定义及特征
未发生明显变形便断裂的应称为脆性断裂。凡是发生脆性断裂的承压设备都具备如下特征：（1）脆断时的变形量都很小。（2）若设备材料总体上已处于脆性状态，则脆断时很可能形成碎片。压力容器发生脆性断裂失效的可怕之处在于，当人们还无法感知将要发生脆断时就爆炸了。它不象韧性破坏的容器在爆炸之前已有显著的塑性鼓胀变形，容易被巡检人员发现，而且又不产生伤害性极大的碎片。但脆断后不仅有冲击波破坏，还有碎片飞出的伤害。
定义脆断的主要依据是变形量的大小，但又很难确定变形量的定量界限。不过仍可以定性地按照发生脆断的基本原因将承压设备的脆性断裂分成如下两个大类。（1）因材料本身的脆性或使用中发生脆性转变而发生结构的脆性断裂失效。（2）因结构中存在重大缺陷而造成结构材料在远低于设计规定的载荷下发生脆性断裂，这称为低应力脆断。图1.1是低温压力容器在做低温压力爆破试验时发生脆性爆炸后的情况，2只容器都在低温脆断时形成了碎块。
图1.1 铁素体类的碳钢或低合金钢低温容器最易在低温下发生脆断
因材料脆性而导致的承压设备的脆断
分为因材料原本属于脆性材料而造成的脆断，材料因低温发生韧脆转变而脆断，焊接热影响区的脆化，钢材加工制造过程中的脆化，应变时效脆化。
因材料原本属于脆性材料而造成的脆断，工程技术中早就认识锅炉及蒸汽机的脆断及爆炸事故，因而从治金及制造过程中采用韧性材料来建造承压设备早就得到共识；材料因低温发生韧脆转变而脆断，这是铁素体类钢材所共有的问题，碳钢和低合金钢都存在低温下发生韧脆转变而脆化的现象。工程上习惯采用冲击韧性（即冲击吸收功值）来衡量材料的韧性，进一步也可采用断裂力学中的断裂韧性值来衡量韧性；焊接接头是由焊缝及热影响区两大部分组成的。这两大部分在焊接施焊时受到的热循环中发生复杂的相变。单道与多道的手工焊、埋弧自动焊及厚板的电渣焊过程中，由于焊接接头的结构厚度即热容量相差很大，施焊时所选定的输入线能量及焊接速度也很多变，因此焊后的冷却速度也存在很多差异，致使焊接接头各个区域的金相组织及力学性能会出现很大差异；承压设备及许多机械部件在加工制造时经常经受冷加工塑性变形（捲板、冲压）或加热冷却循环（锻造、焊接、热冲压、热处理），钢材的组织状态会受到变形和热循环影响，其中有不少是会引起钢材脆化的；应变时效脆化是低碳钢在冷加工塑性大应变之后并在长期时效后显现脆性上升的现象。
宏观缺陷引起的低应力脆断
低应力的含义是断裂时的结构应力总体上尚在设计允许的工作应力之内，主体材料远未进入屈服状态；而脆断是按失效时结构并未造成明显的塑性变形，容器及管道也远未发生明显的膨胀，但确破裂了或爆炸了，可能裂开的是一条穿透的裂缝，或者裂成碎块并引起灾害后果。
图1.2所示的英国汤姆逊公司制造的一台低合金高强度钢制氨的高压合成塔，在水压试验中途尚未达到试验压力时便爆炸了，裂成了好几块，其中飞出64.2m远的碎片重约2吨。直接原因就是由容器左侧端部大法兰与筒节环焊缝处存在一个小三角形的焊接裂纹，爆炸时就从裂纹处开裂，瞬间爆炸。小三角形裂纹的最大边长仅10mm。这个由宏观焊接裂纹引发的筒体应力尚不可能达到屈服水平时的断裂失效，即为典型的压力容器低应力脆断失效。造成低应力脆断失效的三大原因是：一是存在严重宏观的平面型缺陷。