris isolément, ne permet d’établir la ténacité locale à la rupture, la durée de vie en fatigue ou la résistance en service. Un profil de dureté doit être interprété conjointement avec la macrostructure, la microstructure, des essais de traction ou de flexion, des essais d’impact lorsque cela est requis, ainsi qu’avec la température de service et le mode de chargement prévus. Le réchauffage par les passes ultérieures et le PWHT modifient encore ces gradients. L’étude menée par TWI en 2002 sur les soudures en acier inoxydable supermartensitique a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le PWHT. Cet exemple montre que la cartographie des propriétés mécaniques ne peut être dissociée du comportement en environnement : une bande adoucie ou transformée peut également présenter un potentiel de corrosion, une stabilité du film passif et une absorption d’hydrogène différents. La ZAT constitue ainsi une région mécanique et chimique à gradients, le risque déterminant étant fixé par la structure locale et les conditions de service qui s’y exercent. ## 6. Mécanismes de fissuration de la ZAT dans les aciers au carbone et faiblement alliés La fissuration à proximité d’une soudure ne constitue pas un événement métallurgique unique. ASM International et l’European Steel Design Education Programme (ESDEP) classent les fissures de soudage selon leur emplacement, leur moment d’apparition et leur force motrice : certaines se forment à l’état solide dans la ZAT après le soudage, certaines apparaissent pendant la solidification du métal fondu ou du métal de base localement fondu, et d’autres ne se manifestent que lors d’un réchauffage ou en service. Cette distinction est importante, car une fissure située à côté de la limite de fusion peut être provoquée par l’hydrogène, la liquation des joints de grains, le retrait de solidification, l’endommagement par fluage ou une perte de ductilité dans le sens de l’épaisseur. La ZAT présente un gradient thermique plutôt qu’une structure unique. Dans les aciers conventionnels, on décrit généralement les régions comme des zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées ou intercritiques, ainsi que des zones revenues ou surrevenues. La classification de NIST pour les aciers de pipeline utilise les catégories suivantes : zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Chaque emplacement subit une température de pointe et une trajectoire de refroidissement différentes. Le descripteur pratique du refroidissement Δt8/5 — le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C — aide à relier les cycles thermiques aux produits de transformation, bien que son utilisation dépende de l’acier et du procédé de soudage. Un rapport de NIST sur les pipelines identifie l’apport de chaleur, la composition chimique, la distance par rapport au cordon de soudure et l’épaisseur de la paroi comme des facteurs influençant Δt8/5. La vitesse de refroidissement, la composition, la trempabilité et la taille des anciens grains d’austénite contrôlent la microstructure et la dureté obtenues dans la ZAT. Un intervalle de refroidissement court peut produire de la martensite ou de la bainite dans un acier au carbone ou faiblement allié trempable ; un intervalle plus long peut permettre la formation de ferrite, de perlite ou de produits de transformation revenus. La structure obtenue détermine si une fissure peut s’amorcer, si elle peut se propager et si la contrainte de bridage fournit une contrainte de traction suffisante pour la maintenir ouverte. Le préchauffage et le contrôle de la température entre passes modifient le cycle thermique, mais ne suppriment pas la nécessité d’évaluer la composition chimique de l’acier, le bridage de l’assemblage et la maîtrise de l’hydrogène. La norme EN 1011-2 couvre le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion ; elle ne spécifie pas la mesure de la température du traitement thermique après soudage. ### Fissuration induite par l’hydrogène ou fissuration à froid La fissuration induite par l’hydrogène, également appelée fissuration à froid ou fissuration retardée, se produit après la solidification du cordon de soudure et le refroidissement de la ZAT adjacente. Sa chronologie caractéristique est donc différente de celle de la fissuration à chaud, bien qu’une fissure puisse être découverte plusieurs heures après le soudage. Les analyses de l’ASM associent généralement ce mécanisme à trois conditions interdépendantes : la présence d’hydrogène diffusible, une microstructure dure ou fragile sensible à la fissuration et une contrainte de traction. Le bridage et les contraintes de transformation de la soudure fournissent le champ de contraintes local ; la contrainte résiduelle peut rester élevée même lorsque la charge appliquée extérieurement est nulle. L’hydrogène pénètre dans le bain de fusion à partir de l’humidité, de contaminations, des enrobages des flux, de lubrifiants ou d’autres sources liées au procédé. Après solidification, l’hydrogène atomique diffuse à travers la soudure et la ZAT. Il peut s’accumuler au niveau des inclusions, des joints des anciens grains d’austénite, des interfaces de martensite, des dislocations et d’autres régions soumises à de fortes contraintes locales. Le processus exact de rupture dépend de l’acier, de la microstructure et du chargement ; il ne faut donc pas attribuer un seuil universel unique à l’hydrogène. L’hydrogène réduit la tolérance à la fissuration d’une microstructure dure et contrainte ; il n’agit pas indépendamment du bridage ou de la sensibilité métallurgique. La ZAT la plus vulnérable est souvent la région à gros grains ou une autre zone qui se transforme en martensite non revenue ou en structure bainitique dure lors d’un refroidissement rapide. Les gros anciens grains d’austénite peuvent réduire la ténacité et fournir un chemin plus facile à la propagation des fissures. Les régions à grains fins et intercritiques peuvent également être affectées, notamment lorsque la dureté locale, la contrainte résiduelle ou le chargement en service sont défavorables. Une soudure peut donc présenter différents niveaux de risque de fissuration par l’hydrogène à différentes distances de la limite de fusion. L’orientation des fissures reflète le champ de contraintes et la géométrie. Des fissures longitudinales ou transversales peuvent apparaître dans le métal fondu, tandis que les fissures de la ZAT peuvent se propager parallèlement à la limite de fusion ou s’étendre du pied de soudure vers le métal de base durci. Les zones de racine, les débuts et fins de cordon, les morsures et les variations brusques du bridage de l’assemblage concentrent les contraintes. Une inspection différée ne constitue pas une preuve d’un mécanisme lié à l’hydrogène, mais l’apparition retardée est un signal d’alerte utile. La maîtrise suit la chaîne causale : réduire l’hydrogène diffusible, éviter une dureté excessive de la ZAT et réduire ou gérer le bridage en traction ainsi que la contrainte résiduelle. Des consommables secs et des surfaces d’assemblage propres réduisent l’apport d’hydrogène. Le préchauffage ralentit le refroidissement et permet à l’hydrogène de s’échapper avant que la ZAT n’atteigne une condition de basse température fortement contrainte. Un postchauffage peut faciliter l’élimination de l’hydrogène lorsqu’il est spécifié par le mode opératoire de soudage, tandis qu’un traitement thermique après soudage peut revenir les structures sensibles et réduire la contrainte résiduelle. Ces mesures doivent être choisies en fonction de la nuance et de l’épaisseur ; elles ne sont pas interchangeables avec une règle générique de température. ### Fissuration par liquation, fissuration de solidification et fissuration au réchauffage La fissuration par liquation est une fissure à chaud dans la ZAT, généralement le long de joints de grains qui ont été fondus localement par le cycle thermique de soudage, mais qui se trouvent à l’extérieur de la zone principale de fusion. La fissure se forme lorsque ce mince film liquide est étiré pendant le refroidissement et la contraction. Les impuretés ségrégées, les constituants eutectiques à bas point de fusion, les inclusions ou les régions enrichies en éléments d’alliage aux joints de grains peuvent abaisser la température locale de fusion. La ZAT peut donc se fissurer même si le métal de base massif n’a pas fondu. Ce mécanisme diffère de la fissuration de solidification dans la zone de fusion. Lors d’une fissuration de solidification, le métal fondu liquide de la zone de fusion se solidifie entre des dendrites en croissance. La ségrégation des solutés et les limitations de l’alimentation laissent un réseau de joints faible contenant encore du liquide ; la contraction du métal fondu ouvre alors la région interdendritique. Sa localisation se situe dans le métal fondu déposé ou fondu, et non dans une ZAT non fondue. Une fissure qui suit la limite de fusion exige l’examen des deux possibilités : la présence de matériau de la ZAT fondu localement indique une liquation, tandis qu’un chemin interdendritique à travers le métal fondu indique une fissuration de solidification. Des fissures mixtes peuvent se produire lorsque la limite de fusion et le champ thermique de la ZAT se chevauchent. ESDEP cite la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration au réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction. La sensibilité à la liquation dépend de la composition chimique du métal de base, de la ségrégation, de la taille des grains, de la température de pointe et de la déformation thermique. Les gros grains fournissent de longs chemins le long des joints de grains, tandis que des cycles thermiques répétés peuvent refondre ou fragiliser des régions précédemment chauffées. La force motrice pertinente est la déformation en traction pendant le refroidissement à haute température, et non l’hydrogène diffusible accumulé après la solidification. La fissuration au réchauffage se produit lors d’une exposition thermique ultérieure, généralement pendant un traitement thermique de détensionnement ou en service à température élevée. La fissure correspond à une rupture à l’état solide, souvent intergranulaire, dans une ZAT ou une région soudée précédemment soudée. La précipitation et la restauration peuvent renforcer l’intérieur des grains tout en laissant les joints de grains relativement faibles ; la relaxation de la contrainte résiduelle et la déformation par fluage concentrent alors la déformation au niveau de ces joints. La sensibilité est associée à certains systèmes d’alliage et à certaines conditions relatives aux impuretés ou aux précipités ; elle ne peut donc pas être déduite uniquement de la présence d’une soudure ou de la dureté à température ambiante. Le Grade 91 illustre pourquoi une ZAT doit être traitée comme un ensemble de plusieurs régions microstructurales. ASM International et EPRI ont signalé en 2016 que le Grade 91 est sensible à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. L’endommagement de type IV est une rupture par fluage à la température de service, et non une fissuration à froid ordinaire induite par l’hydrogène. Des cycles thermiques simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Le réchauffage lors des passes ultérieures et le traitement thermique après soudage modifient davantage les précipités, l’état de revenu et la résistance locale ; la sensibilité finale à la fissuration dépend donc de l’ensemble de l’historique thermique du soudage. ### Fissuration en feuille et sensibilité dans le sens de l’épaisseur La fissuration en feuille est un mécanisme de fissuration du métal de base associé à une déformation en traction normale à la surface de la tôle laminée. Elle se développe généralement sous une soudure bridée, notamment autour d’un assemblage en T, d’un assemblage d’angle ou d’une grande pièce rapportée, lorsque la contraction de la soudure tire la tôle dans son épaisseur. Le chemin de fissuration est généralement étagé ou en terrasses : la fissure progresse à travers des inclusions allongées et les relie par des régions de cisaillement ductile. La propriété déterminante du matériau est la ductilité dans le sens de l’épaisseur, et non simplement la résistance à la traction transversale ou la dureté de la ZAT. Les tôles laminées contiennent des inclusions non métalliques — historiquement du sulfure de manganèse, mais aussi des inclusions d’oxydes ou de silicates selon le procédé d’élaboration de l’acier — qui s’aplatissent et s’alignent pendant le laminage. Ces inclusions servent de sites de nucléation des vides lorsque la tôle est déformée dans la direction transversale courte. Un acier propre, comportant moins de chapelets d’inclusions ou des chapelets moins sévères, présente une sensibilité moindre, tandis qu’un bridage élevé, une tôle épaisse, d’importants dépôts de soudure et une conception défavorable de l’assemblage augmentent la déformation appliquée dans le sens de l’épaisseur. La fissuration en feuille peut s’amorcer dans le métal de base sous la ZAT et être confondue avec une fissure de la ZAT parce que la fissure se trouve près de la soudure. Sa force motrice est la déformation de retrait de la soudure et la contrainte agissant dans l’épaisseur de la tôle ; l’hydrogène n’est pas une condition déterminante. La présence d’une ZAT martensitique dure n’est pas non plus nécessaire. La localisation métallographique, la morphologie de la fissure, l’alignement des inclusions et la direction de la déformation appliquée permettent de la distinguer