CN114438298A - 一种高温扩散方法及一种合金钢 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种高温扩散方法及一种合金钢，其中，该高温扩散方法包括如下步骤：对合金坯料进行加热，使合金坯料进行阶梯式升温，并在每个阶梯温度下保温设定时间；前一个阶梯温度低于后一个阶梯温度；最后一个阶梯温度比T0高10‑150℃；倒数第二个阶梯温度比T0低10‑150℃；T0为合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度；其中，在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率不小于200℃/h；将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以不小于0.1℃/s的速率降温至比T0低10‑150℃的第一降温温度，且在第一降温温度下保温设定时间，冷却后得到合金钢。本发明主要用于对合金坯料进行高温扩散处理，抑制合金钢中大尺寸球形碳化物，获得碳化物细小、均匀的合金钢材料。

Description

一种高温扩散方法及一种合金钢
技术领域
本发明涉及一种黑色金属技术领域，特别是涉及一种高温扩散方法及一种合金钢。
背景技术
中高碳合金钢广泛应用于轴承、齿轮、模具、刀具、弹簧、传动轴等关键部件上，对于保障我国成为制造业大国和强国的地位具有重要意义。然而，当前我国制造业面临的困境在于，国产中高碳合金钢的性能不稳定。目前，航发轴承(航空发动机轴承)、高铁轴承、热锻模具、高精密刀具等使用的中高碳合金钢绝大部分依赖从欧美日韩等国家进口，相关行业尤其是涉及国防安全和高新科技领域的装备和设备发展面临“卡脖子”难题。
国产中高碳合金钢性能不稳定的一个重要原因就是合金钢内部的碳化物控制不好。原料钢材中经常发现存在直径超过15μm的大尺寸球形碳化物。这种大尺寸球形碳化物作为疲劳开裂源，严重损伤部件的服役性能和寿命。
因此，设法抑制中高碳合金钢中大尺寸球形碳化物的析出和长大，获得碳化物细小、均匀中高碳合金钢材料迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高温扩散方法及一种合金钢，主要目的在于通过对合金坯料进行高温扩散处理，抑制合金钢中大尺寸球形碳化物，获得碳化物细小、均匀的合金钢材料。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种高温扩散方法，用于对合金坯料进行高温扩散处理，以抑制直径大于10μm的球形碳化物的形成和长大，其包括如下步骤：
梯度升温步骤：对合金坯料进行加热，使所述合金坯料进行阶梯式升温，并在每个阶梯温度下保温设定时间；其中，前一个阶梯温度低于后一个阶梯温度；最后一个阶梯温度比T0高10-150℃；倒数第二个阶梯温度比T0低10-150℃；其中，所述T0为所述合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度；其中，在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率不小于200℃/h；
降温步骤：将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以不小于0.1℃/s的速率降温至比T0低10-150℃的第一降温温度，且在所述第一降温温度下保温设定时间，冷却后得到合金钢。
优选的，在所述梯度升温步骤中：最后一个阶梯温度为1100-1250℃，且在所述最后一个阶梯温度下保温8-30h。
优选的，在所述梯度升温步骤中：在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率为200-600℃/h。
优选的，在所述梯度升温步骤中：所述倒数第二个阶梯温度为1000-1180℃，在所述倒数第二个阶梯温度下的保温时间为0.5-4h；优选的，将所述合金坯料由倒数第三个阶梯温度升温至倒数第二个阶梯温度的升温速率为100-300℃/h。
优选的，所述梯度升温步骤，包括：
1)将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度550-700℃/h，并在第一个阶梯温度下保温0.5-4h；
2)将所述合金坯料从第一个阶梯温度加热至第二个阶梯温度800-1000℃，并在第二个阶梯温度下保温0.5-4h；
3)将所述合金坯料从第二个阶梯温度加热至第三个阶梯温度；其中，所述第三个阶梯温度为所述倒数第二个阶梯温度；
4)将所述合金坯料从第三个阶梯温度加热至最后一个阶梯温度。
