用于各行业的钢材品种数量众多，达数千种之多。每种钢材都有其独特之处，因不同的性能、化学成分，以及不同的合金种类和含量，而拥有不同的商品名称。断裂韧性值确实大大方便了每种钢的选择，但是这些参数难以适用于所有的钢材。
主要原因有：
第一，在钢的冶炼过程中，需要加入一定数量的某种或多种合金元素。成材之后，再经过简单的热处理，就可以获得不同的显微组织。这样就改变了钢的原有性能。
第二，炼钢和浇注过程中会产生缺陷，特别是集中缺陷，像气孔、夹杂等。这些缺陷在轧制时极为敏感，而且在同一化学成分的钢的不同炉次之间，以及在同一钢坯的不同部位，会发生不同的变化，进而影响钢材的质量。
钢材的韧性主要由显微结构和缺陷的分散度决定，而非化学成分。正因如此，经过热处理后，韧性会有很大的变化。若要深入探究钢材的性能及其断裂原因，就必须掌握物理冶金学以及显微组织与钢材韧性之间的关系。
1.铁素体-珠光体钢断裂
铁素体 - 珠光体钢在钢总产量中占比极大。这类钢通常含碳量处于 0.05% 至 0.20% 之间。它们是铁 - 碳的合金，并且为提升屈服强度和韧性还加入了其他少量的合金元素。
铁素体 - 珠光体的显微组织包含 BBC 铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金以及 Fe3C。在碳含量处于很低水平的碳钢里，渗碳体颗粒（碳化物）会处于铁素体晶粒的边界以及晶粒内部。当碳含量高于 0.02%时，绝大多数的 Fe3C 会形成具有某些铁素体的片状结构，这种结构被称为珠光体。同时，珠光体趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。在含碳量为 0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体的含量占 10%～25%。
珠光体颗粒很坚硬，却能广泛分散在铁素体基体上，还能围绕铁素体轻松变形。一般来说，铁素体的晶粒尺寸会因珠光体含量增加而减小，因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。所以，珠光体会通过升高 d - 1/2（d 为晶粒平均直径）来间接升高拉伸屈服应力 δy。
从断裂分析的角度来看，低碳钢中有两种含碳量范围的钢，它们的性能受到关注。其一，含碳量在 0.03%以下，此时碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响不大；其二，当含碳量较高时，会以球光体形式直接对韧性和夏比曲线产生影响。
2.处理工艺的影响
实践表明，水淬火钢的冲击性能比退火钢的冲击性能好，也比正火钢的冲击性能好。这是因为快冷能够阻止渗碳体在晶界形成，同时还能促使铁素体晶粒变细。
许多钢材是在热轧状态下进行销售的，而轧制条件对其冲击性能有着很大的影响。较低的终轧温度能够降低冲击转变温度，同时也会增大冷却速度并且促使铁素体晶粒变得更加细小，这样就能够提高钢材的韧性。厚板的冷却速度比薄板要慢钢材强度和韧性，所以厚板的铁素体晶粒比薄板更加粗大。正因如此，在相同的热处理条件下，厚板比薄板更加脆。因此，在热轧之后，常常会采用正火处理来改善钢板的性能。
热轧能够生产各向异性钢，还能生产各种混合组织的钢。同时，热轧可以生产珠光体带，这种珠光体带以及拉长后的夹杂会粗大分散成鳞片状。并且，热轧能够生产夹杂晶界与轧制方向一致的定向韧性钢。这些珠光体带和拉长后的夹杂对夏比转变温度范围低温处的缺口韧性有着很大的影响。
3.铁素体-可溶合金元素的影响
绝大多数合金元素加入低碳钢，目的是生产在某些环境温度下的固溶体硬化钢，以提高晶格摩擦应力δi。目前仅用公式无法预测较低屈服应力，除非已知晶粒尺寸。屈服应力的决定因素是正火温度和冷却速度，不过这种研究方法依然很重要，因为能够通过提高δi来预测单个合金元素可降低韧性的范围。
