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，在鋼材選擇的時候，斷裂韌性值是一項重要的參考。

　　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，因為在鋼的冶煉時需加入一定數(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，因為煉鋼和澆注過程中產(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，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隨著珠光體含量的增加而減小。因為珠光體球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會妨礙鐵素體晶粒長大。因此，珠光體會通過升高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，對鋼的韌性影響較小；二是，含碳量較高時，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℃時奧氏體-貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學(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，未回火貝氏體的抗拉強(qiáng)度會從585MPa升高至1170MPa。

　　因為轉(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，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。因為這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，同時通過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)變溫度的降低會使針狀鐵素體尺寸細(xì)化同時升高延伸強(qiáng)度Rp0.2。

　　在下貝氏體中，為獲得830MPa或更高的抗拉強(qiáng)度，也可通過降低轉(zhuǎn)變溫度提高強(qiáng)度的方法實現(xiàn)。然而，因為上貝氏體的斷口應(yīng)力取決于奧氏體晶粒尺寸，而此時的碳化物顆粒尺寸已經(jīng)很大，因此通過回火提高抗拉強(qiáng)度的作用很小。