优选的，将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度的升温速率为200-400℃/h；将所述合金坯料由所述第一个阶梯温度升温至所述第二个阶梯温度的升温速率为100-300℃/h。
优选的，所述梯度升温步骤，包括：
1)将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度800-1000℃，并在第一个阶梯温度下保温0.5-4h；
2)将所述合金坯料从第一个阶梯温度加热至第二个阶梯温度；其中，所述第二个阶梯温度为所述倒数第二个阶梯温度；
3)将所述合金坯料从第二个阶梯温度加热至最后一个阶梯温度；
优选的，将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度的升温速率为200-400℃/h。
优选的，在所述降温步骤中：所述第一降温温度为900-1200℃，且在所述第一降温温度下的保温时间为0.5-12h；优选的，将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以1-10℃/s的速率降温至第一降温温度。
优选的，在所述冷却步骤中：在所述第一降温温度下保温设定时间后，合金坯料随炉冷却至室温。
优选的，所述合金坯料为铸锭或经加工后的合金锭。
优选的，所述合金坯料中的C含量不小于0.4％。
另一方面，本发明实施例还提供一种合金钢，其中，所述合金钢为C含量不小于0.4％的的中高碳合金钢；其中，所述合金钢内不存在直径＞10μm的球形碳化物，优选的，所述合金钢内不存在球形碳化物；优选的，所述合金钢是合金坯料经过上述的高温扩散方法处理后得到的合金钢；优选的，所述合金钢为高速钢、轴承钢、齿轮钢、模具钢、弹簧钢和工具钢中的任一种。
与现有技术相比，本发明的高温扩散方法及一种合金钢至少具有下列有益效果：
一方面，本发明实施例提供一种高温扩散方法，主要是对合金坯料进行高温扩散处理，以抑制直径大于10μm的球形碳化物的形成和长大，主要步骤如下：对合金坯料进行加热，使合金坯料进行阶梯式升温，并在每个阶梯温度下保温设定时间；其中，前一个阶梯温度低于后一个阶梯温度；最后一个阶梯温度比T0高10-150℃；倒数第二个阶梯温度比T0低10-150℃；其中，所述T0为所述合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度；其中，在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率不小于200℃/h；将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以不小于0.1℃/s的速率降温至比T0低10-150℃的第一降温温度，且在所述第一降温温度下保温设定时间，冷却后得到合金钢。上述步骤是以热力学数据为依据，提出“阶梯保温-跳跃变温”的构思，使合金坯料快速越过球形碳化物的热力学稳定温度，避免合金坯料在球形碳化物的热力学稳定温度长时间停留，从而抑制球形碳化物的产生和长大，避免大尺寸碳化物导致的应力集中或者裂纹源，大幅度提高合金钢的均质性、力学性能和服役寿命。
进一步地，本发明实施例提供的高温扩散方法，可直接利用工厂现有高温炉等设备条件，无需额外进行设备采购或者改造，技术推广方便。并且，本发明实施例提供的高温扩散方法，不仅仅适用于高碳轴承钢，如：GCr15、M50等；还适用于各种易产生大尺寸球形碳化物的合金钢，尤其是高速钢、轴承钢、齿轮钢、模具钢、弹簧钢和工具钢等，如：H13、T1、W6Mo5Cr4V2等牌号。由此可见，本发明实施例提供的高温扩散方法的适用性广。
另外，本发明实施例还提供一种合金钢，该合金钢是为C含量不小于0.4％的中高碳合金钢，且是合金坯料经过上述的高温扩散方法处理后得到的合金钢；该合金钢内部无球形碳化物，只在晶界位置存在共晶碳化物，这种层片状的共晶碳化物在后期锻造过程中可以发生破碎，不会形成大尺寸的碳化物残留。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是传统高温扩散工艺处理后M50钢中碳化物形态分布示意图；
图2是本发明的实施例1经高温扩散后得到M50合金钢中碳化物形态分布示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明实施例的具体方案如下：一种高温扩散方法，用于对合金坯料进行高温扩散处理，以抑制直径大于10μm的球形碳化物的形成和长大，其包括如下步骤：