de la fissuration induite par l’hydrogène et de la fissuration par liquation. #### Le préchauffage dépend de la procédure Ne pas considérer le préchauffage comme un remède universel. Un préchauffage excessif peut élargir la région chauffée, favoriser la croissance des grains ou l’adoucissement, et perturber les aciers durcis par précipitation ou trempés-revenus. Des modifications de la conception et du mode opératoire peuvent réduire la déformation : orienter les assemblages de manière à éviter une traction à travers l’épaisseur de la tôle, réduire le volume excessif de soudure, utiliser des détails d’assemblage appropriés, contrôler le bridage et, lorsque cela est spécifié, choisir une tôle dont les propriétés dans le sens de l’épaisseur sont vérifiées. Une réparation de soudure qui se contente d’éliminer l’indication visible en surface peut laisser en place la fissure sous-jacente liée aux inclusions. L’examen doit porter sur le volume de tôle autour de la pièce rapportée, et pas uniquement sur la ligne de fusion. ## 7. Préchauffage, contrôle de la température entre passes et variables de la procédure de soudage ### La finalité métallurgique du préchauffage Le préchauffage est un moyen de contrôle thermique, et non un remède universel aux problèmes de zone affectée thermiquement (ZAT). Il élève la température du joint avant l’application de la chaleur de l’arc, réduisant ainsi le gradient de température entre le bain de fusion et l’acier environnant. Le résultat immédiat est un refroidissement plus lent dans la plage de transformation. Dans les aciers ferritiques, cette modification peut empêcher la formation d’une ZAT excessivement dure, martensitique ou bainitique, selon la composition, la trempabilité, la taille des grains d’austénite antérieure et le cycle thermique réel. Une description utile est Δt8/5 : le temps nécessaire à un point de l’assemblage soudé pour refroidir de 800 °C à 500 °C. Cet intervalle couvre une partie importante de la décomposition de l’austénite dans de nombreux aciers, bien qu’il ne constitue pas une description complète de chaque alliage ou condition de soudage. Un Δt8/5 court indique généralement un refroidissement rapide et un risque accru de formation de produits de transformation durs et fragiles ; un intervalle plus long permet davantage de transformations diffusionnelles et d’effets de revenu. Le National Institute of Standards and Technology (NIST) indique que le Δt8/5 des aciers pour pipelines dépend de l’apport de chaleur, de la composition chimique, de la distance par rapport à la soudure et de l’épaisseur de la paroi. Le préchauffage modifie cette relation en changeant la température initiale et le flux thermique vers le métal de base. Le préchauffage contribue également à la maîtrise de l’hydrogène. L’hydrogène introduit par l’humidité, la contamination de surface, les produits consommables ou des problèmes liés au gaz de protection peut diffuser hors des régions austénitiques ou des régions dures de la ZAT avant que l’acier n’atteigne une température basse. Cela réduit la concentration disponible pour se combiner avec les contraintes résiduelles de traction et une microstructure sensible. Cet effet est conditionnel. Le préchauffage ne peut pas compenser des électrodes humides, des faces de joint contaminées, une retenue excessive ou un acier dont la procédure produit une dureté inacceptable. La fissuration induite par l’hydrogène est un mécanisme distinct, et non une appellation applicable à toute fissure située à proximité d’une soudure. Termes de température qui ne doivent pas être considérés comme interchangeables. | Terme désignant la température | Quand il s’applique | Objectif | |---|---|---| | Température de préchauffage | Avant le début du soudage ou d’un segment de soudure spécifié | Définit l’état thermique initial | | Température entre passes | Immédiatement avant le dépôt de la passe suivante | Contrôle l’accumulation thermique entre les passes | | Température de maintien du préchauffage | Pendant une interruption ou entre deux opérations | Empêche l’assemblage de descendre au-dessous du minimum spécifié | | Température de TTAS | Pendant un traitement thermique ultérieur après soudage | Nécessite une mesure et un contrôle distincts | La température requise est donc déterminée à partir de la composition de l’acier, de l’épaisseur du produit, de la retenue, de la maîtrise de l’hydrogène, du procédé de soudage et de la qualification de la procédure. Un préchauffage excessif entraîne ses propres inconvénients. Il peut prolonger suffisamment les temps de refroidissement pour provoquer un grossissement des grains, réduire la résistance locale, favoriser un adoucissement excessif des aciers revenus et agrandir la région exposée à une température élevée. Dans les aciers trempés et revenus, un cycle trop chaud peut provoquer le revenu de la ZAT du métal de base. Pour les nuances durcies par précipitation ou résistantes au fluage, il peut perturber la population de précipités prévue. La ZAT reste spatialement graduée malgré une seule valeur de préchauffage spécifiée. Au plus près de la limite de fusion, un acier conventionnel peut former une région à gros grains après avoir atteint des températures maximales élevées. Plus loin, les régions à grains affinés, intercritiques et revenues ou surrevenues subissent des températures maximales et des trajectoires de transformation différentes. TWI identifie ces quatre subdivisions des aciers conventionnels selon la température maximale et la distance par rapport à la soudure. Le préchauffage modifie leur historique de refroidissement ; il ne les rend pas métallurgiquement identiques. ### Température entre passes et accumulation thermique La température de préchauffage est la température minimale établie dans le joint avant le début du soudage, ou avant le début d’un segment de soudure spécifié. La température entre passes est la température de la zone soudée immédiatement avant le dépôt de la passe suivante. Une température de maintien du préchauffage est une température minimale qui doit être maintenue lorsque le soudage est interrompu ou lorsque le joint doit rester chaud entre deux opérations. Ces termes ne doivent pas être considérés comme interchangeables. Le contrôle de la température entre passes régit l’accumulation thermique. Dans une soudure multipasse, la deuxième passe et les suivantes réchauffent le métal soudé précédent ainsi que la ZAT adjacente. Une température entre passes élevée signifie que le cycle thermique suivant commence à partir d’un état de base plus chaud, ce qui ralentit généralement le refroidissement et réduit le Δt8/5. Elle peut également exposer les passes précédentes à des effets de revenu répétés ou à une réausténitisation partielle. La microstructure qui en résulte peut contenir, à quelques millimètres seulement les unes des autres, de fines bandes présentant des duretés et des ténacités différentes. Une limite maximale de température entre passes est souvent aussi importante qu’une exigence minimale de préchauffage. Si cette limite est dépassée, la chaleur accumulée peut provoquer un grossissement excessif des grains, un adoucissement ou une diminution de la ténacité, en particulier dans les aciers trempés et revenus et les aciers résistants au fluage. Si la température descend en dessous du minimum spécifié, le refroidissement rapide et le risque de fissuration par l’hydrogène peuvent réapparaître. La valeur correcte dépend de la procédure ; elle ne constitue pas une propriété fixe d’un procédé de soudage. La nuance Grade 91 illustre pourquoi les règles de température simplifiées sont insuffisantes. Une étude réalisée en 2016 par ASM International et EPRI décrit une fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Ces régions ne correspondent pas à la bande à gros grains souvent représentée dans les schémas simplifiés. Des cycles thermiques simulés ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Le réchauffage répété par les passes peut provoquer le revenu d’une partie de la martensite tout en créant ailleurs un nouveau matériau intercritique ; ainsi, une mesure conforme de la température entre passes ne peut à elle seule établir la résistance aux dommages de Type IV. Le même principe s’applique aux aciers inoxydables. L’étude réalisée par TWI en 2002 sur les soudures en acier inoxydable supermartensitique a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte et la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, ainsi qu’avec le réchauffage par les passes suivantes et le traitement thermique après soudage (PWHT). Le réchauffage local peut modifier la répartition du chrome, le revenu de la martensite et le comportement à la corrosion. Le contrôle de la ZAT concerne donc la dégradation en service, ainsi que la dureté et la fissuration. ### EN 1011-2 et ISO 13916:2025 EN 1011-2 fournit des recommandations pour le soudage à l’arc des aciers ferritiques. Son domaine d’application couvre les aciers ferritiques et exclut les aciers inoxydables ferritiques. Le document traite de facteurs liés à la procédure de soudage, tels que la maîtrise de l’hydrogène, l’apport de chaleur, le préchauffage et les conditions de refroidissement, afin d’aider l’ingénieur à évaluer la dureté de la ZAT et le risque de fissuration à froid. Il s’agit d’un guide pour sélectionner et maîtriser une procédure de soudage, et non d’un substitut aux preuves de qualification ou aux exigences propres à une nuance. ISO 13916:2025 concerne la mesure plutôt que la conception métallurgique complète d’une procédure. La norme spécifie les exigences relatives à la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion. Elle ne couvre pas la mesure de la température du PWHT. Cette exclusion est importante : la température enregistrée avant une passe de soudage ne prouve pas qu’un traitement ultérieur de détente ou de revenu a atteint la température spécifiée ni l’uniformité requise. L’emplacement et le moment de la mesure doivent représenter le matériau qui contrôle le cycle thermique de la soudure, et non pas simplement la surface la plus chaude et la plus facile d’accès. La température peut varier dans l’épaisseur et autour d’un joint, en particulier dans les sections fortement retenues, les éléments rapportés et les composants à paroi épaisse. Une procédure doit préciser quand la mesure est effectuée, où elle est effectuée et quelles sont les limites minimale ou maximale autorisées. L’apport de chaleur et la séquence des passes ajoutent un autre niveau de contrôle. L’énergie de l’arc est couramment mise en relation avec l’intensité, la tension et la vitesse d’avance, tandis que le rendement du procédé et la géométrie du cordon influencent la chaleur effectivement transférée à la pièce. Un apport de chaleur plus élevé élargit généralement la zone chauffée et allonge le temps de refroidissement, mais la géométrie du joint, l’épaisseur de la tôle et la retenue peuvent inverser une prévision simplifiée. Une séquence de cordons étroits, un balayage large, l’alternance des côtés ou des pauses planifiées entre passes modifient les régions réchauffées ainsi que le moment où elles le sont. Par conséquent, deux soudures présentant le même préchauffage nominal peuvent avoir une taille de grains, une dureté, une ténacité et une sensibilité à la fissuration différentes dans leur ZAT. La procédure de soudage doit maîtriser l’historique thermique complet, et non une seule mesure de température. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/3493078c-aebe-4e73-b398-1d30ba71f2d1/wiki-inline-a-multipass-steel-weld-showing-overlapping-thermal-cycles-that-reheat-and-modify-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/3493078c-aebe-4e73-b398-1d30ba71f2d1/wiki-inline-a-multipass-steel-weld-showing-overlapping-thermal-cycles-that-reheat-and-modify-1920x1288.