铁素体钢的无塑性转变（NDT）温度的回归分析至今没有相关报导，夏比转变温度的回归分析也没有相关报导。然而，这些报导仅仅局限于对加入单个合金元素对韧性影响的定性讨论。以下就几种合金元素对钢性能的影响进行简要介绍。
1）锰
绝大多数锰的含量约为 0.5%。将其作为脱氧剂或固硫剂加入，能够防止钢出现热裂。在低碳钢中，它还具有以下作用。
含碳量为 0.05%的钢，在空冷之后或者炉冷之后，会呈现出一种降低晶粒边界渗碳体薄膜形成的倾向。
可稍减小铁素体晶粒尺寸。
可产生大量而细小的珠光体颗粒。
前两种作用表明 NDT 温度会随着锰量的增多而下降。后两种作用会致使夏比曲线的峰值变得更加尖锐。
钢含碳量较高时，锰能使转变温度显著降低约 50%。原因或许是珠光体量较多，而非渗碳体在边界分布。需注意的是，若钢的含碳量高于 0.15%，高锰含量对正火钢的冲击性能影响至关重要。因为钢的高淬透性会使奥氏体转变成脆性的上贝氏体，而非铁素体或珠光体。
2）镍
加入钢中的作用类似锰，能够改善铁 - 碳合金的韧性。这种作用的大小取决于含碳量和热处理。在含碳量很低（约 0.02%）的钢中，加入量达到 2%时，就可以防止热轧态和正火钢晶界渗碳体的形成。同时，还能实质降低开始转变温度 TS，使夏比冲击曲线峰值升高。
镍含量进一步增加时，冲击韧性改善的效果会降低。当含碳量低至正火后无碳化物出现时，镍对转变温度的影响就会变得很有限。在含碳约 0.10%的正火钢中加入镍，其最大好处是能细化晶粒且降低游离氮含量，然而其机理目前尚不清晰。或许是因为镍作为奥氏体的稳定剂钢材强度和韧性，降低了奥氏体分解的温度。
3）磷
在纯净的铁 - 磷合金里，铁素体晶界会发生磷偏析，这会降低抗拉强度 Rm ，从而使晶粒之间脆化。另外，磷是铁素体的稳定剂。因此，将磷加入钢中会大大增加 δi 值和铁素体晶粒尺寸。这些作用综合起来，会让磷成为极为有害的脆化剂，导致发生穿晶断裂。
4）硅
钢加硅是为了脱氧，并且对提高冲击性能有益。若钢中同时有锰和铝，大部分硅会溶解在铁素体中，还能通过固溶化硬化作用提高δi。这种作用与加入硅提高冲击性能综合起来，在稳定晶粒尺寸的铁-碳合金中按重量百分比加入硅，能使 50%转变温度升高约 44℃。硅和磷相似，它是铁素铁的稳定剂，能够促使铁素体晶粒长大。在正火钢中，按重量百分数来计算，硅的加入会使平均能量转换温度提高大概 60℃。
5）铝
合金和脱氧剂加入钢中有两方面原因：其一，能与溶体中的氮生成 AlN，从而去除游离氮；其二，AlN 的形成会细化铁素体晶粒。这两种作用带来的结果是，每增加 0.1%的铝，转变温度会降低约 40℃。但如果铝的加入量超过所需，“固化”游离氮的作用就会变弱。
6）氧
钢中的氧会在晶界产生偏析，从而导致铁合金晶间断裂。当钢中氧含量高至 0.01%时，断裂会沿着脆化晶粒的晶界产生的连续通道发生。即便钢中含氧量很低，也会使裂纹在晶界集中成核，接着穿晶扩散。解决氧脆化问题的方法是，加入脱氧剂碳、锰、硅、铝和锆，让它们与氧结合生成氧化物颗粒，以此将氧从晶界去除。氧化物颗粒也是延迟铁素体生长和提高d-/2的有利物质。
4.含碳量在0.3%～0.8%的影响
这些聚集组织使得珠光体成为多晶体。
珠光体强度比先共析铁素体高，这使得铁素体的流动受到了限制，进而导致钢的屈服强度和应变硬化率会随着珠光体含碳量的增加而上升。随着硬化块数量的增多以及珠光体对先共析晶粒尺寸的细化，其限制作用也会增强。
钢中含有大量珠光体时，在形变过程里，在低温以及/或者高应变率的情况下会形成微型解理裂纹。存在某些内部聚集组织断面，不过断裂通道最初是沿着解理面延伸的。因此，在铁素体片之间，还有相邻聚集组织里的铁素体晶粒内部存在某些择优取向。