主要是裂纹，包括焊缝中的热裂纹、冷裂纹、热处理中形成的焊缝中的再热裂、焊接时的未熔合缺陷、未焊透缺陷等。二是材料的韧性。当存在裂纹时，即使裂纹尖锐但应力集中效应虽然造成裂尖应力很大，但由于材料具有塑性变形能力，裂尖小范围内的材料便屈服而发生一定的塑性变形，裂尖被钝化， 因而裂纹就不容易扩展而断裂。三是载荷及应力的作用。包括压力载荷及各种特意施加的机械载荷，温度载荷，它们都是引起裂纹断裂的必要原因。同时焊接形成的残余应力也在起作用。
图1.2 英国1965年一起典型的高压容器低应力脆断事故
脆断失效的断口分析
脆断失效是所有发生破断时其结构宏观变形量不大就发生破断的总称,但其发生脆断的机理是各不相同的。断口上的宏观形貌和显微形貌正是断裂机理的写照，因此正是失效分析工作中探求断裂机理求证失效原因的重复工作环节。
低温冷脆是许多铁素体类钢材的共同特征。材料的脆断机制主要是准解理或解理断裂。当出现解理断裂时，断口的宏观状态是有闪光的亮白色的新鲜状,整个断口平齐并与最大主应相垂直,不会出现与最大主应力呈45°角的剪切断口。所谓闪光感觉正是无数的方向各异的小刻面（即晶体的解理面）对自然光线的反射所造成的。这种正断口在边缘（接近表面处）不会出现韧性断口常见的剪切唇。断口上也不存在能指示，断裂方向的放射纹和人字纹。解理断口的电子显微照片一般呈现出河流花样，如图1.3所示。其中图（c）的解理扇形区所反映的是整个晶粒内全解理面的细观形貌。而理面穿过晶界时的进一步观察河流的变化可在图1.4中分为2种情况分别表示在图1.4中。两晶粒相隣连接但方位取向分小倾角和大倾角（扭转倾角）两种情况，见（a）和（b）。
图1.3 典型的钢材解理脆断断口的河流花样
图1.4 河流花样经晶界时的变化
韧性的铁素体钢在失稳断裂阶段快速撕裂断口上，或在韧脆转变温度以下的冲击断口表现出非纤维状断裂区断口上，电镜中常见的是准解理断口。见图1.5。
图1.5 韧性钢结构冲击断口或快速撕裂断口放射纹区常见的准解理花样
低应力脆断断口的宏观特征首先是断口上存在一个原始的宏观缺陷，这种缺陷多数情况下是裂纹。原始裂纹可能只是单个的，也可能是多个的，或者甚至是成群的。原始缺陷的宏观分析是极其重要的一步。宏观分析不仅要测量宏观的缺陷尺寸，在整个断口上的分布位置，还要再仔细寻找原始缺陷本身的起裂部位，以便考虑与材料原始缺陷（如夹杂、夹渣、缩孔、疏松等）、介质、应力集中的关系。有时原始裂纹的断口上会留下清晰晰的起裂于原始缺陷边缘处的放射纹及人字纹，很容易确定最终断裂之前的起裂 位置。
对于低应力脆断断口上除原始缺陷之外的断口部分，其形貌也是非常值得关注和作进一步深入分析的，首先也是宏观上的分析，这部分断口大体有如下几种情况。第一类情况：线弹性低应力脆断。焊接结构或锻造结构采用高强度钢时，同时又存在宏观的焊接裂纹或锻造裂纹，材料比较硬脆，在正常运行载荷下或压力试验载荷下发生突然的失效断裂。第二类情况：弹塑性断裂，断口上既有原始缺陷，也有新鲜的快速撕裂断口（即呈放射纹及人字纹的断口），并且还在两者之间还有一些显示韧性断裂时稳态扩展的起裂区，这个区域达mm级的宽度时即可被肉眼所见，此属纤维区，是裂纹尖端处因材料料的韧性好，在原始裂纹的基础上又发生了新的启裂和稳态慢速扩展。第三类情况是塑性垮塌。