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")Later passes can temper, refine or partially reaustenitize material altered by earlier passes. ## 8. Soudage multipasse : réchauffage, revenu et chevauchement des ZAT #### Effets du réchauffage par les passes ultérieures - **Revenu** Un cycle à plus basse température peut réduire la dureté martensitique et les contraintes résiduelles. - **Affinage** Un cycle austénitique ultérieur peut créer de nouveaux grains d’austénite plus fins. - **Réausténitisation partielle** Un cycle intercritique ne transforme qu’une partie de la structure précédente. - **Surrevenu** Une exposition sous-critique répétée peut provoquer le grossissement des carbures ou des précipités et réduire la résistance. Un soudage multipasse ne produit pas une seule ZAT fixe à côté de la frontière de fusion. Chaque passe ajoute un nouveau cycle thermique, et le champ de température associé à cette passe recouvre une partie du matériau modifié par les passes précédentes. Une région qui constituait auparavant une ZAT à gros grains peut ensuite être réchauffée à une température inférieure à la température critique inférieure et subir un revenu ; une autre région peut être portée dans le domaine intercritique, où une partie de la ferrite se transforme en austénite ; le matériau situé plus près d’une frontière de fusion ultérieure peut être entièrement réausténitisé, puis transformé de nouveau au refroidissement. La section finale enregistre donc une séquence plutôt qu’un événement unique. La température maximale, le temps passé à une température donnée, le refroidissement à travers le domaine de transformation, ainsi que le nombre et l’espacement des cycles de réchauffage jouent tous un rôle. TWI décrit les régions de la ZAT des aciers conventionnels comme des zones à grains grossis, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, en fonction de la température maximale et de la distance par rapport au cordon de soudure. Dans un assemblage multipasse, ces désignations décrivent les réponses locales à plusieurs passes, et non nécessairement quatre bandes permanentes et parallèles. ### Réchauffage des régions antérieures de la ZAT par les passes suivantes Un cordon ultérieur réchauffe le métal du cordon précédent ainsi qu’une partie de la ZAT antérieure. L’étendue de cette zone dépend de la taille du cordon, de la vitesse d’avance, de l’énergie d’arc, de la géométrie de l’assemblage, de l’épaisseur de la tôle ou de la paroi, de la température entre passes et de l’emplacement de la passe. L’apport de chaleur et la conductivité thermique déterminent la rapidité avec laquelle le métal environnant atteint une température donnée, tandis que la distance par rapport à la nouvelle frontière de fusion détermine la température maximale. Un même point peut subir un cycle à haute température pendant une passe, puis un cycle de revenu à plus basse température pendant la suivante. Le paramètre pratique de refroidissement Δt8/5 décrit le temps écoulé pendant lequel le matériau refroidit de 800 °C à 500 °C. Il est utile lorsque l’acier subit une décomposition de l’austénite dans cette plage, mais il ne constitue pas une description complète de l’historique thermique multipasse. Le rapport du National Institute of Standards and Technology consacré aux pipelines relie Δt8/5 à l’apport de chaleur, à la composition chimique, à la distance par rapport au cordon et à l’épaisseur de la paroi. Il n’implique pas que chaque point d’un assemblage possède un temps de refroidissement commun. Des points adjacents peuvent subir des cycles très différents, et les passes ultérieures peuvent modifier la structure créée par le premier cycle. Dans le cas d’un acier ferritique faiblement allié, la première passe peut créer, à proximité de la frontière de fusion, de gros grains d’austénite antérieure. Une passe ultérieure dont la température maximale se situe dans le domaine austénitique peut affiner cette structure en formant de nouveaux grains d’austénite, selon la température maximale locale et la durée du cycle. Si la température maximale ultérieure n’atteint que le domaine intercritique, une fraction de la ferrite initiale se transforme en austénite. Au refroidissement, cette fraction peut devenir de la bainite fraîche, de la martensite ou un autre produit de transformation, tandis que la matrice non transformée conserve certaines caractéristiques antérieures. Un cycle à plus basse température peut ne pas réausténitiser l’acier du tout, mais il peut revenir la martensite ou adoucir une région précédemment durcie. C’est pourquoi le contrôle du mode opératoire de soudage ne peut pas être réduit à l’énergie d’arc nominale. La température entre passes modifie la température initiale de chaque passe et peut raccourcir l’intervalle effectif de refroidissement. ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion ; elle exclut explicitement la mesure de la température du traitement thermique après soudage. EN 1011-2 traite du soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, et fournit des recommandations pour le contrôle des conditions de soudage des nuances ferritiques concernées. ### Structures revenues et surrevenues Un réchauffage inférieur à la température critique de transformation peut revenir une ZAT martensitique ou bainitique sans former un nouveau domaine austénitique. Le carbone se redistribue, des carbures de transition peuvent se former ou évoluer, les contraintes résiduelles diminuent et la dureté baisse généralement. La structure obtenue peut présenter une meilleure résistance à la fissuration induite par l’hydrogène qu’une région martensitique trempée, mais cette évolution peut également réduire la résistance mécanique. Le résultat dépend du constituant initial, de la température de réchauffage, du temps de maintien et du nombre de cycles. La « ZAT revenue » ne correspond donc pas à une microstructure unique. Un cycle bref et relativement froid peut produire un revenu limité, tandis qu’un cycle plus chaud ou répété peut entraîner un grossissement important des carbures et une perte du durcissement structural par précipitation. Le terme « surrevenu » indique que l’exposition thermique a réduit les propriétés au-delà de l’état de revenu visé. Dans les aciers trempés et revenus, cette zone adoucie peut devenir un minimum local de résistance. Dans les aciers résistants au fluage, le réchauffage peut perturber la répartition soigneusement contrôlée des précipités qui contribue à la résistance à long terme. La nuance Grade 91 illustre le danger qu’il y a à considérer l’adoucissement comme automatiquement bénéfique. ASM International et EPRI ont indiqué en 2016 que le Grade 91 est sensible à la fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Des simulations de cycles thermiques ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique pouvait réduire la résistance à la traction à haute température. La zone critique n’est pas uniquement la région visiblement grossière : des passages répétés dans le domaine intercritique peuvent créer une structure à grains fins, partiellement transformée, présentant un comportement défavorable en matière de déformation par fluage et d’endommagement. Les passes de soudage ultérieures peuvent revenir une partie de la martensite tout en créant ou en élargissant cette région vulnérable. Le traitement thermique après soudage ajoute un autre cycle thermique contrôlé à l’ensemble de l’assemblage. Il peut revenir les produits de transformation durs et réduire les contraintes résiduelles, mais il peut également favoriser l’évolution des carbures ou des précipités, modifier les gradients de dureté et exposer les régions réchauffées à une dégradation supplémentaire. Le PWHT doit donc être spécifié en fonction de la nuance d’acier, de l’épaisseur, du mode opératoire de soudage et des conditions de service, plutôt que d’être considéré comme un traitement qui effacerait les différences entre les ZAT. Les aciers inoxydables supermartensitiques illustrent le même phénomène tout en ajoutant des effets liés à la corrosion. L’étude de TWI publiée en 2002 a examiné leurs microstructures de ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le PWHT. Une passe ultérieure peut revenir la martensite fraîche, réausténitiser partiellement une région antérieure ou produire une structure mixte dans une étroite bande réchauffée. Ces changements influencent la répartition du chrome, la formation des carbures, la dureté, les contraintes résiduelles et le comportement électrochimique de la surface. Une dureté plus faible peut réduire un mécanisme de fissuration donné, tandis que des modifications locales de la composition ou des phases peuvent dégrader la résistance à la corrosion ou créer un chemin sensible dans des conditions de service contenant de l’hydrogène. ### Pourquoi une section de soudure contient des historiques thermiques qui se chevauchent Une section à travers un assemblage multipasse doit être interprétée comme une carte des températures maximales et des trajectoires de refroidissement. À proximité d’une passe, le métal peut avoir fondu ou avoir été entièrement réausténitisé. Plus loin, il peut avoir atteint le domaine de grossissement des grains, le domaine d’affinement des grains, le domaine intercritique ou seulement une température de revenu. La passe suivante déplace ces frontières et superpose un nouvel ensemble de zones. Celles-ci sont courbes, décalées et partiellement coïncidentes, plutôt que disposées en couches régulières. Régions de la ZAT de la nuance 91 et principales préoccupations métallurgiques associées. | Région de la ZAT de la nuance 91 | Historique thermique | Préoccupation signalée | |---|---|---| | À gros grains | Austénitisation complète à haute température avec croissance des grains | Structure transformée grossière et perte possible de ténacité | | À grains fins | Austénitisation complète ou importante sans croissance prononcée des grains | Partie de la ZAT du métal de base sensible au Type IV | | Intercritique | Transformation partielle entre Ac1 et Ac3 | Formation de ferrite et diminution de la résistance à la traction à haute température | | Surrevenues | Réchauffage sous-critique | Adoucissement et état modifié des précipités | Ce chevauchement produit une hétérogénéité des propriétés à plusieurs échelles. La dureté peut augmenter là où un refroidissement rapide forme de la martensite, diminuer là où la martensite est revenue, puis varier de nouveau lorsqu’un cycle ultérieur crée de nouveaux produits de transformation non revenus. La ténacité dépend de la taille des grains, de l’équilibre entre les phases, de la teneur en carbone de la fraction transformée et des contraintes résiduelles locales ; elle ne peut pas être déduite de la seule distance par rapport au cordon. La sensibilité à la fissuration varie également d’un point à l’autre. ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage comme des problèmes distincts d’aptitude au soudage des aciers de construction, tandis que la fissuration de solidification se produit dans le métal fondu et que la déchirure lamellaire est liée à la ductilité dans le sens de l’épaisseur. Le réchauffage ne rend pas ces mécanismes interchangeables. La même variation spatiale commande la corrosion et la fissuration en service dans les soudures en acier inoxydable. Une bande réchauffée peut différer du métal adjacent par sa dureté, la stabilité de son film passif, sa population de précipités et son niveau de contrainte de traction. Par conséquent, l’examen métallographique et les profils de dureté doivent être réalisés en tenant compte de la séquence réelle des cordons. Une seule mesure à la frontière de fusion peut ne pas détecter la bande intercritique adoucie, la bande martensitique réchauffée ou la région surrevenue qui détermine la rupture. ## 9. Grade 91 et fissuration de type IV ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/fcab1c5a-16d2-4ad0-85d5-4ef82134a82e/wiki-inline-a-grade-91-steel-haz-microstructure-contrasting-coarse-grained-fine-grained-and-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/fcab1c5a-16d2-4ad0-85d5-4ef82134a82e/wiki-inline-a-grade-91-steel-haz-microstructure-contrasting-coarse-grained-fine-grained-and-1920x1434.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")In Grade 91, Type IV damage is associated especially with fine-grained and intercritical base-metal HAZ regions. Le Grade 91 constitue une étude de cas utile, car son problème de soudabilité ne se limite pas à la frontière de fusion visible. Cet acier est un alliage résistant au fluage à structure martensitique revenue, généralement désigné **Grade 91**, **P91** pour les tuyaux et **T91** pour les tubes de chaudière, contenant environ 9 % de chrome et des additions telles que le molybdène, le vanadium, le niobium et l’azote. Sa résistance à température élevée dépend d’une structure martensitique finement revenue contenant des précipités stables, notamment des carbonitrures et la population de carbures riches en chrome associée au revenu prolongé. Le soudage remplace cette structure soigneusement élaborée par une succession de cycles thermiques locaux. Une zone immédiatement adjacente à la ligne de fusion peut être entièrement austénitisée, puis transformée en martensite grossière. Un peu plus loin, la température maximale peut affiner l’austénite sans provoquer la même croissance des grains. Plus loin encore, seule une partie de la microstructure initiale peut se transformer. Il en résulte une ZAT graduée, et non une bande uniforme. L’**étude ASM-EPRI sur le Grade 91 publiée en 2016** a identifié une sensibilité à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Cette distinction est importante. Une surface de rupture peut se trouver près de la soudure, mais la proximité de la soudure ne fait pas de la frontière de fusion la zone métallurgique déterminante. ### Régions de la ZAT à grains fins et intercritiques dans le Grade 91 La ZAT à grains fins se forme là où la température maximale dépasse la plage de transformation austénitique, sans toutefois être suffisamment élevée — ou maintenue suffisamment longtemps — pour provoquer la croissance des grains d’austénite antérieure observée dans la ZAT à gros grains. Le soudage dissout ou redistribue certains précipités, puis un refroidissement rapide produit de la martensite fraîche. Comme les grains d’austénite antérieure sont plus petits que dans la région à gros grains, la structure en paquets et en blocs issue de la transformation diffère également. Le revenu pendant la fabrication et en service agit ensuite sur une région dont la distribution initiale des précipités et la géométrie des grains ont déjà été perturbées. La ZAT intercritique se situe dans une plage de températures maximales plus basses. Seule une partie du matériau pénètre dans le domaine austénitique au cours du cycle thermique de soudage ; le reste conserve une structure de Grade 91 revenu. Lors du refroidissement, l’austénite nouvellement formée se transforme à côté d’un matériau non transformé ou partiellement revenu. Il se crée ainsi une microstructure mixte présentant des différences locales de dureté, de répartition du