鋼材廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其品種達(dá)數(shù)千種之多，每種鋼材都因不同的性能、化學(xué)成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。不同種類的鋼材的斷裂韌性值不同，用途也就不同，在鋼材選擇的時(shí)候，斷裂韌性值是一項(xiàng)重要的參考。

　　雖然鋼材的斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數(shù)很難適用于所有鋼材。主要原因有：第一，因?yàn)樵阡摰囊睙挄r(shí)需加入一定數(shù)量的某種或多種合金元素，成材后再經(jīng)簡(jiǎn)單熱處理便可獲得不同的顯微組織，從而改變了鋼的原有性能；第二，因?yàn)闊掍摵蜐沧⑦^(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，特別是集中缺陷（如氣孔、夾雜等）在軋制時(shí)極其敏感，并且在同一化學(xué)成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發(fā)生不同的改變，從而影響鋼材的質(zhì)量。由于鋼材韌性主要取決于顯微結(jié)構(gòu)和缺陷的分散（嚴(yán)防集中缺陷）度，而不是化學(xué)成分。所以，經(jīng)熱處理后韌性會(huì)發(fā)生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還需掌握物理冶金學(xué)和顯微組織與鋼材韌性的關(guān)系。
 

　　1. 鐵素體-珠光體鋼斷裂

　　鐵素體-珠光體鋼占鋼總產(chǎn)量的絕大多數(shù)。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強(qiáng)度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。

　　鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當(dāng)碳含量高于0.02%時(shí)，絕大多數(shù)的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結(jié)構(gòu)，而稱為珠光體，同時(shí)趨向于作為“晶粒”和球結(jié)（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占10%～25%。

　　盡管珠光體顆粒很堅(jiān)硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素體的晶粒尺寸會(huì)隨著珠光體含量的增加而減小。因?yàn)橹楣怏w球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會(huì)妨礙鐵素體晶粒長(zhǎng)大。因此，珠光體會(huì)通過(guò)升高d-1/2（d為晶粒平均直徑）而間接升高拉伸屈服應(yīng)力δy。

　　從斷裂分析的觀點(diǎn)看，在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼，其性能令人關(guān)注。一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光體球結(jié)的形式存在，對(duì)鋼的韌性影響較小；二是，含碳量較高時(shí)，以球光體形式直接影響韌性和夏比曲線。

　　2. 貝氏體鋼斷裂

　　在含碳量為0.10%的低碳鋼中加入0.05%鉬和硼可優(yōu)化通常發(fā)生在700～850℃奧氏體-鐵素體轉(zhuǎn)變，且不影響其后在450℃和675℃時(shí)奧氏體-貝氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)條件。

　　在大約525～675℃之間形成的貝氏體，通常稱為“上貝氏體”；在450～525℃之間形成的稱為“下貝氏體”。兩種組織均由針狀鐵素體和分散的碳化物組成。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度從675℃降至450℃時(shí)，未回火貝氏體的抗拉強(qiáng)度會(huì)從585MPa升高至1170MPa。

　　因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度由合金元素含量決定，并間接影響屈服和抗拉強(qiáng)度。這些鋼獲得的高強(qiáng)度是以下兩種作用的結(jié)果：

　　1）當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度降低時(shí)，貝氏體鐵素體片尺寸不斷細(xì)化。

　　2）在下貝氏體內(nèi)精細(xì)的碳化物不斷分散。這些鋼的斷口特征在很大程度上取決于抗拉強(qiáng)度和轉(zhuǎn)變溫度。

　　有兩種作用要注意：第一，一定的抗拉強(qiáng)度級(jí)別，回火下貝氏體的夏比沖擊性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未回火的上貝氏體。原因是在上貝氏體中，球光體內(nèi)的解理小平面切割了若干貝氏體晶粒，決定斷裂的主要尺寸是奧氏體晶粒尺寸。

　　在下貝氏體中，針狀鐵素體內(nèi)的解理面未排成一直線，因此決定準(zhǔn)解理斷裂面是否斷裂的主要特征是針狀鐵素體晶粒尺寸。因?yàn)檫@里的針狀鐵素體晶粒尺寸僅為上貝氏體中的奧氏體晶粒尺寸的1/2。所以，在同一強(qiáng)度級(jí)別，下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度比上貝氏體低許多。

　　除了上面的原因之外是碳化物分布。在上貝氏體中碳化物位于晶界沿線，并通過(guò)降低抗拉強(qiáng)度Rm增加脆性。在回火的下貝氏體中，碳化物非常均勻地分布的鐵素體中，同時(shí)通過(guò)限制解理裂紋以提高抗拉強(qiáng)度并促進(jìn)球化珠光體細(xì)化。

　　第二，要注意的是未回火合金中轉(zhuǎn)變溫度與抗拉強(qiáng)度的變化。在上貝氏體中，轉(zhuǎn)變溫度的降低會(huì)使針狀鐵素體尺寸細(xì)化同時(shí)升高延伸強(qiáng)度Rp0.2。

　　在下貝氏體中，為獲得830MPa或更高的抗拉強(qiáng)度，也可通過(guò)降低轉(zhuǎn)變溫度提高強(qiáng)度的方法實(shí)現(xiàn)。然而，因?yàn)樯县愂象w的斷口應(yīng)力取決于奧氏體晶粒尺寸，而此時(shí)的碳化物顆粒尺寸已經(jīng)很大，因此通過(guò)回火提高抗拉強(qiáng)度的作用很小。