延性表示钢在断裂前能够承受的塑性变形程度。韧性涉及材料抵抗断裂及吸收能量的能力，其具体含义由试验方法确定。脆性则描述材料在特定条件下只发生有限塑性变形便断裂的行为。室温拉伸时伸长明显的钢，在低温、带缺口或裂纹尖端约束较强的构件中，仍可能发生脆性断裂。
试验测量的究竟是哪种性能
抗拉强度 和屈服强度 描述应力水平，均不能单独完整表征延性或对已有裂纹的抵抗能力。
| 测量项目 | 报告量与单位 | 解释范围 |
|---|---|---|
| 断后伸长率 | A，% | 相对于规定原始标距的永久伸长，包含局部颈缩的贡献。 |
| 断面收缩率 | Z 或 RA，% | 断裂截面的收缩程度，受试样及测量方法影响。 |
| 拉伸曲线下的功 | 单位原始体积的能量，常用 MJ/m³ | 与实际测得的应力—应变路径及试验条件有关。 |
| 夏比 V 型缺口冲击试验 | 吸收能量，J | 带缺口试样在指定温度下受摆锤冲击断裂。 |
| 平面应变断裂韧度 | KIc，MPa√m | 带疲劳预裂纹的有效试验，要求以线弹性行为为主且约束较强。 |
| 弹塑性断裂评价 | JIc，kJ/m²；CTOD，mm | 裂纹起裂或扩展阻力，各参数有相应的有效性要求。 |
在表格内横向滚动可查看所有列 →
正确理解拉伸延性
测量断后伸长率时，按试验方法要求将断裂试样对接，用断后标距 Lᵤ 与原始标距 L₀ 比较。断面收缩率则比较原始截面积 S₀ 与断后最小截面积 Sᵤ：
A = 100 × (Lᵤ − L₀) / L₀
Z = 100 × (S₀ − Sᵤ) / S₀
以计算示例说明：L₀ = 50 mm、Lᵤ = 62.5 mm 时，A = 25%；S₀ = 80 mm²、Sᵤ = 40 mm² 时，Z = 50%。两个百分数衡量不同的几何变化，数值无需相等。
均匀伸长对应最大力时的伸长，此后弥散颈缩明显发展。“均匀”并不意味着标距内各处应变完全相同。断后伸长包含颈缩区的贡献；引伸计测得的断裂时伸长还可能包含弹性应变，因此应核对符号和方法，再与卸载后的长度测量结果比较。对其他条件相近的试样，较长标距把局部伸长分摊到更大的原始长度上，所得百分数可能较低。比较数据时，应统一标距、截面、取样方向和温度。ASTM E8 与 E8M 对多数圆形试样采用不同的标距约定，单纯进行英寸与毫米换算无法消除这一差别。
薄板成形能力还受应变路径、边缘质量、弯曲几何及局部断裂阻力影响。仅凭拉伸伸长率，无法确定最小弯曲半径或安全成形极限。
拉伸吸能与夏比冲击吸收能量
工程应力—应变曲线积分至断裂所得到的面积，在应力与标距应变定义一致时，表示单位原始标距体积所做的功。应变应以小数参与积分；应力使用 MPa，结果便为 MJ/m³。若直接对百分数应变积分而未除以 100，结果会放大 100 倍。颈缩后，这一数值仍属于试样层面的功量度，颈缩区内部的应变分布高度不均。抗拉强度乘以伸长率也无法代替真实曲线积分。
夏比试验测量缺口试样受冲击时吸收的能量。常见全尺寸 V 型缺口试样为 55 × 10 × 10 mm，缺口深度为 2 mm；摆锤打击缺口背面。以焦耳报告的能量与试样尺寸、缺口和摆锤冲击刃几何、取样方向及温度有关。ASTM E23 和 ISO 148-1 规定试验方法，验收条件由适用的产品标准或工程规范给出。
