本文对板条马氏体低碳钢采用多道次冷轧变形,得到变形量60%、70%和80%的钢板。对三种不同变形量的钢板进行了拉-拉疲劳试验,测量了纳米压痕显微硬度。用照相法与复型法测量出60%与80%变形量试样的裂纹扩展速率,绘制出两种试样的a-N曲线和da/dN-△K曲线。应用扫描电镜(SEM)对60%与80%试样在裂纹扩展的三个阶段的疲劳断口特征进行了分析,用透射电镜(TEM)对试样的位错和界面组态进行了观察,分析了疲劳裂纹在纳米级层状结构低碳钢板中的扩展机制。结果表明:低载荷时,三种变形量的疲劳循环周次差别不大。高载荷时,三种变形量试样的疲劳循环周次随变形量增加而增加,80%变形量试样循环周次最大。60%和80%变形试样的疲劳裂纹扩展扩展曲线和疲劳裂纹扩展速率曲线具有钢铁材料的一般特征。在疲劳裂纹扩展的第一、二阶段,60%变形试样的裂纹扩展速率明显低于80%试样。在第三阶段,两者的裂纹扩展速率相当。80%变形试样疲劳裂纹扩展门槛值△Kth大于60%变形试样。60%和80%变形试样的平均晶粒厚度为187 nm和78 nm。同80%变形试样相比,60%变形试样纳米压痕硬度低,弱界面密度低,断口的塑性变形程度高。材料阻止疲劳裂纹扩展的机制有沿弱界面形成分层裂纹、弱界面变形和基体塑性变形三种,裂纹扩展时三种机制交替发挥作用。80%变形试样主要靠弱界面变形和分层裂纹;60%变形试样主要靠裂纹尖端引起基体塑变导致尖端钝化,从而使60%变形试样的扩展速率和门槛值均低于80%变形试样。应用数码照相法和复型法都可以较好的测量疲劳裂纹长度。照相法简单易行,但精度较低;复型法复杂但精度较高,适合测量裂纹扩展初始阶段的测量。