梯度升温步骤：对合金坯料进行加热，使所述合金坯料进行阶梯式升温，并在每个阶梯温度下保温设定时间；其中，前一个阶梯温度低于后一个阶梯温度；最后一个阶梯温度比T0高10-150℃；倒数第二个阶梯温度比T0低10-150℃；其中，所述T0为所述合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度；其中，在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率不小于200℃/h。
在此需要说明的是：合金坯料中的球形碳化物的直径尺寸大于10μm。
另外，本发明的术语“球形碳化物”指的是球形及类球形的碳化物。
降温步骤：将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以不小于0.1℃/s的速率降温至比T0低10-150℃的第一降温温度，且在所述第一降温温度下保温设定时间，冷却后得到合金钢。
在此需要说明的是：本发明设计上述高温扩散方法的步骤，其主要构思如下：以热力学数据为依据，利用“阶梯保温-跳跃变温”原则对合金坯料进行合理的高温扩散处理，使坯料快速越过球形碳化物的热力学稳定温度，避免合金坯料在球形碳化物的热力学稳定温度长时间停留，从而抑制球形碳化物的产生和长大，进而抑制直径大于10μm的球形碳化物的形成和析出。在此关于“阶梯保温-跳跃变温”需要说明的是：“阶梯保温”指设置了几个台阶温度，并在几个台阶位置保温。而“跳跃变温”主要指梯度升温步骤中的最后一次升温和降温步骤中采用了较大的升温/降温速率，使得温度变化曲线不再是平滑的渐变线，而是像跳台的“突变线”，因此称为跳跃变温。
具体地，根据合金坯料的种类和尺寸设计保温阶梯数量和位置，将合金坯料置于加热炉中进行阶梯升温及保温处理(例如，升温到第一阶梯温度并保温→升温到第二阶梯温度并保温→升温到第三阶梯温度并保温，依此类推，阶梯温度逐渐升高)，并使合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度T0位于最后两个升温的阶梯温度之间时，保温一定时间后，进行一次性降温至低于球形碳化物的热力学稳定温度的阶梯温度后，保温直至合金钢中不存在大尺寸球形碳化物，继续冷却至室温。
较佳地，关于上述的高温扩散方法，其中一种优选方案如下：
1)将合金坯料置于加热炉中加热到第一个阶梯温度并进行保温；其中，第一个阶梯温度为550-700℃，保温时间为1-4h，加热速率为200-400℃/h。
在此，将合金坯料置于加热炉中加热到第一阶梯温度并保温的作用是：使坯料心部和边部温度均匀，避免开裂。
2)将加热炉加热到第二个阶梯温度并进行保温；其中，第二个阶梯温度为800-1000℃，且在所述第二个阶梯温度下的保温时间为0.5-4h，加热速率为100-300℃/h。在此，该步骤的作用是：使坯料心部和边部全部过渡到高温相区(奥氏体化)。
3)将加热炉加热到第三个阶梯温度(即，倒数第二个阶梯温度)并进行保温；其中，第三个阶梯温度为1000-1180℃，保温时间为0.5-4h，升温速率为100-300℃/h。该步骤的作用是：使坯料心部和边部温度一致，方便后面继续升温。
4)将加热炉加热到第四个阶梯温度(即，最后一个阶梯温度)并进行保温；其中，第四个阶梯温度(即，最后一个阶梯温度)为1100-1250℃，保温时间为8-30h，加热速率为200-600℃/h。该步骤的作用是：高温扩散，使碳化物部分溶解，细化碳化物，并抑制球形碳化物的产生。需要说明的是：在该高温下，合金内部元素扩散加剧，碳化物不再稳定，大尺寸碳化物边缘的碳原子向基体中扩散，表面为碳化物边缘发生溶解，大尺寸碳化物中间发生“溶断”变成数个尺寸较小的碳化物，即为“细化碳化物”；该温度高于T0，且升温速度快，保证合金心部(即温度变化最慢的位置)在T0温度停留不超过20min，故无法产生和长大。
以上四个步骤(步骤1)-步骤4))主要是上述提及的梯度升温步骤。
5)将加热炉降温至第一降温温度并进行保温；其中，第一降温温度为900-1200℃，且在所述第一降温温度下的保温时间为0.5-12h，降温速率为1-10℃/s。该步骤所起的作用是：抑制球形碳化物的产生和长大。在此需要解释的是：该步骤的第一降温温度低于T0，且降温速度块，即使是合金心部温度变化慢也不会在T0温度停留超过10min，故球形碳化物无法产生和长大。
6)使合金坯料随炉冷却至室温，得到合金钢。
步骤5)-步骤6)主要是上述提及的降温步骤。
在此，所得到的合金钢不存在直径＞10μm的球形碳化物，优选的，所述合金钢内不存在球形碳化物。
在此需要说明的是：对于上述的梯度升温步骤中：升温台阶的设置与合金钢的热透性、合金钢尺寸相关，透热性好的合金钢或尺寸小的合金钢可以合并前两次升温台阶，一次性升到第二个阶梯温度。