薄产品可能只能制取小尺寸试样。其能量和转变行为应按适用规定处理，简单按截面积比例换算可能产生误导。报告应保留单个试样的能量、规定需要的平均值、试样尺寸和试验温度。夏比能量与 KIc 或 JIc 之间不存在直接通用换算关系。
断裂韧度补充了哪些信息
断裂力学试验通过疲劳预制尖锐裂纹，测量起裂或裂纹扩展阻力。只有满足规定的平面应变及以线弹性为主的有效性条件，结果才能称为 KIc。其单位 MPa√m 是应力与长度平方根的乘积。条件值 KQ 通过全部所需核验后，才可认定为 KIc。ASTM E399 是相应试验方法，其当前适用范围不包括解理断裂表征。
断裂伴随明显塑性变形时，可采用 J 积分和裂纹尖端张开位移 CTOD 等参数。J 的量纲为单位裂纹面积的能量，1 kJ/m² = 1 N/mm。有效的 JIc 表征稳定撕裂开始时的阻力，J 阻力曲线则描述阻力随裂纹扩展的变化。CTOD 为位移，常用毫米表示。ASTM E1820 涉及这些测量；ASTM E1921 为转变区内发生解理断裂的铁素体钢提供评价框架。
将试验值用于构件评价，还需要裂纹尺寸、构件几何、外加应力与残余应力、温度及载荷历程。循环载荷和环境致裂需另行分析。较高伸长率本身无法回答构件能够容许多大裂纹的问题。
哪些条件会促进脆性行为
对于易发生解理的铁素体钢，低温、快速加载和较强的裂纹尖端约束可能促进解理断裂。厚度和裂纹几何会改变约束，限制裂纹尖端周围的塑性变形。化学成分、晶粒组织与加工历史也会改变断裂行为。
- 晶粒细化通常有利于提高铁素体钢的抗解理能力，晶粒粗化则可能降低这一能力。
- 冷加工改变强度和剩余延性。热处理改变相组成与分布，对韧性的影响取决于牌号和具体热处理制度。
- 焊缝金属及热影响区形成不同的局部性能，母材质量证明书不能代表焊接接头的所有区域。
- 夹杂物、偏析和导致脆化的服役暴露可能降低局部抗断裂能力。试验材料状态应与交货状态或服役暴露后的状态相符。
铁素体钢的断裂行为通常在一段温度范围内发生转变。报告转变温度时，应明确判据，如规定吸收能量或剪切断面比例，并说明试验配置。不同判据和试样尺寸可以得到不同的转变温度。奥氏体不锈钢通常能保持较好的低温韧性，其转变特征不像铁素体钢那样明显；具体牌号、产品状态和焊缝仍需验证。
在 −20°C 进行夏比试验，本身不足以批准构件在 −20°C 使用。服役评价还应考虑设计规范、最低金属温度、截面厚度、应力、缺陷、制造和加载条件。硬度 同样无法通过通用换算确定韧性。
试验报告应核对什么
- 核对牌号、炉批号、产品厚度、交货状态和取样位置，分别识别母材、焊缝金属与热影响区。
- 对伸长率，记录试验标准、试样方向和几何、原始标距，并区分均匀伸长、断裂时伸长与断后伸长。
- 对夏比试验，记录标准版本、试样与缺口尺寸、取样方向、冲击刃配置、温度、各试样结果及适用验收规则。
- 对断裂韧度，核对参数、预裂纹方向、温度和加载速率、试样尺寸及有效性声明；未满足要求的条件值应保留相应标识。
- 与具体产品和项目要求比较。美国、英国、澳大利亚及加拿大项目可能引用不同标准和版本，国别名称本身无法证明两份报告等效。
例如，“50 mm 标距下伸长率 25%”与“−20°C 时吸收能量 60 J”回答不同问题。缺少其他试验信息时，这两个数值均不能建立完整的延性排序、设计用断裂韧度或最低服役温度。强度等级选择指南 说明如何将这些核验落实到订货要求；S275 与 S355 对比 则补充具体牌号背景。