在当前“双碳”目标大背景下,开发更高性能的钢铁材料是降低碳排放的有效方法。本研究选择了具有高强度的马氏体钢和高塑性的奥氏体钢作为基体材料,利用高温真空轧制成型的方式将马氏体钢和奥氏体钢复合,制备出具有高性能的复合钢铁材料。并表征了复合钢中的各种微观组织,分析了相应的强韧化机制。研究了元素扩散条件下,总厚度相同,单层厚度变化对复合钢板组织和性能的影响。发现9层复合钢板的力学性能最优,抗拉强度为1733 MPa,延伸率达到23.6%,均匀延伸率为8.9%。复合钢板具有高强度的主要原因是奥氏体层中C元素扩散至马氏体层,强化了马氏体基体。高塑性得益于9层复合钢板具有更好的协同变形效果和界面结合强度。对复合钢板进行不同保温时间处理,保温2 min时,复合钢板的抗拉强度和延伸率最高,为1733 MPa和23.6%。保温30 min时,C元素的扩散没有发生明显变化,复合钢板的抗拉强度和延伸率下降至1542 MPa和15.1%。这是由于保温时间延长导致马氏体板条和奥氏体晶粒尺寸变大以及奥氏体层协调变形能力变弱。对复合钢板进行不同温度轧制处理,发现450℃温轧后复合钢板抗拉强度为1970 MPa,总延伸率为16.5%。温轧引入大量可动位错,提升奥氏体层位错密度,奥氏体层产生大量变形孪晶,强化奥氏体层。5层复合钢板进行10%冷轧后,抗拉强度由1666 MPa提升至1742 MPa,延伸率由21.9%下降至4.1%,综合性能下降。研究了N元素的微量扩散对复合钢板力学性能的影响。发现N复合钢板具有很高的塑性,这得益于奥氏体相具有更强的加工硬化能力。复合钢板中马氏体层的强度没有提升,微量的N元素扩散不能够明显提升复合钢板的强度。