carbone, d’état des précipités et de résistance au fluage. La zone intercritique peut donc être mécaniquement plus faible, même si sa dureté ne permet pas de l’identifier comme la partie la plus visible de la ZAT. TWI décrit les sous-régions de la ZAT des aciers conventionnels comme des zones à grains grossis, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, classées selon la température maximale et la distance par rapport à la soudure. NIST utilise des termes apparentés — zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues — pour les ZAT des aciers de pipeline. Ces désignations ne sont pas interchangeables dans tous les systèmes d’alliages, mais le principe sous-jacent s’applique au Grade 91 : chaque position enregistre une histoire thermique différente. Le refroidissement est tout aussi important. Le paramètre pratique **Δt8/5** décrit le temps nécessaire pour que la région soudée refroidisse de 800 °C à 500 °C. L’analyse de NIST relie Δt8/5 à l’apport de chaleur, à la composition de l’acier, à la distance par rapport à la soudure et à l’épaisseur de la paroi. Ces variables modifient la cinétique de transformation et l’importance du revenu imposé par le soudage. La ZAT du Grade 91 ne peut pas être évaluée à partir de la seule température maximale. TWI indique que la microstructure et la dureté de la ZAT dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans la plage de transformation, de la composition et de la trempabilité, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. Pour le Grade 91, ces mêmes variables déterminent si une région locale forme de la martensite fraîche et dure, subit un revenu supplémentaire ou développe une structure intercritique mixte. Un profil de dureté est utile, mais il ne constitue pas une cartographie complète de l’endommagement par fluage ou de la sensibilité à la fissuration de type IV. ### Formation de ferrite et résistance à température élevée L’étude ASM-EPRI a également examiné des cycles thermiques de soudage simulés du Grade 91 et a indiqué que **la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à température élevée**. Cette observation donne au problème de type IV une base métallurgique plus précise que l’affirmation générale selon laquelle le soudage « affaiblit la ZAT ». La ferrite est plus tendre et moins résistante au fluage que la matrice martensitique revenue qui confère au Grade 91 sa résistance à température élevée. Sa formation peut s’accompagner d’une redistribution locale du carbone et des éléments d’alliage, de modifications de la stabilité des précipités et de la dégradation de la structure finement contrôlée de la martensite en lattes. Sous charge permanente, la déformation peut se concentrer dans cette région altérée. Le métal fondu environnant, le métal de base non affecté et les zones plus dures de la ZAT imposent alors une contrainte, ce qui accroît la demande locale en contraintes et en déformations exercée sur le matériau à grains fins ou intercritique. Le résultat ne se résume pas à une simple différence de dureté. Le comportement en traction à température élevée dépend de la résistance de la microstructure à l’écoulement plastique et au fluage, de l’évolution des précipités, de la structure des grains et des sous-grains, ainsi que de la répartition de la déformation dans l’assemblage soudé. Une région présentant une dureté mesurée modérée peut néanmoins avoir une faible résistance à long terme si sa résistance au fluage a été réduite par une transformation partielle ou par la formation de ferrite. Fissuration de type IV **Fissuration de type IV** Rupture par fluage à la température de service associée à l’affaiblissement des régions à grains fins et intercritiques de la ZAT du métal de base, en particulier dans la nuance 91. Cette constatation ne doit pas être convertie en une estimation de durée de vie universelle. Le comportement d’un composant en Grade 91 soudé dépend de la contrainte, de la température, de la géométrie, du mode opératoire de soudage, du bridage, du traitement thermique après soudage, de l’historique en service et de la répartition réelle des microstructures de la ZAT. Les simulations de cycles thermiques établissent un mécanisme et identifient une région vulnérable ; elles ne permettent pas à elles seules de déterminer à quel moment un récipient, un tube ou un tuyau donné tombera en défaillance. Le préchauffage, le contrôle de la température entre passes et l’apport de chaleur de soudage restent pertinents, car ils influencent les cycles thermiques et le comportement lors des transformations. **ISO 13916:2025** spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion, mais exclut expressément la mesure de la température du traitement thermique après soudage. Cette distinction est importante pour les travaux sur le Grade 91 : le contrôle de la température de soudage et le traitement thermique après soudage sont des opérations liées, mais ne relèvent pas d’une même exigence de mesure. ### Pourquoi la rupture de type IV est un problème de la ZAT du métal de base ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/fcab1c5a-16d2-4ad0-85d5-4ef82134a82e/wiki-inline-a-grade-91-steel-haz-microstructure-contrasting-coarse-grained-fine-grained-and-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/fcab1c5a-16d2-4ad0-85d5-4ef82134a82e/wiki-inline-a-grade-91-steel-haz-microstructure-contrasting-coarse-grained-fine-grained-and-1920x1434.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")In Grade 91, Type IV damage is associated especially with fine-grained and intercritical base-metal HAZ regions. La fissuration de type IV est généralement associée à l’endommagement par fluage dans les régions à grains fins et intercritiques de la **ZAT du métal de base**. Il est donc trompeur de la décrire comme un phénomène générique de « fissuration de la soudure » ou de situer automatiquement sa cause au niveau de la frontière de fusion. La soudure peut fournir la perturbation thermique et la géométrie de l’assemblage, mais la microstructure sensible est généralement produite dans le matériau de base adjacent. Au cours d’un service prolongé, des cavités peuvent apparaître et croître le long des joints de grains dans la ZAT affaiblie. L’accumulation locale de déformation, le glissement des joints de grains et les modifications des précipités contribuent au développement de l’endommagement. La fissure peut progresser approximativement le long de la limite entre le matériau altéré de la ZAT et les régions voisines plus résistantes, bien que sa trajectoire exacte dépende de l’état de contrainte, de la microstructure et de l’historique de fabrication. L’inspection doit donc couvrir la ZAT du métal de base, et pas seulement le métal fondu et la ligne de fusion. Ce mécanisme se distingue de la fissuration induite par l’hydrogène, de la fissuration de solidification, de la déchirure lamellaire, de la fissuration par liquation et de la fissuration de réchauffage. ESDEP cite la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction, mais ces mécanismes surviennent dans des conditions métallurgiques et de chargement différentes. L’endommagement de type IV est principalement un problème de fluage en service à température élevée dans une ZAT vulnérable du Grade 91. Une évaluation rigoureuse combine donc les relevés du mode opératoire de soudage, l’historique du traitement thermique après soudage, les informations sur les cycles thermiques, les mesures de dureté et l’examen microstructural avec les données relatives aux contraintes et aux températures de service. Le résultat de l’étude ASM-EPRI concernant la ferrite et la réduction de la résistance à la traction à température élevée contribue à expliquer pourquoi les régions à grains fins et intercritiques méritent une attention particulière. Il ne justifie pas de considérer toute soudure en Grade 91 comme également sensible et ne permet pas non plus de fixer une durée de service admissible sans éléments propres au composant concerné. Le réchauffage ajoute une difficulté supplémentaire. Une passe de soudage ultérieure peut revenir, transformer partiellement ou modifier de toute autre manière une ZAT formée précédemment, et le traitement thermique après soudage peut réduire la dureté tout en modifiant également l’état des précipités et de la sous-structure. Des effets spatiaux similaires se produisent dans d’autres alliages : l’étude de TWI publiée en 2002 sur les soudures d’aciers inoxydables supermartensitiques relie les microstructures de la ZAT à la corrosion, à la fissuration sous contrainte, à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures, au réchauffage par les passes ultérieures et au traitement thermique après soudage. Le mécanisme de défaillance propre au matériau change, mais le principe directeur demeure : la ZAT est un ensemble d’histoires thermiques locales dont le comportement en service doit être évalué région par région. ## 10. Corrosion de la ZAT et fissuration assistée par l’environnement La zone affectée thermiquement (ZAT) constitue également une variable de corrosion. Un relevé de dureté peut identifier une bande fortement durcie, mais il ne permet pas de déterminer si des précipités riches en chrome se sont formés, si des éléments d’alliage protecteurs se sont ségrégés, si la ferrite et la martensite locales sont équilibrées, ou si le soudage a laissé des contraintes résiduelles de traction. Ces facteurs contrôlent la corrosion et la fissuration assistée par l’environnement. Une ZAT doit donc être évaluée en fonction de son environnement de service. L’eau contenant des chlorures, le dioxyde de carbone, le sulfure d’hydrogène, l’oxygène dissous, les condensats acides et la vapeur à haute température imposent des exigences différentes. Le même cycle thermique peut être tolérable dans une exposition atmosphérique sèche, mais dangereux dans une production acide, où l’absorption d’hydrogène et les contraintes de traction peuvent se combiner avec une microstructure sensible. ### La microstructure comme variable de corrosion La microstructure de la ZAT évolue continûment avec la distance par rapport à la limite de fusion, plutôt qu’au niveau d’une interface unique et nette. TWI décrit, dans les aciers classiques, des régions à gros grains, à grains affiné, partiellement transformées et revenues, classées selon la température maximale atteinte et la distance par rapport à la soudure. Une étude consacrée aux aciers pour pipelines par le National Institute of Standards and Technology (NIST) utilise les termes étroitement apparentés de zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Chaque région peut présenter un comportement différent vis-à-vis de la corrosion. Le grossissement des grains modifie la densité et la nature des joints ; le chauffage intercritique transforme partiellement la structure initiale et peut produire, après refroidissement, des îlots de martensite dure enrichie en carbone ; le revenu peut dissoudre ou grossir les phases durcissantes et modifier le comportement électrochimique local. Dans les aciers inoxydables, les changements importants peuvent comprendre l’appauvrissement en chrome au voisinage de carbures riches en chrome, la précipitation de phases intermétalliques, la formation ou la dissolution de ferrite delta, ainsi que des variations de la fraction et de la composition de la martensite et de l’austénite. La description thermique déterminante ne se résume pas à la « température de soudage ». Le refroidissement à travers la plage de transformation est important, et Δt8/5 — le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C — constitue un paramètre de soudage utile lorsque ces températures décrivent l’intervalle de transformation pertinent. NIST indique que Δt8/5 dépend de l’apport de chaleur, de la composition chimique, de la distance par rapport à la soudure et de l’épaisseur de la paroi. Par conséquent, deux emplacements situés à la même distance nominale d’une soudure peuvent ne pas développer la même structure si le bridage, l’épaisseur ou le flux thermique diffèrent. Dans les aciers ferritiques, TWI identifie comme principaux facteurs de contrôle de la microstructure et de la dureté de la ZAT la vitesse de refroidissement à travers la plage de transformation, la composition et la trempabilité, ainsi que la taille des grains d’austénite antérieure. L’évaluation de la corrosion doit ajouter à cette liste la chimie locale, la répartition des phases et l’état des précipités. Une région martensitique dure peut être vulnérable à la fissuration assistée par l’hydrogène, tandis qu’une région surrevenue plus tendre peut contenir un constituant présentant un comportement galvanique différent ou avoir perdu sa résistance à la corrosion en raison de la formation de précipités. Aucune de ces situations ne peut être déduite de manière fiable de la seule dureté. La distinction entre corrosion et fissuration est importante. La perte de métal généralisée, la corrosion par piqûres, la corrosion intergranulaire et l’attaque galvanique peuvent s’amorcer au niveau de caractéristiques microstructurales différentes. Un cordon de soudure, sa racine, un chevauchement ou une crevasse peuvent également concentrer l’électrolyte indépendamment de la dureté globale de la ZAT. L’état de surface, les films d’oxyde, l’élimination du laitier de soudage et le nettoyage après soudage doivent donc accompagner l’examen métallurgique. ### Fissuration sous corrosion et fissuration sous contrainte en présence de sulfures