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用于各行業的鋼材品種達數千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇，然而這些參數很難適用于所有鋼材。

呂梁鋼材市場分析鋼材主要斷裂的原因一般是：

      第一，因為在鋼的冶煉時需加入一定數量的某種或多種合金元素，成材后再經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，并且在同一化學成分鋼的不同爐次之間，甚至在同一鋼坯的不同部位發生不同的改變，從而影響鋼材的質量。由于鋼材韌性主要取決于顯微結構和缺陷的分散（嚴防集中缺陷）度，而不是化學成分。所以，經熱處理后韌性會發生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因，還需掌握物理冶金學和顯微組織與鋼材韌性的關系。

2. 處理工藝的影響

      實踐得知，水淬火鋼的沖擊性能優于退火或正火鋼的沖擊性能，原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成，并促使鐵素體晶粒變細。

      許多鋼材是在熱軋狀態下銷售，軋制條件對沖擊性能有很大影響。較低的終軋溫度會降低沖擊轉變溫度，增大冷卻速度和促使鐵素體晶粒變細，從而提高鋼材韌性。厚板因冷卻速度比薄板慢，鐵素體晶粒比薄板粗大。所以，在同樣的熱處理條件下厚板比薄板更脆性。因此，熱軋后常用正火處理以改善鋼板性能。

      熱軋也可生產各向異性鋼和各種混合組織、珠光體帶、夾雜晶界與軋制方向一致的定向韌性鋼。珠光體帶和拉長后的夾雜粗大分散成鱗片狀，對夏比轉變溫度范圍低溫處的缺口韌性有很大影響。

3. 鐵素體-可溶合金元素的影響

       絕大多數合金元素加入低碳鋼，是為了生產在某些環境溫度下的固溶體硬化鋼，提高晶格摩擦應力δi。但目前還不能僅用公式預測較低屈服應力，除非已知晶粒尺寸。雖然屈服應力的決定因素是正火溫度和冷卻速度，然而這種研究方法仍很重要，因為可以通過提高δi預測單個合金元素可降低韌性的范圍。

      鐵素體鋼的無塑性轉變（NDT）溫度和夏比轉變溫度的回歸分析至今尚無報導，然而這些也僅限于加入單個合金元素對韌性影響的定性討論。以下就幾種合金元素對鋼性能的影響作簡要介紹。

　　1）錳。

      絕大多數的錳含量約為0.5%。作為脫氧劑或固硫劑加入可防止鋼的熱裂。在低碳鋼中還有以下作用。

◆ 含碳量0.05%鋼，空冷或爐冷后有降低晶粒邊界滲碳體薄膜形成的趨勢。

◆ 可稍減小鐵素體晶粒尺寸。

◆ 可產生大量而細小的珠光體顆粒。

      前兩種作用說明NDT溫度隨著錳量的增加而降低，后兩種作用會引起夏比曲線峰值更尖。

      鋼含碳量較高時，錳能顯著降低約50%轉變溫度。其原因可能是因珠光體量多，而不是滲碳體在邊界的分布。必須注意的是，如果鋼的含碳量高于0.15%，高錳含量對正火鋼的沖擊性能影響起到了決定性作用。因為鋼的高淬透性引起奧氏體轉變成脆性的上貝氏體，而不是鐵素體或珠光體。

      2）鎳。

      加入鋼中的作用似錳，可改善鐵-碳合金韌性。其作用大小取決于含碳量和熱處理。在含碳量（約0.02%）很低的鋼中，加入量達到2%就能防止熱軋態和正火鋼晶界滲碳體的形成，同時實質降低開始轉變溫度TS，升高夏比沖擊曲線峰值。

      進一步增加鎳含量，改善沖擊韌性效果則降低。如果這時含碳量低至正火后無碳化物出現時，鎳對轉變溫度的影響將變得很有限。在含碳約0.10%的正火鋼中加入鎳，最大的好處是細化晶粒和降低游離氮含量，但其機理目前尚不清楚。可能是由于鎳作為奧氏體的穩定劑從而降低了奧氏體分解的溫度。

      3）磷。

      在純凈的鐵-磷合金中，由于鐵素體晶界會發生磷偏析降低了抗拉強度Rm而使晶粒之間脆化。此外，由于磷還是鐵素體的穩定劑。所以，加入鋼中將大大增加δi值和鐵素體晶粒尺寸。這些作用的綜合將使磷成為極其有害的脆化劑，發生穿晶斷裂。

      4）硅。

      鋼中加硅是為了脫氧，同時有益于提高沖擊性能。如果鋼中同時存在錳和鋁，大部分硅在鐵素體中溶解，同時通過固溶化硬化作用提高δi。這種作用與加入硅提高沖擊性能綜合的結果是，在穩定晶粒尺寸的鐵-碳合金中按重量百分比加入硅，使50%轉變溫度升高約44℃。此外，硅與磷相似，是鐵素鐵的穩定劑，能促進鐵素體晶粒長大。按重量百分數計，硅加入正火鋼中將提高平均能量轉換溫度約60℃。

      5）鋁。

      以合金和脫氧劑的作用加入鋼中有以下兩方面的原因：第一，與溶體中的氮生成AlN，去除游離氮；第二，AlN的形成細化了鐵素體晶粒。這兩種作用的結果是，每增加0.1%的鋁，將使轉變溫度降低約40℃。然而，當鋁的加入量超過了需要，“固化”游離氮的作用將變弱。

      6）氧。

      鋼中的氧會在晶界產生偏析導致鐵合金晶間斷裂。鋼中氧含量高至0.01%，斷裂就會沿著脆化晶粒的晶界產生的連續通道發生。即使鋼中含氧量很低，也會使裂紋在晶界集中成核，然后穿晶擴散。解決氧脆化問題的方法是，可加入脫氧劑碳、錳、硅、鋁和鋯，使其和氧結合生成氧化物顆粒，而將氧從晶界去除。氧化物顆粒也是延遲鐵素體生長和提高d-/2的有利物質。

4. 含碳量在0.3%～0.8%的影響

      亞共析鋼的含碳量在0.3%～0.8%，先共析鐵素體是連續相并首先在奧氏體晶界形成。珠光體在奧氏體晶粒內形成，同時占顯微組織的35%～100%。此外，還有多種聚集組織在每一個奧氏體晶粒內形成，使珠光體成為多晶體。

      由于珠光體強度比先共析鐵素體高，所以限制了鐵素體的流動，從而使鋼的屈服強度和應變硬化率隨著珠光體含碳量的增加而增加。限制作用隨硬化塊數量增加，珠光體對先共析晶粒尺寸的細化而增強。

鋼中有大量珠光體時，形變過程中會在低溫和/或高應變率時形成微型解理裂紋。雖然也有某些內部聚集組織斷面，但斷裂通道最初還是沿著解理面穿行。所以，在鐵素體片之間、相鄰聚集組織中的鐵素體晶粒內有某些擇優取向。

 5. 貝氏體鋼斷裂

      在含碳量為0.10%的低碳鋼中加入0.05%鉬和硼可優化通常發生在700～850℃奧氏體-鐵素體轉變，且不影響其后在450℃和675℃時奧氏體-貝氏體轉變的動力學條件。

      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。當轉變溫度從675℃降至450℃時，未回火貝氏體的抗拉強度會從585MPa升高至1170MPa。

      因為轉變溫度由合金元素含量決定，并間接影響屈服和抗拉強度。這些鋼獲得的高強度是以下兩種作用的結果：

      1） 當轉變溫度降低時，貝氏體鐵素體片尺寸不斷細化。

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