另外，主要说明的是：本发明的方法不仅仅适用于高碳轴承钢，如：GCr15、M50等；还适用于各种易产生大尺寸球形碳化物的合金钢，尤其是高速钢、轴承钢、齿轮钢、模具钢、弹簧钢和工具钢等，如：H13、T1、W6Mo5Cr4V2等牌号。
在此，本发明的高温扩散处理方法主要是对合金铸锭(合金坯料)进行高温扩散处理，但不限于此，也可以对加工后的合金锭(合金坯料)进行高温扩散处理。
下面通过具体优选的实验实施例进一步对本发明说明如下：
实施例1
实施例1主要对合金坯料(M50钢铸锭)进行高温扩散，得到M50合金钢；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼和真空自耗熔炼后获得的直径为200mm的M50钢铸锭；在此，球形碳化物的热力学稳定温度为1120-1210℃。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以250℃/h的加热速率加热到600℃(阶梯升温过程中的第一个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
2)以200℃/h的加热速率将合金坯料加热到900℃(阶梯升温过程中的第二个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
3)以180℃/h的加热速率将合金坯料加热到1110℃(阶梯升温过程中的倒数第二个阶梯温度、第三个阶梯温度)，并在该温度下保温1h。
4)以300℃/h的加热速率将合金坯料加热到1230℃(阶梯升温过程中的最后一个阶梯温度)，并在该温度下保温20h。
5)以1℃/s的速率将合金坯料降温到1100℃(第一降温温度)，并在该温度下保温2h。
6)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到M50合金钢。
在本实施例中，经过高温扩散处理后得到的M50合金钢的性能指标如下：从图2所示的M50合金钢中碳化物形态分布示意图可以看出，其内部无球形碳化物，只在晶界位置存在共晶碳化物，这种层片状的共晶碳化物在后期锻造过程中可以发生破碎，不会形成大尺寸的碳化物残留。
实施例2
实施例2主要对合金坯料(H13钢锭)进行高温扩散，得到H13合金钢；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼和真空自耗熔炼后获得的直径为250mm的H13钢铸锭；在此，球形碳化物的热力学稳定温度为1100-1200℃。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以200℃/h的加热速率加热到600℃(阶梯升温过程中的第一个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
2)以250℃/h的加热速率将合金坯料加热到900℃(阶梯升温过程中的第二个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
3)以150℃/h的加热速率将合金坯料加热到1080℃(阶梯升温过程中的倒数第二个阶梯温度、第三个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
4)以400℃/h的加热速率将合金坯料加热到1220℃(阶梯升温过程中的最后一个阶梯温度)，并在该温度下保温25h。
5)以2℃/s的加热速率将合金坯料降温到1080℃(第一降温温度)，并在该温度下保温1h。
6)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到H13合金钢。
在本实施例中，经过高温扩散处理后得到的H13合金钢的性能指标如下：内部无球形碳化物，只在晶界位置存在共晶碳化物，这种层片状的共晶碳化物在后期锻造过程中可以发生破碎，不会形成大尺寸的碳化物残留。
实施例3
实施例3主要对合金坯料(W18Cr4V钢铸锭)进行高温扩散，得到W18Cr4V合金钢；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼和真空自耗熔炼后获得的直径为300mm的W18Cr4V钢铸锭；在此，球形碳化物的热力学稳定温度为1190-1220℃。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以250℃/h的加热速率加热到650℃(阶梯升温过程中的第一个阶梯温度)，并在该温度下保温2h。
2)以200℃/h的加热速率将合金坯料加热到950℃(阶梯升温过程中的第二个阶梯温度)，并在该温度下保温2h。
3)以100℃/h的加热速率将合金坯料加热到1160℃(阶梯升温过程中的倒数第二个阶梯温度、第三个阶梯温度)，并在该温度下保温4h。