La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) nécessite un matériau sensible, un environnement approprié et une contrainte de traction. Le soudage peut fournir cette dernière condition par l’intermédiaire des contraintes résiduelles, tandis que les produits de transformation et les précipités locaux peuvent fournir la première. Il n’est pas nécessaire que la charge appliquée soit élevée : une contrainte de traction résiduelle près d’une soudure peut rester importante même après que le composant a atteint une stabilité dimensionnelle apparente. La SCC en présence de chlorures est particulièrement sensible à la température, à l’activité des chlorures, au potentiel électrochimique et à la stabilité locale du film passif. Une ZAT d’acier inoxydable présentant des régions appauvries en chrome peut se repassiver moins efficacement au niveau de certains joints, permettant à une attaque localisée de devenir un site d’amorçage de fissure. L’effet est spatialement sélectif ; une coupe transversale polie montrant une ZAT apparemment uniforme peut donc dissimuler des sensibilités très différentes le long du gradient thermique. La fissuration sous contrainte en présence de sulfures (SSC) est un mécanisme de rupture assisté par l’hydrogène associé aux environnements aqueux contenant du sulfure d’hydrogène. L’hydrogène produit pendant la corrosion pénètre dans l’acier ; les contraintes de traction favorisent alors l’amorçage et la propagation des fissures dans une microstructure sensible. Une dureté élevée constitue un signe d’alerte reconnu dans de nombreuses évaluations pour les environnements acides, mais la dureté est un indicateur de dépistage et non une description complète du mécanisme. La sensibilité à la fissuration dépend également de la résistance mécanique, des inclusions, de la structure des grains d’austénite antérieure, des produits de transformation, des contraintes résiduelles et de l’environnement réel contenant du H₂S. L’étude consacrée aux aciers inoxydables supermartensitiques, publiée par TWI en 2002, est utile car elle traite la métallurgie de la ZAT comme un problème combiné de corrosion et de fissuration. Son champ d’application établit un lien entre les microstructures de la ZAT, la corrosion, la SCC, la SSC, le réchauffage par les passes de soudage suivantes et le traitement thermique après soudage (PWHT). Les nuances supermartensitiques sont conçues autour d’une matrice martensitique à faible teneur en carbone, avec du chrome et d’autres additions d’alliage, mais le soudage peut créer des variations locales du revenu de la martensite, des populations d’austénite retenue ou révertie, de ferrite et de précipités. Ces variations modifient à la fois le comportement de corrosion passive et la réponse à la fissuration assistée par l’hydrogène. La qualification en service doit par conséquent identifier le mécanisme environnemental avant l’acceptation d’un mode opératoire de soudage. La norme ISO 15156, lorsqu’elle s’applique à la production de pétrole et de gaz dans des environnements contenant du H₂S, traite de la sélection des matériaux et de la résistance à la fissuration ; l’évaluation d’une soudure de production peut également nécessiter des essais dans le milieu réel de service. Une cartographie de dureté seule ne peut pas établir la résistance à la SSC, et un essai de corrosion réalisé sur le métal de base non affecté ne peut pas représenter la ZAT. La nuance Grade 91 illustre le même principe à température élevée, bien que sa principale préoccupation soit l’endommagement par fluage plutôt que la SSC aqueuse. ASM International et EPRI ont signalé en 2016 que la nuance Grade 91 est sensible à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, notamment dans les régions à grains fins et intercritiques. Des cycles thermiques simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Cet exemple renforce une règle plus générale : une sous-région étroite, mécaniquement plus faible, peut gouverner la rupture même lorsque le métal fondu et le métal de base non affecté satisfont individuellement à leurs exigences. ### Effet du réchauffage et du PWHT dans les aciers inoxydables Une passe de soudage ultérieure ne se contente pas d’ajouter du métal ; son cycle thermique réchauffe une ZAT formée antérieurement. La zone réchauffée peut être revenue, partiellement réausténitisée, soumise à une mise en solution ou exposée à une plage de températures favorisant la précipitation de carbures, de nitrures ou de phases intermétalliques. Son état final dépend de la température maximale, du temps de maintien, de la vitesse de refroidissement, ainsi que du nombre et de l’espacement des passes ultérieures. Méthodes complémentaires pour caractériser une ZAT à gradient spatial. | Méthode d’examen | Ce qu’elle peut établir | Limitation importante | |---|---|---| | Macroattaque | Géométrie de la soudure, limite de fusion et régions thermiques approximatives | Ne permet pas d’identifier les phases | | Microscopie optique | Ferrite, perlite, bainite, martensite et modifications de la taille des grains | Peut ne pas résoudre les précipités fins | | Cartographie de dureté | Durcissement local, adoucissement et gradients de propriétés | N’établit ni la ténacité ni la durée de vie en service | | MEB ou EBSD | Morphologie fine, caractéristiques de rupture et informations cristallographiques | Nécessite un échantillonnage ciblé et une interprétation | | Essais de fluage ou environnementaux | Réponse aux dommages pertinente pour le service | Doivent correspondre au mécanisme et à l’environnement réels | Dans les aciers inoxydables supermartensitiques, le réchauffage peut revenir la martensite dure et créer une région localement plus tendre, tandis qu’une température maximale de réchauffage plus élevée peut générer, lors du refroidissement, de la martensite fraîche non revenue. La bande ainsi formée peut présenter un potentiel de corrosion, une dureté et une sensibilité à l’hydrogène différents de ceux de la ZAT de la première passe et du matériau de base. Des passes répétées peuvent également modifier la stabilité de l’austénite et l’équilibre des phases ; la microstructure finale ne peut donc pas être prédite à partir du seul premier cycle thermique. #### Séquence de diagnostic de la ZAT 1. **Documenter** Consigner la nuance, l’épaisseur, la géométrie de la soudure, la séquence des passes, le préchauffage, la température entre passes, l’apport de chaleur et le TTAS. 2. **Révéler** Utiliser une section transversale représentative et une macroattaque pour localiser la limite de fusion et les régions modifiées. 3. **Identifier** Déterminer les phases, la taille des grains, les précipités et la morphologie des fissures au moyen d’une microscopie adaptée. 4. **Cartographier** Effectuer un relevé de dureté à travers le métal de base non affecté, la ZAT, la limite de fusion et le métal fondu. 5. **Tester** Sélectionner des essais de ténacité, de traction, de fluage, de fatigue, de corrosion ou de fissuration en fonction du mécanisme de rupture suspecté. Le PWHT ajoute un autre historique thermique délibéré. Le revenu peut réduire les contraintes résiduelles et adoucir la martensite non revenue, diminuant ainsi une source de sensibilité à la fissuration. Il peut également favoriser la précipitation ou la redistribution du chrome, ce qui modifie la passivité et le comportement face à la corrosion localisée. Un traitement excessif ou mal maîtrisé peut donc échanger un risque contre un autre. Le cycle approprié dépend de la nuance et doit être vérifié par la qualification du mode opératoire, la métallographie et, lorsque les exigences du service le justifient, par des essais environnementaux. ![Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier](/images/uploads/eab64129-4309-4479-8f11-03ad413a7bf9/wiki-inline-a-metallurgical-laboratory-examining-an-etched-steel-weld-cross-section-with-a-m-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/eab64129-4309-4479-8f11-03ad413a7bf9/wiki-inline-a-metallurgical-laboratory-examining-an-etched-steel-weld-cross-section-with-a-m-1920x1094.avif "Agrandir l'image — Métallurgie de la zone affectée par la chaleur lors du soudage de l’acier")HAZ diagnosis combines cross-sectional structure, hardness mapping and tests matched to the suspected failure. Les exigences relatives à la mesure de la température ne doivent pas être confondues avec le contrôle du PWHT. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion, mais exclut la mesure de la température du traitement thermique après soudage. Le PWHT nécessite sa propre instrumentation, ses propres relevés de température et ses propres critères d’acceptation. Pour l’évaluation d’une ZAT d’acier inoxydable, les éléments de preuve doivent donc relier ces relevés à l’équilibre des phases, aux précipités, aux contraintes résiduelles et à l’essai de corrosion ou de fissuration pertinent — et ne pas s’arrêter à un simple relevé de dureté. ## 11. Examen de la ZAT et caractérisation des propriétés Un examen défendable de la ZAT commence par la coupe transversale de la soudure, et non par une valeur de dureté. La ZAT est constituée du métal de base modifié par la chaleur du soudage sans avoir fondu ; ses limites ne forment donc que rarement une ligne nette unique. La température maximale diminue à mesure que l’on s’éloigne de la limite de fusion, tandis que la vitesse de refroidissement varie également selon la position, l’épaisseur de la tôle, le bridage du joint, l’apport thermique et la température entre passes. La structure obtenue présente donc un gradient spatial. L’examen doit par conséquent suivre une séquence précise : documenter la géométrie de la soudure et les conditions de soudage ; révéler la limite de fusion et les régions thermiques ; identifier les phases, la taille des grains et les produits de transformation ; établir la cartographie de la dureté à travers la soudure ; puis sélectionner les essais mécaniques ou de fissuration permettant d’étudier le mode de défaillance en service suspecté. Une fracture, une fuite ou un arrêt prématuré peut impliquer la ZAT, mais ne doit pas être qualifié de « fissuration de la ZAT » tant que le trajet et le mécanisme de la fissure n’ont pas été établis. ### Attaque macrographique, métallographie et identification des zones Commencer par une coupe transversale représentative de la soudure, comprenant de chaque côté du métal de base non affecté. Relever l’épaisseur de la tôle ou du composant, la géométrie du chanfrein, le nombre et la séquence des passes, la dimension de la soudure, la direction de déplacement, le préchauffage, la température entre passes, l’apport thermique et tout traitement thermique après soudage (PWHT). Ces informations fournissent le contexte thermique nécessaire à l’interprétation de la coupe. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage lors du soudage par fusion ; elle ne couvre pas la mesure de la température du PWHT. Après tronçonnage, enrobage et polissage, une attaque macrographique peut révéler le métal fondu, la limite de fusion, le profil de pénétration, les manques de fusion, les amorçages d’arc et la largeur approximative du matériau thermiquement modifié. Le réactif d’attaque doit être adapté à l’alliage et à l’objectif de l’examen. Une macrographie est une carte, et non une méthode d’identification des phases. Le contraste d’attaque peut exagérer ou dissimuler des régions étroites, et une seule coupe peut ne pas révéler l’asymétrie provoquée par l’angle de la torche, le réchauffage dû aux passes multiples ou un bridage géométrique voisin. Les aciers classiques sont généralement divisés, selon la description de TWI, en zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées ou intercritiques, et revenues ou surrevenues, en fonction de la température maximale et de la distance par rapport à la soudure. Les descriptions des aciers pour pipelines publiées par NIST utilisent les termes zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Ces désignations sont utiles, mais ne correspondent pas à des limites physiques universelles. La région à gros grains a dépassé suffisamment la plage supérieure de transformation pour permettre la croissance des grains d’austénite ; la région à grains fins s’est austénitisée à une température plus basse ; la région intercritique a subi une transformation partielle ; et la région surrevenue est restée en dessous de la plage de transformation, tandis que la martensite ou la bainite existante s’est adoucie. L’examen métallographique doit ensuite progresser depuis la limite de fusion vers l’extérieur, à des distances connues. La microscopie optique peut établir la présence de ferrite, de perlite, de bainite, de martensite, de martensite revenue, d’inclusions et de variations visibles de la taille des grains. La microscopie électronique à balayage est souvent nécessaire pour examiner les caractéristiques des surfaces de rupture, la répartition des carbures et les précipités fins. La diffraction des électrons rétrodiffusés peut mesurer la texture cristallographique, reconstituer l’austénite initiale dans les alliages appropriés et évaluer la désorientation locale associée à la déformation ou à la transformation. La microscopie électronique en transmission peut être nécessaire lorsque le grossissement des précipités contrôle la résistance, comme dans le Grade 91. L’histoire thermique est plus importante que le seul nom de la zone. La microstructure et la dureté de la ZAT des aciers ferritiques dépendent principalement, comme l’indique TWI, de la vitesse de refroidissement dans la plage de transformation, de la composition et de la trempabilité, ainsi que de la taille des grains d’austénite initiale. Δt8/5, c’est-à-dire le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C, constitue un descripteur pratique lorsque ces températures sont pertinentes. Un rapport de NIST consacré aux pipelines relie Δt8/5 à l’apport thermique, à la composition chimique, à la distance par rapport à la soudure et à l’épaisseur de paroi. Il ne s’agit pas d’une constante matérielle transférable. Deux points attribués à la même zone désignée peuvent présenter des produits de transformation différents si leurs trajectoires de refroidissement diffèrent. L’examen doit également distinguer les mécanismes. La fissuration induite par l’hydrogène se développe couramment dans des microstructures de ZAT dures et sensibles, soumises à un bridage en traction et à la présence d’hydrogène diffusible. La fissuration de solidification se produit dans le métal fondu lors de sa solidification. La déchirure lamellaire suit les structures et les inclusions sensibles dans le sens de l’épaisseur de la tôle, tandis que la fissuration par liquation implique une fusion locale à proximité des joints de grains ou des inclusions. La fissuration de réchauffage se développe pendant la détension ou l’exposition en service dans les alliages sensibles. ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction, mais cette liste ne permet pas de qualifier toute discontinuité de soudage de fissure de la ZAT. ### Cartographie de la dureté et essais mécaniques La cartographie de la dureté relie la structure visible à une réponse locale, à condition que la méthode et l’espacement soient indiqués. Effectuer des empreintes depuis le métal de base non affecté, à travers la ZAT, la limite de fusion et le métal fondu, en ajoutant des traversées lorsque la soudure est asymétrique ou réalisée en plusieurs passes. Utiliser une charge et un espacement suffisamment faibles pour résoudre les régions étroites à grains fins ou intercritiques, tout en évitant l’interaction entre empreintes adjacentes et les effets de bord. Les mesures Vickers HV0.5 ou HV1 conviennent souvent aux cartographies en laboratoire ; l’échelle retenue doit être précisée, car les valeurs obtenues avec des charges différentes ne sont pas automatiquement interchangeables. Une traversée de dureté peut localiser une bande tendre surrevenuée, une région martensitique dure, une région intercritique adoucie ou un pic local inhabituel. Elle peut également révéler des différences entre la ZAT de la première passe et les régions réchauffées par les passes ultérieures. Toutefois, la dureté est un indicateur et non une caractérisation complète des propriétés. Une ZAT dure peut présenter une faible résistance à la fissuration par l’hydrogène, mais la dureté seule ne permet pas d’établir la ténacité à la rupture, la résilience Charpy, la propagation des fissures de fatigue, la résistance à la fissuration sous corrosion sous contrainte ou la durée de vie en service. Inversement, une région adoucie peut perdre sa résistance au fluage sans devenir une source probable de fissuration par l’hydrogène. Les essais mécaniques doivent être adaptés au problème de défaillance étudié. Les essais Charpy à entaille en V évaluent la ténacité à l’entaille à des températures spécifiées, mais leur énergie absorbée n’est pas équivalente à la ténacité à la rupture en déformation plane. Les éprouvettes de ténacité à la rupture CT ou SEN(B) peuvent étudier l’amorçage et la propagation des fissures sous un état de contrainte défini. Les éprouvettes de traction révèlent la limite d’élasticité, la ductilité et les incompatibilités de résistance, bien qu’une éprouvette conventionnelle puisse intégrer plusieurs régions de la ZAT. Les essais de pliage mettent en évidence les manques de fusion importants, la fissuration et les problèmes de ductilité. Des essais de fatigue, de fluage et de fissuration sous charge maintenue sont nécessaires lorsque les performances sont contrôlées par des sollicitations cycliques, une température élevée à long terme ou la fissuration environnementale. Pour le Grade 91, acier martensitique revenu résistant au fluage, la fissuration de Type IV est associée à la ZAT du métal de base, en particulier aux régions à grains fins et intercritiques. Une contribution publiée en 2016 par ASM International et EPRI identifie cette sensibilité. La faiblesse locale peut ne pas être détectée par un essai de traction global ni par des mesures de dureté qui ne résolvent pas la région adoucie étroite. L’examen doit comprendre la structure des grains d’austénite initiale, l’état des lattes de martensite, les populations de carbures et de précipités MX, l’état du PWHT ainsi que la localisation des cavités de fluage ou de la fissuration. L’évaluation de la corrosion exige également davantage qu’une mesure de dureté. L’étude publiée en 2002 par TWI sur les soudures d’aciers inoxydables supermartensitiques examine les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration sous corrosion sous contrainte et la fissuration sous contrainte par les sulfures, notamment lors du réchauffage par les passes ultérieures et du PWHT. Pour ces alliages, l’équilibre local des phases, la stabilité du film passif riche en chrome, les contraintes résiduelles, l’exposition à l’hydrogène et l’historique du revenu peuvent contrôler les performances. ### Interprétation des expériences sur des cycles thermiques simulés de ZAT Les éprouvettes de ZAT simulée sont produites en imposant un cycle thermique contrôlé à des pièces d’acier distinctes, souvent au moyen d’un simulateur thermomécanique de type Gleeble. Elles permettent d’étudier une variable à la fois — température maximale, vitesse de chauffage, Δt8/5, réchauffage dû aux passes successives ou déformation appliquée — sans le chevauchement spatial présent dans une soudure réelle. Les microstructures obtenues peuvent être examinées par microscopie et soumises à des essais de dureté, de traction, de résilience, de fluage ou de fissuration. Leur valeur dépend de la concordance avec la soudure réelle. Une seule température maximale et un seul Δt8/5 ne reproduisent pas l’intégralité du gradient thermique, du bridage multiaxial, de la répartition de l’hydrogène, de la dilution par le métal fondu ou de la séquence des cycles de réchauffage. Les dimensions de l’éprouvette modifient également les flux thermiques. Le matériau simulé peut donc représenter un point de la ZAT, et non la ZAT dans son ensemble. Le Grade 91 illustre clairement cette limite. Des cycles simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température, ce qui contribue à expliquer pourquoi les dommages de Type IV se concentrent dans cette région. Le résultat étaye un mécanisme ; il ne permet pas à lui seul de prédire la durée de vie en service d’un composant sous pression soudé. Les soudures réelles ajoutent des contraintes résiduelles, une géométrie locale, une ségrégation chimique, une exposition thermique antérieure et des variations du PWHT. L’interprétation la plus solide compare les données simulées à celles de la soudure réelle : reproduire le cycle thermique mesuré ou calculé, confirmer la microstructure et la dureté, puis évaluer la propriété pertinente pour le mode de défaillance suspecté. Une concordance de dureté constitue une confirmation utile. Elle ne prouve pas que la ténacité, la résistance à la fissuration, le comportement à la corrosion ou les performances à long terme en service sont également concordants. ## 12. Lire les normes de soudage et les qualifications de modes opératoires Les normes de soudage ne répondent pas toutes à la même question. Un document d’orientation technique peut recommander un préchauffage, une température entre passes, un apport de chaleur ou des mesures de maîtrise de l’hydrogène. Une norme relative à la mesure de la température peut définir la manière dont ces températures sont obtenues et consignées. Une norme de qualification de mode opératoire détermine si un mode opératoire de soudage proposé a démontré des propriétés acceptables dans les limites spécifiées. Confondre ces fonctions conduit à une erreur courante : considérer une maîtrise thermique recommandée ou une température mesurée comme la preuve de l’obtention d’une microstructure particulière de la ZAT. La ZAT est une région à gradient spatial, et non une bande uniforme. Le TWI décrit, pour les aciers conventionnels, les sous-régions de la ZAT comme des zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, classées en fonction de la température de pointe et de la distance par rapport à la limite de fusion. L’étude du NIST consacrée aux aciers pour pipelines utilise les termes apparentés de zones à gros grains, à grains fins, intercritiques et surrevenues. Chaque emplacement peut subir une température de pointe, une taille maximale de grain austénitique, une trajectoire de transformation et une vitesse de refroidissement différentes. ### Ce que fournit l’EN 1011-2 L’EN 1011-2, *Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques — Partie 2 : Soudage à l’arc des aciers ferritiques*, constitue un document d’orientation pour la maîtrise des risques liés à la soudabilité des aciers ferritiques. Son domaine d’application doit être lu littéralement : il couvre le soudage à l’arc des aciers ferritiques et exclut les aciers inoxydables ferritiques. Il ne s’agit pas d’un recueil de règles universelles applicable à tous les aciers, à tous les procédés de soudage ou à toutes les ZAT des aciers inoxydables. Le document met en relation la composition de l’acier, l’épaisseur, le bridage, l’état hydrogène, l’apport de chaleur et le préchauffage avec le risque d’apparition de conditions indésirables dans le métal fondu et la ZAT. Ses méthodes appuient les décisions relatives à la température de préchauffage et à la température entre passes, ainsi qu’à la maîtrise du refroidissement pertinent pour la fissuration induite par l’hydrogène. Les approches fondées sur l’équivalent carbone peuvent indiquer la trempabilité et la susceptibilité, mais elles ne remplacent ni un mode opératoire qualifié ni l’examen direct de l’assemblage soudé. Deux aciers présentant des valeurs d’équivalent carbone similaires peuvent néanmoins former des structures de ZAT différentes en raison de leur équilibre d’éléments d’alliage, de leur transformation antérieure, de leur taille de grain et de leur cinétique de transformation. La valeur pratique de l’EN 1011-2 réside dans la traduction de la métallurgie en mesures de maîtrise du soudage. Une température de préchauffage plus élevée ralentit généralement le refroidissement ; la modification de l’apport de chaleur change le cycle thermique ; la maîtrise de l’hydrogène réduit la quantité d’hydrogène diffusible disponible pour participer à la fissuration. Aucune de ces affirmations ne permet de prédire chaque constituant local. Le même apport de chaleur nominal peut produire des valeurs de Δt8/5 différentes lorsque l’épaisseur de la tôle, la géométrie de l’assemblage, le rendement de l’arc, la position de soudage ou la distance par rapport au cordon varient. Δt8/5 est le temps de refroidissement entre 800 °C et 500 °C, lorsque cet intervalle s’applique à l’acier et à la transformation considérés. Le rapport du NIST consacré aux pipelines le met en relation avec l’apport de chaleur, la composition chimique, la distance par rapport au cordon et l’épaisseur de la paroi. Cette relation constitue un lien utile entre une variable du WPS et la métallurgie de la ZAT, mais il ne s’agit pas d’une conversion universelle. Un temps de refroidissement mesuré ou calculé doit être interprété en tenant compte de la nuance d’acier et du cycle thermique. Les recommandations ne peuvent pas non plus être considérées comme un essai direct d’acceptation de la ténacité, de la dureté ou de la durée de vie en service. Comme l’explique le TWI, la microstructure et la dureté de la ZAT des aciers ferritiques dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans l’intervalle de transformation, de la composition et de la trempabilité de l’acier, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. Un refroidissement plus rapide peut accroître la proportion de constituants martensitiques ou bainitiques durs dans un acier trempant ; un refroidissement plus lent peut favoriser des produits de transformation plus tendres, mais aussi grossir les grains ou modifier la résistance. L’équilibre acceptable dépend de la spécification de conception et des conditions de service. ### Ce que mesure l’ISO 13916:2025 Les différents dossiers de qualification et essais fournissent différents types de preuves concernant la ZAT. | Type de preuve | Question à laquelle il répond | Ce qu’il ne prouve pas à lui seul | |---|---|---| | Fiche de mode opératoire de soudage | Quels paramètres thermiques et quelles variables essentielles ont été utilisés ? | Le mélange exact de phases en chaque point de la ZAT | | Relevé de température | Les limites de préchauffage et de température entre passes ont-elles été respectées ? | Que les exigences du TTAS ont été satisfaites | | Relevé de dureté | Où se trouvent les bandes dures et molles ? | La ténacité, la durée de vie en fluage ou la résistance à la corrosion | | Macro- et microexamen | Quelles zones, phases et quels défauts sont présents ? | Les performances à long terme en service | | Essai mécanique ou environnemental | L’assemblage