鋼鐵材料作為最重要的結構材料，提高強度一直是市場應用對其提出的迫切要求。碳是鋼鐵材料最重要而又廉價的強化元素。但是，碳含量的增加會影響塑性。按照傳統(tǒng)的觀念，碳含量增加到1%以上就會使塑性降低到結構材料無法使用的程度，甚至在材料界形成了一種定識，認為含碳量在1%到2.1%的鋼鐵材料，即超高碳鋼，具有本質脆性而無開發(fā)價值。所以，超高碳鋼被長期排除在實用工程材料之外。

然而，自20世紀70年代以來，以美國斯坦福大學的O.D.Sherby教授為代表的冶金學家們發(fā)現(xiàn)，超高碳鋼材料的脆性，是由于其高碳含量在常規(guī)鑄造工藝條件下的凝固過程中難以避免碳的偏析及粗大碳化物的形成，而且在常規(guī)熱加工工藝中也難以避免奧氏體晶界析出粗大碳化物網絡所造成的。如果能夠避免碳的偏析并使組織充分細化及均勻化，超高碳鋼完全可以獲得高強度和一定塑性相配合的優(yōu)良力學性能。事實上，早在幾千年以前就出現(xiàn)的大馬士革軍刀,以其鋒利的刀刃和漂亮的外觀而載入史冊，就是用超高碳鋼（碳含量為1.5～2.0%）制成的，可惜生產工藝已經失傳。Sherby等人發(fā)現(xiàn)，通過組織細化與均勻化，超高碳鋼不僅能獲得超過現(xiàn)有鋼鐵材料的超高強度與一定韌塑性相配合的優(yōu)異力學性能，而且能夠獲得驚人的延伸率高達600%以上的超塑性。Sherby等人的發(fā)現(xiàn)使得超高碳鋼成為一個新的材料研究熱點，成為開發(fā)廉價的新型高強度鋼的重要研究對象。

然而，超高碳鋼雖然容易獲得超高強度，但在保持良好的韌塑性方面比較難以做到，需要很復雜的工藝處理，由此會增加其生產成本，限制其市場應用。

把具有超高強度的超高碳鋼與韌性較好的其它材料結合起來，制備既有高強度又有足夠良好的韌塑性的復合材料是一個重要的思路。現(xiàn)在，已有報道超高碳鋼與其它黑色金屬固相焊接起來所獲得的層狀復合超高碳鋼。這種復合材料通常采用疊軋焊的方法而獲得，即將三層或三層以上的超高碳鋼與低碳鋼在A1溫度以下疊軋焊合起來。焊合溫度一般不宜過高，以防止層片界面處發(fā)生碳的遷移擴散，并且避免超高碳鋼晶粒的長大。

層狀復合超高碳鋼的最大優(yōu)點是具有高的沖擊韌性，大于其任何一種組成材料，且脆性轉變溫度很低，例如，12層的超高碳鋼-低碳鋼復合材料（每種材料各6層）的脆性轉變溫度為-140°C。這主要是由于層片界面處可有效阻止裂紋擴展，使得裂紋尖端鈍化。

層狀復合超高碳鋼的屈服強度符合混合定律，當組成的兩種材料塑性相近時，其塑性也遵循混合定律。但是，當兩者塑性相差較大時，層狀復合超高碳鋼的塑性將低于混合定律的結果，這可能與塑性較差的材料產生的早期裂紋有關。通過增加層狀復合超高碳鋼層的片數(shù)，減小層片的厚度，可進一步提高塑性。試驗證明，層狀復合超高碳鋼也具有超塑性，超高碳鋼體積百分數(shù)越大，層片間距越小，超塑性越好。（一員）