4)以400℃/h的加热速率将合金坯料加热到1230℃(阶梯升温过程中的最后一个阶梯温度)，并在该温度下保温25h。
5)以1℃/s的速率将合金坯料降温到1080℃(第一降温温度)，并在该温度下保温2h。
6)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到W18Cr4V合金钢。
在本实施例中，经过高温扩散处理后得到的W18Cr4V合金钢的性能指标如下：内部无球形碳化物，只在晶界位置存在共晶碳化物，这种层片状的共晶碳化物在后期锻造过程中可以发生破碎，不会形成大尺寸的碳化物残留。
实施例4
实施例4主要对合金坯料(W6Mo5Cr4V2钢铸锭)进行高温扩散，得到W6Mo5Cr4V2合金钢；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼和真空自耗熔炼后获得的直径为200mm的W6Mo5Cr4V2钢铸锭；在此，球形碳化物的热力学稳定温度为1160-1210℃。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以250℃/h的加热速率加热到600℃(阶梯升温过程中的第一个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
2)以300℃/h的加热速率将合金坯料加热到900℃(阶梯升温过程中的第二个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
3)以200℃/h的加热速率将合金坯料加热到1080℃(阶梯升温过程中的倒数第二个阶梯温度、第三个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
4)以360℃/h的加热速率将合金坯料加热到1220℃(阶梯升温过程中的最后一个阶梯温度)，并在该温度下保温25h。
5)以1℃/s的速率将合金坯料降温到1080℃(第一降温温度)，并在该温度下保温1h。
6)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到W6Mo5Cr4V2合金钢。
在本实施例中，经过高温扩散处理后得到的W6Mo5Cr4V2合金钢的性能指标如下：内部无球形碳化物，只在晶界位置存在共晶碳化物，这种层片状的共晶碳化物在后期锻造过程中可以发生破碎，不会形成大尺寸的碳化物残留。
实施例5
实施例5主要对合金坯料(M50钢)进行高温扩散，得到M50合金钢棒材；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼、真空自耗熔炼和三镦三拔锻造处理后获得的直径为90mm的M50钢棒材，；在此，球形碳化物的热力学稳定温度为1120-1210℃。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以250℃/h的加热速率加热到900℃(阶梯升温过程中的第一个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
2)以200℃/h的加热速率将合金坯料加热到1110℃(阶梯升温过程中的倒数第二个阶梯温度)，并在该温度下保温0.5h。
3)以300℃/h的加热速率将合金坯料加热到1230℃(阶梯升温过程中的最后一个阶梯温度)，并在该温度下保温15h。
4)以1℃/s的速率将合金坯料降温到1100℃(第一降温温度)，并在该温度下保温0.5h。
5)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到M50合金钢。
在本实施例中，经过高温扩散处理后得到的M50合金钢棒材的性能指标如下：其内部无球形碳化物，无大尺寸的碳化物残留。
对比例1
对比例1主要是按照常规工艺对合金坯料(M50钢铸锭)进行高温扩散，得到M50合金钢；其中，该合金坯料为经过真空感应熔炼和真空自耗熔炼后获得的M50钢铸锭。主要的高温扩散步骤如下：
1)将合金坯料置于加热炉中，以250℃/h的加热速率加热到850℃，并在该温度下保温0.5h。
2)以200℃/h的加热速率将合金坯料加热到1200℃，并在该温度下保温30h。
3)关闭加热炉电源，将合金坯料炉冷至室温，得到M50合金钢。
如图1所示，对比例1处理后得到M50钢中内存在较多直径＞10μm的大尺寸球形碳化物；该球形碳化物由于其结构稳定，在后期热加工过程中并不会破碎，因此会严重降低材料的力学性能。