satisfait-il une exigence de propriété pertinente ? | Que tous les autres mécanismes de dégradation en service sont maîtrisés | L’ISO 13916:2025 a une fonction plus étroite et plus précise. Elle spécifie les exigences relatives à la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion. Elle ne couvre pas la mesure de la température lors d’un traitement thermique après soudage. Cette exclusion est importante : un dispositif de thermocouples ou une mesure infrarouge accepté pour la maîtrise du préchauffage ne peut pas automatiquement établir qu’un cycle de PWHT a respecté sa température prescrite, sa durée de maintien ou son uniformité dans l’épaisseur. La norme contribue à rendre les relevés de température comparables en précisant quelle température est mesurée et comment la mesure est appliquée pendant le soudage. Dans le cadre d’une qualification de mode opératoire, cela étaye la preuve que le soudeur ou l’opérateur de soudage a respecté les contrôles thermiques spécifiés. Elle ne mesure pas la dureté de la ZAT, n’identifie pas la zone à gros grains, ne détermine pas directement Δt8/5 dans chaque assemblage et ne révèle pas si une fissuration de type IV se développera en service. L’emplacement de la mesure relève donc du jugement de l’ingénieur. Une température de surface mesurée à distance de la limite de fusion peut ne pas représenter l’historique thermique d’une étroite région de la ZAT. De même, une mesure entre passes enregistre une condition avant le passage suivant, et non l’historique complet de la température de pointe produit par ce passage. Le réchauffage par les passes ultérieures peut revenir, affiner ou transformer partiellement le matériau de la ZAT formé précédemment. Dans les soudures d’aciers inoxydables supermartensitiques, l’étude du TWI publiée en 2002 a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes ultérieures et le PWHT. Le relevé thermique et le résultat métallographique sont liés, mais ils ne sont pas interchangeables. ### Relier les variables du mode opératoire à l’acceptation de la ZAT Une qualification de mode opératoire met en relation des variables maîtrisables et des propriétés démontrées de l’assemblage. Le WPS identifie la nuance, la plage d’épaisseurs, la configuration de l’assemblage, le procédé, les produits consommables, le préchauffage, la température entre passes, les limites d’apport de chaleur ou de vitesse d’avance, les conditions de protection gazeuse et tout PWHT éventuel. Le procès-verbal de qualification consigne ensuite les valeurs effectivement utilisées et les essais réalisés. Dans le cadre du système de qualification applicable, tel que l’ISO 15614-1 pour les essais de modes opératoires de soudage, des modifications situées en dehors des plages autorisées peuvent nécessiter une nouvelle qualification, plutôt que de permettre de supposer de manière informelle que la ZAT restera équivalente. Les critères d’acceptation doivent être liés au mécanisme de défaillance maîtrisé. Un essai de dureté peut identifier une ZAT excessivement dure et contribuer à la maîtrise de la fissuration induite par l’hydrogène, mais la dureté seule n’établit pas une ténacité à la rupture suffisante. Les essais de traction et de pliage évaluent des aspects différents de la performance de l’assemblage. L’essai de résilience Charpy échantillonne un emplacement et une température définis ; il ne représente pas toutes les sous-régions de la ZAT. L’examen macrographique peut révéler la fusion, la géométrie et les défauts visibles, tandis que les contrôles non destructifs permettent de détecter des discontinuités qui peuvent ne pas être visibles métallographiquement. La distinction entre les mécanismes de fissuration est essentielle. L’ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction, tandis que la fissuration de solidification se produit dans le métal fondu et que la déchirure lamellaire est associée à une déformation dans le sens de l’épaisseur et à un métal de base sensible aux inclusions. Qualifier toute indication de « fissuration de la ZAT » masque le moyen de maîtrise pertinent. La fissuration induite par l’hydrogène exige de prendre en compte l’hydrogène, la trempabilité, le bridage et le refroidissement. La fissuration de réchauffage concerne les microstructures sensibles pendant le détensionnement ou l’exposition en service. La fissuration par liquation implique une fusion locale dans la ZAT. La nuance Grade 91 montre pourquoi la qualification ne peut pas s’arrêter à une valeur nominale de préchauffage. ASM International et l’EPRI ont indiqué en 2016 que le Grade 91 est sensible à la fissuration de type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Des cycles thermiques simulés ont également montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Un mode opératoire peut satisfaire aux exigences de température et aux exigences visuelles, tout en nécessitant une évaluation ciblée de la dureté, de la ténacité, de la métallographie ou du comportement au fluage lorsque la spécification applicable identifie ce risque. La lecture correcte est donc à plusieurs niveaux : l’EN 1011-2 fournit des recommandations de soudage pour les aciers ferritiques, l’ISO 13916:2025 maîtrise la mesure des températures spécifiées pendant le soudage par fusion, et la norme de qualification définit l’acceptation démontrée dans une plage de variables essentielles. Aucune de ces normes ne doit être citée au-delà de son domaine d’application. Une qualification rigoureuse utilise les contrôles thermiques mesurés comme éléments de preuve, puis soumet à des essais les propriétés importantes pour la ZAT réelle, le procédé de fabrication et les conditions de service. ## 13. Cadre métallurgique pratique pour le diagnostic de la ZAT ### Commencer par le matériau, le procédé de soudage et l’historique thermique Un diagnostic fiable de la ZAT commence avant l’examen microscopique. Il faut d’abord identifier la spécification du produit, la nuance, le numéro de coulée, l’épaisseur, l’état de livraison ainsi que tout soudage ou traitement thermique antérieur. La simple mention « acier au carbone » ne fournit pas suffisamment d’informations : un ASTM A516 Grade 70, un API 5L X65, un EN 10025-2 S355J2, un ASTM A387 Grade 91 et un acier allié trempé-revenu peuvent développer des structures de ZAT très différentes sous l’action du même arc. Il convient d’enregistrer l’orientation de la tôle ou du tube, les zones sensibles à la ségrégation, l’historique de mise en forme et de déterminer si le matériau d’origine a été normalisé, trempé et revenu, traité thermomécaniquement ou revenu après fabrication. Il faut ensuite reconstituer le relevé de soudage. Identifier le procédé — SMAW, GMAW, FCAW, GTAW, SAW ou autre — ainsi que la classification du consommable, la polarité, l’intensité, la tension, la vitesse d’avance, la taille du cordon, le rendement de l’arc, la géométrie du joint, la séquence des passes et la température entre passes. Le préchauffage, le traitement thermique entre les passes, le bridage et l’exposition aux conditions ambiantes doivent figurer dans le même relevé. L’EN 1011-2 fournit des recommandations pour le soudage à l’arc des aciers ferritiques ; son domaine d’application exclut les aciers inoxydables ferritiques. Ses recommandations ne doivent donc pas être transposées à ces matériaux sans vérification de leur applicabilité. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion, mais ne spécifie pas la mesure de la température du traitement thermique après soudage. La question centrale n’est pas simplement de savoir à quelle température le soudage a porté l’assemblage, mais de déterminer quel cycle thermique chaque emplacement a subi. La ZAT est constituée de métal solide modifié par la chaleur du soudage sans avoir fondu. À proximité de la limite de fusion, la température de pointe peut produire une structure à gros grains d’austénite antérieure ; plus loin, des températures maximales plus faibles peuvent affiner les grains, transformer partiellement la structure d’origine ou effectuer le revenu d’un état déjà durci ou trempé-revenu. Le TWI décrit les sous-régions conventionnelles de la ZAT des aciers comme des zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées ou intercritiques, ainsi que des zones revenues, en fonction de la température maximale et de la distance par rapport au cordon. Le NIST emploie des termes étroitement apparentés — à gros grains, à grains fins, intercritique et surrevenu — pour les régions de ZAT des aciers pour pipelines. Il faut estimer l’historique du refroidissement plutôt que le déduire de la seule distance. Lorsque cela est applicable, Δt8/5 — le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C — fournit une comparaison pratique entre les soudures et entre différents emplacements. Le rapport du NIST consacré aux pipelines relie Δt8/5 à l’apport de chaleur, à la composition de l’acier, à la distance par rapport au cordon et à l’épaisseur de la paroi. Un intervalle de refroidissement court peut favoriser la formation de martensite ou de bainite dans un acier trempant ; un intervalle plus long peut permettre des transformations en ferrite, perlite ou par revenu. Le même apport de chaleur nominal peut donc produire des structures différentes dans une tôle mince, un tube à paroi épaisse et des assemblages fortement bridés. ### Distinguer les indices de fissuration, d’adoucissement, de durcissement et de corrosion Cartographier la région affectée avant d’attribuer un mécanisme de rupture. Utiliser une coupe macro-attaquée pour localiser la limite de fusion et estimer la largeur de la ZAT, puis examiner des coupes polies et attaquées traversant la fissure, le métal de base adjacent non affecté, le métal fondu et, le cas échéant, plusieurs passes. Les profils de dureté doivent traverser la limite de fusion à plusieurs distances et selon plusieurs orientations. Un maximum de dureté peut indiquer une région martensitique ou bainitique, mais ne prouve pas la présence d’une fissuration induite par l’hydrogène. Inversement, une bande adoucie peut révéler une transformation intercritique, un revenu ou un surrevenu sans être à l’origine de la rupture. Selon le TWI, la microstructure et la dureté de la ZAT dépendent principalement de la vitesse de refroidissement à travers la plage de transformation, de la composition, de la trempabilité et de la taille des grains d’austénite antérieure. Ces variables doivent être interprétées conjointement. Une région à gros grains peut présenter une faible ténacité même lorsque sa dureté est modérée. Une région à grains fins ou intercritique peut être plus douce tout en étant vulnérable sous charge de fluage. Pour le Grade 91, l’étude de l’ASM International et de l’EPRI publiée en 2016 identifie une fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, particulièrement dans les régions à grains fins et intercritiques. Des cycles thermiques simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. Un simple profil de dureté ne permettrait pas de détecter ce mécanisme. Classer les fissures selon leur emplacement, leur morphologie, leur moment d’apparition et les sollicitations. La fissuration de solidification se produit dans le métal fondu lors de la solidification du dernier liquide ; il ne s’agit donc pas automatiquement d’une fissure de ZAT. La fissuration par liquation se forme lorsque des constituants locaux situés sur la limite de fusion ou à proximité deviennent partiellement liquides pendant le soudage ou le réchauffage. La fissuration induite par l’hydrogène nécessite généralement de l’hydrogène diffusible, une microstructure dure sensible, une contrainte de traction ou un bridage, et souvent une formation retardée de la fissure. La déchirure lamellaire est associée à une déformation dans le sens de l’épaisseur et à une faible ductilité due à des inclusions allongées dans la tôle mère, plutôt qu’à une « ZAT dure » au sens général. La fissuration de réchauffage se développe pendant le chauffage après soudage ou lors de l’exposition en service dans des aciers alliés sensibles. L’ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction. Les indices de corrosion nécessitent un examen distinct. Identifier l’électrolyte, la température, le potentiel, les contaminants, l’état de la protection cathodique ainsi que les contraintes résiduelles ou appliquées. Une bande étroite de ZAT peut présenter un équilibre de phases, une répartition des carbures, une dureté ou une réponse du film passif différents de ceux du métal fondu et du métal de base. Dans les soudures en acier inoxydable supermartensitique, l’étude du TWI publiée en 2002 a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes suivantes et le PWHT. Les cycles thermiques des passes ultérieures peuvent revenir, réausténitiser ou modifier de toute autre manière une ZAT antérieure ; le PWHT peut réduire la dureté tout en modifiant la précipitation des carbures et la réponse locale à la corrosion. ### De la région observée à un mécanisme étayé Passer de l’observation au mécanisme par étapes explicites. Premièrement, repérer la fissure, le défaut de corrosion, la bande adoucie ou l’origine de la rupture sur une coupe transversale mesurée. Deuxièmement, corréler cette position avec la sous-région correspondant à la température maximale et avec la dureté. Troisièmement, identifier les phases par microscopie optique, MEB et, si nécessaire, par EBSD, diffraction des rayons X ou microscopie électronique en transmission. Des répliques d’extraction des