Durante el carburado al vacío, los carburos reticulados gruesos tienden a precipitarse a lo largo de los límites de grano debido a las condiciones de alto potencial de carbono. Este fenómeno es a menudo uno de los principales factores en la falla de los aceros para engranajes convencionales. En este artículo, se propuso un nuevo proceso de carburado en solución sólida para lograr la formación de nano-carburo en la superficie de la capa de carburado, y se combinaron el proceso de carburado convencional y los cálculos termodinámicos de materiales para estudiar la capa carburizada al cambiar los parámetros del proceso de carburado, y optimizar la microestructura y las propiedades de la capa carburizada. Los resultados mostraron que el alto potencial de carbono o el proceso de carburado prolongado podría causar fácilmente el enriquecimiento de muchos átomos de carbono en la carburización tradicional, formando así una red de carburo y disminuyendo la eficiencia de carburización. El ligero aumento en los carburos M7C3 de gran tamaño no mejoró significativamente la dureza superficial y la resistencia al desgaste. Sin embargo, la presencia de carburo M2C pequeños y dispersos fue el principal factor en la mejora de la microdureza y las propiedades mecánicas. El nuevo proceso de carburado en solución sólida podría mejorar la eficiencia de carburación y transformar los carburos reticulados en carburo M2C nano-dispersos. El contenido de carbono en la superficie y la microdureza de 1.07% y 875 HV, respectivamente, aumentaron un 17.7 y un 2.4% en comparación con los procesos de carburado convencionales a 1100 grados C. Por otro lado, se encontró que la resistencia a la tracción última de la superficie era de 1900 MPa mediante pruebas de mini-tracción, y el núcleo tenía una buena combinación de resistencia y tenacidad. Se concluyó que el nuevo proceso de carburado en solución sólida podría disolver la red de carbono y, por lo tanto, aumentar efectivamente el contenido de carbono en la superficie, logrando un carburo completamente en tamaño nano en la superficie. Modificar el tamaño, la morfología y la distribución de los carburo M2C nano-dispersos dentro del martensita en lámina después de templar el acero de prueba se encontró que era el principal factor en la mejora de las propiedades mecánicas.