کربن یک عنصر آلیاژی حیاتی در فولادهای ریختهگری شده مقاوم در برابر حرارت است. این به طور مستقیم بر استحکام دمای بالا، مقاومت در برابر خزش، رفتار اکسیداسیون، قابلیت ریختهگری و پایداری ریزساختاری تأثیر میگذارد.
محتوای کربن معمولی در فولادهای ریختهگری شده مقاوم در برابر حرارت از حدود 0.07 تا 0.75 درصد وزنی متغیر است که به طور گستردهای بر اساس درجه و کاربرد متفاوت است. سطوح کربن پایین در حدود 0.07 تا 0.15 درصد در فولادهای مارتنزیتی با کروم بالا برای روکش های توربین بخار که در دمای نزدیک به 600 درجه سانتیگراد کار می کنند استفاده می شود، جایی که چقرمگی و جوش پذیری خوب مورد نیاز است. محدوده متوسط 0.2 تا 0.5 درصد در بسیاری از گریدهای مقاوم در برابر حرارت آستنیتی برای اجزای کوره، منیفولدهای اگزوز و لوله های اصلاح کننده رایج است. سطوح کربن بالا تا 0.75 درصد در گریدهای نیکل کروم خاص برای کاربردهای بسیار مقاوم در برابر خزش مانند لوله های کوره ترک اتیلن ظاهر می شود.
کربن در درجه اول به عنوان تثبیت کننده آستنیت و تشکیل دهنده کاربید عمل می کند. در دماهای بالا، کربن با کروم، نیوبیم، تنگستن و سایر عناصر تشکیل دهنده کاربید ترکیب می شود تا رسوبات پایداری مانند کاربیدهای نوع M23C6 و M7C3 ایجاد کند. این کاربیدها مرزهای دانه را سنجاق میکنند، از حرکت نابجایی جلوگیری میکنند، و تقویت بارش را فراهم میکنند، که به طور قابلتوجهی استحکام گسیختگی خزشی و خواص کششی در دمای بالا را بهبود میبخشد.
با این حال، محتوای کربن باید به دقت متعادل شود. افزایش کربن باعث افزایش سختی و استحکام تسلیم دمای اتاق می شود اما شکل پذیری و چقرمگی ضربه را کاهش می دهد. کربن بیش از حد منجر به شبکه های کاربید درشت در مرزهای دانه می شود که می تواند مواد را ترد کرده و مقاومت در برابر خستگی حرارتی را کاهش دهد. در آلیاژهای غنی از کروم، کربن بالا همچنین کروم را در کاربیدها پیوند می دهد، به طور بالقوه کروم موجود را برای تشکیل یک لایه اکسید محافظ Cr2O3 کاهش می دهد و در نتیجه مقاومت اکسیداسیون را کاهش می دهد. به همین دلیل، درجات دمای بالا که نیاز به مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون دارند، اغلب کربن را در محدوده متوسط 0.2 تا 0.4 درصد نگه میدارند، در حالی که برای دستیابی به استحکام بدون مصرف کروم اضافی، فرمدهندههای کاربید قوی مانند نیوبیوم را اضافه میکنند.
قابلیت ریخته گری نیز با کربن بالاتر بهبود می یابد. کربن سیالیت فلز مذاب را افزایش می دهد، تخلخل انقباض را کاهش می دهد و به جلوگیری از پاره شدن داغ کمک می کند. این امر به ویژه برای اشکال پیچیده ریخته گری مانند رول های کوره، میله های رنده و لوله های اصلاح کننده مهم است.
نمونه های معمولی عبارتند از ZG40Cr25Ni20Si2 با تقریباً 0.4 درصد کربن برای استحکام و چقرمگی متعادل، و گریدهای مارتنزیتی کم کربن حاوی 0.08 تا 0.13 درصد کربن برای کاربردهای توربین بخار. در همه موارد، محتوای کربن بهینه توسط دمای سرویس خاص، شرایط بارگذاری مکانیکی، محیط خوردگی و عمر قطعه مورد نیاز تعیین میشود.