carbures ou des méthodes analytiques peuvent être nécessaires pour examiner les carbures dans le Grade 91 et dans d’autres aciers résistants au fluage. L’examen fractographique doit établir si la rupture est une rupture par clivage, quasi-clivage, coalescence ductile de microcavités, intergranulaire ou assistée par l’environnement. Il faut ensuite vérifier les conditions contributives pertinentes. Pour une hypothèse liée à l’hydrogène, mesurer ou documenter le séchage des consommables, l’hydrogène diffusible, le préchauffage, le délai d’apparition de la fissure, le bridage et la dureté ; une charge en hydrogène ou des essais contrôlés de fissuration retardée peuvent fournir un point de comparaison. En cas de fissuration par liquation ou de solidification, examiner les joints de grains partiellement fondus et les constituants ségrégés. En cas de déchirure lamellaire, examiner la morphologie des inclusions et la ductilité dans le sens de l’épaisseur. Pour une fissuration de réchauffage ou de Type IV, reproduire l’exposition thermique et la contrainte de service, puis comparer le comportement au fluage ou à la rupture sous contrainte avec celui du matériau non affecté. Enfin, utiliser un essai susceptible d’infirmer l’explication proposée. Répéter la cartographie de dureté, effectuer une analyse microchimique, exposer des éprouvettes appariées à l’environnement de service ou reproduire le cycle thermique de soudage avec un Δt8/5 et un réchauffage contrôlés. Une fissure visible prouve une discontinuité, pas sa cause. Un pic de dureté prouve une réponse locale, pas un mode de rupture. Le diagnostic étayé est celui qui relie l’état du matériau, l’historique thermique, la microstructure spatiale, les sollicitations et l’environnement, puis résiste à un essai ciblé. ## 14. Synthèse : pourquoi la métallurgie de la ZAT contrôle les performances des aciers soudés ### La ZAT en tant que matériau à gradient spatial La zone affectée thermiquement (ZAT) n’est pas une bande de matériau homogène présentant une structure prévisible unique. Il s’agit de la partie du métal de base modifiée par la chaleur du soudage sans fusion, dont l’état évolue continuellement avec la distance par rapport à la limite de fusion. La température maximale atteinte, le temps passé à cette température, la vitesse de refroidissement, la microstructure initiale et les réchauffages déterminent ce que subit chaque petit volume. Deux emplacements séparés de quelques millimètres seulement peuvent donc contenir des phases, des tailles de grains et des contraintes résiduelles différentes. Dans les aciers conventionnels, TWI subdivise la ZAT en zones à gros grains, à grains affinés, partiellement transformées et revenues, en fonction de la température maximale et de la distance par rapport à la soudure. La région à gros grains se situe au plus près de la limite de fusion et atteint des températures suffisamment élevées pour provoquer la croissance des grains d’austénite. Ses gros grains d’austénite antérieure peuvent favoriser la formation de produits de transformation défavorables et réduire la résilience, en particulier lorsque le refroidissement est suffisamment rapide pour former de la bainite dure ou de la martensite. Plus loin, la région à grains affinés s’austénitise à une température maximale plus basse et développe normalement des grains d’austénite antérieure plus petits. Cet affinement peut améliorer la résilience, mais il ne supprime pas les effets de la composition chimique ou de la vitesse de refroidissement. La région intercritique, ou partiellement transformée, est chauffée entre les températures critiques inférieure et supérieure. Seule une partie de sa structure initiale se transforme en austénite. Au refroidissement, la fraction transformée peut devenir plus dure que le matériau environnant, tandis que la ferrite non transformée ou les constituants revenus conservent une résistance et une ductilité différentes. Encore plus loin de la soudure, une région revenue ou sur-revenue peut subir un adoucissement, une coalescence des précipités ou une perte du durcissement par précipitation sans austénitisation complète. Les descriptions des aciers pour pipelines publiées par le National Institute of Standards and Technology utilisent les termes apparentés de zones à gros grains, à grains fins, intercritique et sur-revenue. Ces appellations aident à situer les historiques thermiques, mais ne constituent pas des classifications de performance. La variable déterminante est le cycle thermique complet, en particulier le refroidissement dans la plage de transformation. TWI indique que la microstructure et la dureté de la ZAT dépendent principalement de la vitesse de refroidissement dans cette plage, de la composition et de la trempabilité de l’acier, ainsi que de la taille des grains d’austénite antérieure. Le paramètre pratique Δt8/5 — le temps nécessaire pour refroidir de 800 °C à 500 °C — décrit souvent cette partie du cycle pour les aciers ferritiques. NIST précise que Δt8/5 dépend de l’apport de chaleur, de la composition chimique, de la distance par rapport à la soudure et de l’épaisseur de la paroi. Il s’agit d’un descripteur utile, et non d’un substitut universel à la mesure du cycle thermique. ### Compromis entre résistance, résilience, ductilité et résistance à la corrosion Un assemblage soudé peut satisfaire à une exigence de résistance à la traction tout en contenant une ZAT qui contrôle la rupture. Un refroidissement rapide peut produire une dureté élevée par formation de martensite ou de structures bainitiques dures, ce qui augmente la résistance locale mais aussi la sensibilité à la fissuration induite par l’hydrogène lorsque de l’hydrogène diffusible et un bridage sont présents. Un refroidissement plus lent peut réduire la dureté et le risque de fissuration par l’hydrogène, mais un apport de chaleur excessif ou une exposition prolongée à haute température peut agrandir les grains, adoucir la ZAT ou réduire la résilience. Le préchauffage modifie le cycle de refroidissement ; à lui seul, il ne garantit pas une microstructure sûre. La résistance et la résilience s’opposent également par l’intermédiaire de la taille des grains et des produits de transformation. Les grains fins favorisent généralement une meilleure résistance à la rupture fragile, tandis que les gros grains peuvent augmenter la température de transition ductile-fragile. Une zone intercritique ou sur-revenue molle peut absorber la déformation grâce à une ductilité locale plus élevée, mais elle peut devenir la section la plus faible sous chargement en traction ou déformation cyclique. Dans les aciers résistants au fluage, le problème est plus grave encore, car de faibles variations de la répartition des précipités et de la structure des sous-grains peuvent déterminer la résistance à long terme. L’acier Grade 91 montre pourquoi une affirmation générale telle que « la ZAT est plus dure » est insuffisante. Les actes de conférence d’ASM International et de l’EPRI publiés en 2016 identifient la fissuration de Type IV dans la ZAT du métal de base, en particulier dans les régions à grains fins et intercritiques. Des cycles thermiques simulés ont montré que la formation de ferrite dans la ZAT intercritique peut réduire la résistance à la traction à haute température. L’emplacement de la rupture est donc lié non pas simplement à la zone la plus chaude, mais à une combinaison précise de transformation partielle, d’affaiblissement de la structure résistante au fluage, de contrainte et de température de service. Les mécanismes de fissuration doivent également rester distincts. ESDEP identifie la fissuration par liquation de la ZAT, la fissuration induite par l’hydrogène et la fissuration de réchauffage parmi les principaux problèmes de soudabilité des aciers de construction. La fissuration de solidification se produit dans le métal fondu lors de sa solidification, bien qu’une liquation adjacente de la ZAT puisse concerner des constituants à bas point de fusion ou des joints de grains riches en précipités. Le déchirement lamellaire résulte principalement de déformations dans le sens de l’épaisseur d’une tôle sensible contenant des inclusions allongées ; il ne doit pas être assimilé à la fissuration par l’hydrogène. La fissuration de réchauffage se développe lors du détensionnement ou de l’exposition en service, lorsque des microstructures sensibles et les contraintes résiduelles interagissent. Qualifier toute discontinuité de soudage de « fissuration de la ZAT » masque la méthode de prévention nécessaire. La corrosion ajoute un niveau de complexité supplémentaire. Les transformations de la ZAT peuvent créer des différences galvaniques locales, des régions appauvries en chrome ou affectées par les précipités, des gradients de dureté et des contraintes résiduelles de traction. Dans les soudures d’aciers inoxydables supermartensitiques, l’étude menée par TWI en 2002 a examiné les microstructures de la ZAT en relation avec la corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte, la fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le réchauffage par les passes suivantes et le traitement thermique après soudage (PWHT). Une passe de soudage ultérieure peut revenir une région tout en réchauffant une autre jusqu’à l’état intercritique. Le PWHT peut réduire les contraintes résiduelles et revenir les constituants durs, mais il peut également modifier la précipitation et le comportement à la corrosion. L’environnement de service — chlorures, fluide de production acide, hydrogène, température et contrainte appliquée — détermine quelle faiblesse devient décisive. ### Questions auxquelles une évaluation rigoureuse de la ZAT doit répondre Une évaluation crédible commence par la procédure de soudage réelle plutôt que par une largeur générique de la ZAT. L’EN 1011-2 couvre le soudage à l’arc des aciers ferritiques, à l’exclusion des aciers inoxydables ferritiques, et fournit des recommandations relatives à l’apport de chaleur, au préchauffage et au contrôle de l’hydrogène. L’ISO 13916:2025 spécifie la mesure des températures de préchauffage, entre passes et de maintien du préchauffage pendant le soudage par fusion ; elle ne couvre pas la mesure de la température du PWHT. Ces limites sont importantes, car le contrôle enregistré de la température et le PWHT réellement effectué constituent deux éléments de preuve distincts. L’examen métallographique doit localiser la limite de fusion et identifier chaque sous-région thermique, la taille des grains et les produits de transformation. Les profils de dureté doivent traverser le métal fondu, les zones à gros grains, à grains fins, intercritique et sur-revenue, plutôt que de fournir une seule valeur pour la ZAT. Les essais de résilience doivent représenter l’emplacement critique et la température de service, tandis que les essais de traction, de fluage ou de pliage doivent tenir compte des zones adoucies et des propriétés anisotropes de la tôle. Les estimations du cycle thermique doivent préciser les hypothèses relatives à l’apport de chaleur, à l’épaisseur, à la composition chimique, au bridage et à Δt8/5. Le jugement final doit relier la structure au mécanisme de rupture et à l’environnement. Il doit répondre aux questions suivantes : - Quelle zone de la ZAT est évaluée et où se situe-t-elle par rapport à la limite de fusion ? - Quelle transformation s’est produite pendant le premier cycle thermique et lors du réchauffage ? - Le profil de dureté indique-t-il de la martensite, de la bainite, un revenu, un adoucissement ou une incompatibilité locale ? - La résilience est-elle suffisante à la température de service et à la vitesse de chargement spécifiées ? - Quel mécanisme de fissuration est crédible : fissuration induite par l’hydrogène, par liquation, de solidification, déchirement lamellaire, fissuration de réchauffage ou fissuration de Type IV ? - Quelle exposition à la corrosion, à l’hydrogène, aux chlorures ou aux sulfures agira sur la ZAT ? - Quelle norme applicable, quelle qualification de procédure et quelle méthode de mesure régissent l’acceptation ? Le comportement de la ZAT résulte de la combinaison de la composition, de la microstructure initiale, du cycle thermique, du bridage, des réchauffages et de l’environnement de service. Aucune appellation unique de la ZAT ne permet de prédire les performances des aciers soudés. ## Références 1. \[1\] ASM International, Electric Power Research Institute. [Grade 91 Type IV cracking and simulated HAZ thermal cycles](https://www.asminternational.org/). ASM International and EPRI proceedings, 2016. [](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#wiki-cite-ref-1) https://www.asminternational.org/ 2. \[2\] TWI. [Supermartensitic stainless-steel weld HAZ microstructures and environmental cracking](https://www.twi-global.com/). TWI study, 2002. [](/fr/wiki/traitement-thermique/m%C3%A9tallurgie-de-la-zone-affect%C3%A9e-par-la-chaleur-lors-du-soudage-de-l-acier#wiki-cite-ref-2) https://www.twi-global.com/ **La ZAT en un coup d’œil** Emplacement Entre la limite de fusion et le métal de base non affecté État du matériau Métal de base modifié par la chaleur du soudage sans fusion Descripteur thermique clé Δt8/5 : temps de refroidissement de 800 °C à 500 °C Principaux paramètres de contrôle Température maximale, vitesse de refroidissement, composition chimique, trempabilité et taille des grains [Retour à Traitement thermique](/fr/wiki/traitement-thermique "Traitement thermique — Steel Wiki")