动车组转向架使用的低碳钢具有体心立方的晶体结构,在高寒地区时受到低温条件的影响,容易出现韧脆转变现象,导致其断裂韧性降低,甚至发生脆性断裂。长春轨道客车有限公司研发了低碳钢用于高寒下动车组转向架的制造,由于转向架的焊接缺陷以及组织的不均匀性等因素都会影响低碳钢的低温敏感性,使其低温脆断的可能性增大,因此继续对低温下钢的断裂韧性问题进行研究。本文主要研究低碳钢试样在低温下断裂韧性的尺寸效应,利用四种不同尺寸的紧凑拉伸试样在不同温度下进行了断裂韧性测试,得到了断裂韧性数据并且利用扫描电镜对断口进行观察分析。讨论了低温下韧脆转变行为导致的断裂韧性分散性以及温度相关性,利用:K-T、J-Q和J-A₂理论,结合实验数据建立了低温下低碳钢的断裂韧性与试样尺寸关系,取得了以下研究成果。基于双参数K-T理论,通过线弹性有限元结合实验数据进行计算分析,研究了尺寸效应对断裂韧性的影响,最后揭示了试样尺寸（用约束参数T表示）对断裂韧性的影响规律。基于J-Q和J-A₂理论,通过弹塑性有限元的模拟计算,研究试样尺寸对断裂韧性的影响,最后得到了约束参数Q、A₂与断裂韧性数值之间的关系;在约束参数A₂基础上建立了不同尺寸试样断裂韧性的转换模型。通过微观断裂力学下修正的Beremin模型理论,利用有限元的模拟计算,研究了低温下不同尺寸试样的断裂失效概率问题。得到了以Weibull应力和累计失效概率表示的不同尺寸试样的断裂失效概率;建立了建立了不同尺寸试样断裂韧性的转换模型。本文的研究内容可以为低温下低碳钢的断裂韧性变化问题提供一定的理论研究方法,有助于降低低碳钢断裂韧性实验难度,以便研发性能更优良的低温下的耐寒性钢材料。