异质结构材料凭借独特的异质变形诱导强化/硬化机制，在突破强度-塑性制约关系上优势显著。异质材料中软区和硬区之间由于变形不协调而产生应力/应变分配，导致异质界面处的几何必需位错不断积累，形成应变梯度，从而产生额外的强化/硬化效应。基于此，本文设计了一种不锈钢/中锰钢/低碳钢复合的多层钢板，其表面层为不锈钢，中心交替层为低碳钢和中锰钢。通过调控界面密度和微结构，系统研究其力学性能与微观机制。通过准静态拉伸、动态剪切、断裂韧性和疲劳等力学/使役性能测试，结合扫描电镜、透射电镜等微结构表征手段，建立力学性能与微结构的关联机制。主要结论如下：

在准静态拉伸方面，通过提高界面密度，使均匀延伸率从10.1%增加至37.8%，强塑积从13.6 GPa‧%提升至36.8 GPa‧%，而屈服应力基本保持不变。这可归因于三方面机制：一是提高界面密度促进了变形诱导马氏体相变；二是更高的界面密度积累了更高密度的几何必需位错；三是主裂纹在低碳钢/中锰钢界面形核扩展时，界面密度大的样品需要消耗更多能量，从而提升了拉伸性能。

在动态剪切方面，其性能受界面密度、奥氏体稳定性和微结构共同影响。提高界面密度可轻微提升性能，而微结构调控(高温再结晶+奥氏体Mn富集)可显著改善动态剪切强度与韧性匹配。二次退火工艺使奥氏体稳定性提高，马氏体相变的应变持续范围从1.35推迟至2.45；完全再结晶的表面层恢复应变硬化能力；微结构调控提高了界面及单层几何必需位错密度增量，加强了异质变形诱导硬化。因此，调控微结构和提高界面密度这两个因素的结合显著提高了材料的动态剪切应变和剪切韧性。

在断裂韧性方面，断裂韧性随界面密度的降低而提高，异质界面通过应力三轴度变化影响裂纹扩展行为。界面密度较大时，扩展较慢的低碳钢被扩展较快的中锰钢“拖拽”，减小裂纹扩展阻力，从而降低断裂韧性；主裂纹扩展伴随界面分层，增加能量消耗，材料相对地从平面应变状态转为平面应力状态；低碳钢总体加工硬化能力更强；界面密度较小时，中锰钢在大范围内持续相变，提供应变硬化能力。因此，多种增韧机制作用于断裂韧性，最终表现为断裂韧性随界面密度的降低而提高。

高周疲劳实验结果表明，异构多层钢板的疲劳极限强度高于低碳钢屈服强度，模拟结果表明应力分配使得低碳钢承担更少应力，应力三轴度的改变使得低碳钢处于拉伸主导且伴随剪切分量的复合受力状态。循环加载下，不锈钢和中锰钢表现为循环软化，低碳钢则是循环硬化。界面密度较大时，低碳钢数量增多导致疲劳源萌生概率提升，因此降低界面密度可提高疲劳极限。

综上，异质多层钢板通过界面密度设计、相变调控及微结构优化，实现了强度、塑性、韧性及疲劳性能的协同突破，为高性能材料开发提供了新思路。