淬火鋼回火時沖擊韌性的變化規律是隨著回火溫度升高而增大。但在某些溫度區間回火，可能出現韌性顯著降低的現象，這種脆化現象稱為鋼的回火脆性。
例如：中碳鎳鉻鋼在250~400℃回火和450~650℃回火（回火后慢冷）時出現的脆化現象，前者稱為第一類回火脆性或低溫回火脆性，后者稱為第二類回火脆性或高溫回火脆性。
（1）第一類回火脆性 第一類回火脆性幾乎在所有的鋼中都會出現。一般認為，馬氏體分解時沿馬氏體或片的邊界析出繼續的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強度，是產生第一類回火脆性的重要原因，這類回火脆性產生后無法消除，故又稱為不可逆回火脆性。
合金元素一般不能抑制第一類回火脆性。但Si、Mn等合金元素可使脆化溫度向高溫推移。為了防止第一類回火脆性，應避免在脆化溫度范圍內回火。
（2）第二類回火脆性 第二類回火脆性主要在合金結構鋼中出現。碳素鋼一般不出現這類回火脆性，當鋼中含有Cr、Mn、P、As、Sb、Sn等元素時，第二類回火脆性增大。將脆化狀態的鋼重新回火，然后快速冷卻，即可以消除脆性。在低于脆化溫度的區間加熱，然后緩冷，脆性又重新出現，故稱為可逆回火脆性。
第二類回火脆性的產生機制至今尚未徹底清除。近年來的研究指出，回火時Sb、Sn、As、P等雜志元素在原奧氏體晶界上偏聚或以化合物形式析出，降低了晶界的斷裂強度，是導致第二類回火脆性的主要原因。
Cr、Mn、Ni等合金元素不但促進這些雜質元素向晶界偏聚，而且本身也向晶界偏聚，進一步降低了晶界的強度，從而增大了回火脆性傾向。Mo、W等合金元素則抑制這些雜質元素向晶界偏聚，故可減弱回火脆性傾向。如果在回火脆性區長時間停留，雜質元素有足夠的移動時間向晶界偏聚，快冷和Mo、W元素的抑制作用就會消失。
為了防止第二類脆性，對于不同尺寸的工件處理方式為：
①用回火脆性敏感鋼制造的小尺寸的工件，可采用高溫回火后快速冷卻的工藝方法。可用熱處理工藝過程來實施，回火之后一般采用油冷或水冷方式。在冷卻的過程中，工件在400℃以下就可以提出冷卻介質，防止過低的冷卻溫度造成工件開裂。
②大截面工件回火脆性的防止措施：設計選擇材料時，要求提高鋼的冶煉純度，減少鋼中的雜質元素以及在鋼中含有適量的Mo、W等合金元素的這類鋼種，用冶金方式達到抑制雜質元素向晶界偏聚，從而降低鋼在熱處理過程中的回火脆性。大截面工件用鋼廣泛使用這種方法來抑制回火脆性，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，防止工件的快冷開裂。
③在實際生產中經常碰到的事情，例如一些直徑不粗而又較長的40Cr鋼制的軸，當長徑比L/D＞8~10時，調質以后就會發生較大的彎曲變形，調質回火溫度常選擇在520~580℃范圍內，這就出現了第二類回火脆性問題，常常規定回火后必須進行水冷或鋼在低溫校直過程中容易長身校正發裂或較大的校正應力，導致精加工車削時更大的變形。遇到這種情況時，應在回火后先進行熱態校正，然后進行一次補充回火。由于第二類回火脆性是可逆的，利用這個特性，將校正后的零件再次加熱到原回火溫度，然后進行快冷來消除已經產生的回火脆性。當工件是合金元素含量較多的鋼種或零件形狀復雜時，回火水冷或油冷會產生較大的內應力，所以經過上述方法處理的零件，還應在低于這個回火溫度約100℃的溫度下再回火一次，以消除回火內應力。
④對于亞共析鋼可以采用在A1~A3臨界區加熱亞溫淬火的方法，使磷等有害雜質元素溶入鐵素體中，達到減少在原始奧氏體晶界上的偏聚，可以顯著減弱回火脆性。
⑤形變熱處理的方法也可以減弱回火脆性。
