淬火钢回火时冲击韧性的变化规律是随着回火温度升高而增大。但在某些温度区间回火，可能出现韧性显著降低的现象，这种脆化现象称为钢的回火脆性。
例如：中碳镍铬钢在250~400℃回火和450~650℃回火（回火后慢冷）时出现的脆化现象，前者称为第一类回火脆性或低温回火脆性，后者称为第二类回火脆性或高温回火脆性。
（1）第一类回火脆性 第一类回火脆性几乎在所有的钢中都会出现。一般认为，马氏体分解时沿马氏体或片的边界析出继续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，是产生第一类回火脆性的重要原因，这类回火脆性产生后无法消除，故又称为不可逆回火脆性。
合金元素一般不能抑制第一类回火脆性。但Si、Mn等合金元素可使脆化温度向高温推移。为了防止第一类回火脆性，应避免在脆化温度范围内回火。
（2）第二类回火脆性 第二类回火脆性主要在合金结构钢中出现。碳素钢一般不出现这类回火脆性，当钢中含有Cr、Mn、P、As、Sb、Sn等元素时，第二类回火脆性增大。将脆化状态的钢重新回火，然后快速冷却，即可以消除脆性。在低于脆化温度的区间加热，然后缓冷，脆性又重新出现，故称为可逆回火脆性。
第二类回火脆性的产生机制至今尚未彻底清除。近年来的研究指出，回火时Sb、Sn、As、P等杂志元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物形式析出，降低了晶界的断裂强度，是导致第二类回火脆性的主要原因。
Cr、Mn、Ni等合金元素不但促进这些杂质元素向晶界偏聚，而且本身也向晶界偏聚，进一步降低了晶界的强度，从而增大了回火脆性倾向。Mo、W等合金元素则抑制这些杂质元素向晶界偏聚，故可减弱回火脆性倾向。如果在回火脆性区长时间停留，杂质元素有足够的移动时间向晶界偏聚，快冷和Mo、W元素的抑制作用就会消失。
为了防止第二类脆性，对于不同尺寸的工件处理方式为：
①用回火脆性敏感钢制造的小尺寸的工件，可采用高温回火后快速冷却的工艺方法。可用热处理工艺过程来实施，回火之后一般采用油冷或水冷方式。在冷却的过程中，工件在400℃以下就可以提出冷却介质，防止过低的冷却温度造成工件开裂。
②大截面工件回火脆性的防止措施：设计选择材料时，要求提高钢的冶炼纯度，减少钢中的杂质元素以及在钢中含有适量的Mo、W等合金元素的这类钢种，用冶金方式达到抑制杂质元素向晶界偏聚，从而降低钢在热处理过程中的回火脆性。大截面工件用钢广泛使用这种方法来抑制回火脆性，而不提倡采用回火之后的快冷方法。其一，大件的快冷效果不是太好；其二，防止工件的快冷开裂。
③在实际生产中经常碰到的事情，例如一些直径不粗而又较长的40Cr钢制的轴，当长径比L/D＞8~10时，调质以后就会发生较大的弯曲变形，调质回火温度常选择在520~580℃范围内，这就出现了第二类回火脆性问题，常常规定回火后必须进行水冷或钢在低温校直过程中容易长身校正发裂或较大的校正应力，导致精加工车削时更大的变形。遇到这种情况时，应在回火后先进行热态校正，然后进行一次补充回火。由于第二类回火脆性是可逆的，利用这个特性，将校正后的零件再次加热到原回火温度，然后进行快冷来消除已经产生的回火脆性。当工件是合金元素含量较多的钢种或零件形状复杂时，回火水冷或油冷会产生较大的内应力，所以经过上述方法处理的零件，还应在低于这个回火温度约100℃的温度下再回火一次，以消除回火内应力。
④对于亚共析钢可以采用在A1~A3临界区加热亚温淬火的方法，使磷等有害杂质元素溶入铁素体中，达到减少在原始奥氏体晶界上的偏聚，可以显著减弱回火脆性。
⑤形变热处理的方法也可以减弱回火脆性。