综上，采用本发明实施例的高温扩散方法能够显著抑制中高碳合金钢中大尺寸球形碳化物的析出和长大，获得碳化物细小、均匀中高碳合金钢材料，有利于提高合金钢的综合力学性能，滚动接触疲劳寿命提高50％以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高温扩散方法，其特征在于，用于对合金坯料进行高温扩散处理，以抑制直径大于10μm的球形碳化物的形成和长大，其包括如下步骤：
梯度升温步骤：对合金坯料进行加热，使所述合金坯料进行阶梯式升温，并在每个阶梯温度下保温设定时间；其中，前一个阶梯温度低于后一个阶梯温度；最后一个阶梯温度比T0高10-150℃；倒数第二个阶梯温度比T0低10-150℃；其中，所述T0为所述合金坯料中球形碳化物的热力学稳定温度；其中，在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率不小于200℃/h；
降温步骤：将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以不小于0.1℃/s的速率降温至比T0低10-150℃的第一降温温度，且在所述第一降温温度下保温设定时间，冷却后得到合金钢。
2.根据权利要求1所述的高温扩散方法，其特征在于，在所述梯度升温步骤中：
最后一个阶梯温度为1100-1250℃，且在所述最后一个阶梯温度下保温8-30h。
3.根据权利要求1或2所述的高温扩散方法，其特征在于，在所述梯度升温步骤中：
在由倒数第二个阶梯温度升温至最后一个阶梯温度的升温速率为200-600℃/h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高温扩散方法，其特征在于，在所述梯度升温步骤中：
所述倒数第二个阶梯温度为1000-1180℃，在所述倒数第二个阶梯温度下的保温时间为0.5-4h；
优选的，将所述合金坯料由倒数第三个阶梯温度升温至倒数第二个阶梯温度的升温速率为100-300℃/h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高温扩散方法，其特征在于，所述梯度升温步骤，包括：
1)将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度550-700℃/h，并在第一个阶梯温度下保温0.5-4h；
2)将所述合金坯料从第一个阶梯温度加热至第二个阶梯温度800-1000℃，并在第二个阶梯温度下保温0.5-4h；
3)将所述合金坯料从第二个阶梯温度加热至第三个阶梯温度；其中，所述第三个阶梯温度为所述倒数第二个阶梯温度；
4)将所述合金坯料从第三个阶梯温度加热至最后一个阶梯温度。
6.根据权利要求5所述的高温扩散方法，其特征在于，将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度的升温速率为200-400℃/h；和/或
将所述合金坯料由所述第一个阶梯温度升温至所述第二个阶梯温度的升温速率为100-300℃/h。
7.根据权利要求1-4任一项所述的高温扩散方法，其特征在于，所述梯度升温步骤，包括：
1)将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度800-1000℃，并在第一个阶梯温度下保温0.5-4h；
2)将所述合金坯料从第一个阶梯温度加热至第二个阶梯温度；其中，所述第二个阶梯温度为所述倒数第二个阶梯温度；
3)将所述合金坯料从第二个阶梯温度加热至最后一个阶梯温度；
优选的，将所述合金坯料加热至第一个阶梯温度的升温速率为200-400℃/h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高温扩散方法，其特征在于，在所述降温步骤中：
所述第一降温温度为900-1200℃，且在所述第一降温温度下的保温时间为0.5-12h；
优选的，将经所述梯度升温步骤后的合金坯料以1-10℃/s的速率降温至第一降温温度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高温扩散方法，其特征在于，
在所述冷却步骤中：在所述第一降温温度下保温设定时间后，合金坯料随炉冷却至室温；和/或
所述合金坯料为铸锭或经加工后的合金锭；和/或
所述合金坯料中的C含量不小于0.4％。
10.一种合金钢，其特征在于，所述合金钢为C含量不小于0.4％的中高碳合金钢；其中，所述合金钢内不存在直径＞10μm的球形碳化物，优选的，所述合金钢内不存在球形碳化物；
优选的，所述合金钢是合金坯料经过权利要求1-9任一项所述的高温扩散方法处理后得到的合金钢；
优选的，所述合金钢为高速钢、轴承钢、齿轮钢、模具钢、弹簧钢和工具钢中的任一种。
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