Kulstof er et kritisk legeringselement i varmebestandigt støbestål. Det har direkte indflydelse på høj temperaturstyrke, krybemodstand, oxidationsadfærd, støbeevne og mikrostrukturel stabilitet.
Typisk kulstofindhold i varmebestandigt støbt stål varierer fra omkring 0,07 til 0,75 vægtprocent, varierende meget efter kvalitet og anvendelse. Lave kulstofniveauer omkring 0,07 til 0,15 procent bruges i martensitisk stål med højt krom til dampturbinehuse, der opererer nær 600 grader Celsius, hvor god sejhed og svejsbarhed er påkrævet. Mellemområder på 0,2 til 0,5 procent er almindelige i mange austenitiske varmebestandige kvaliteter til ovnkomponenter, udstødningsmanifolder og reformerrør. Høje kulstofniveauer på op til 0,75 procent forekommer i visse nikkel-chrom-kvaliteter til ekstreme krybebestandige applikationer, såsom ethylen-krakningsovnsrør.
Kulstof fungerer primært som en austenitstabilisator og en carbiddanner. Ved høje temperaturer kombineres kulstof med krom, niobium, wolfram og andre carbiddannende elementer for at skabe stabile bundfald såsom karbider af typen M23C6 og M7C3. Disse karbider fastholder korngrænser, hindrer dislokationsbevægelser og giver nedbørsforstærkning, hvilket væsentligt forbedrer krybebrudstyrken og højtemperaturtrækegenskaber.
Kulstofindholdet skal dog nøje afbalanceres. At hæve kulstof øger hårdhed og rumtemperatur flydestyrke, men reducerer duktilitet og slagstyrke. For meget kulstof fører til grove carbidnetværk ved korngrænser, som kan sprøde materialet og reducere termisk træthedsmodstand. I kromrige legeringer binder højt kulstof også krom i karbider, hvilket potentielt reducerer det tilgængelige krom til at danne et beskyttende Cr2O3-oxidlag, hvorved oxidationsmodstanden mindskes. Af denne grund holder højtemperaturkvaliteter, der kræver fremragende oxidationsmodstand, ofte kulstof i det moderate område på 0,2 til 0,4 procent, mens der tilføjes stærke carbiddannere som niobium for at opnå forstærkning uden at forbruge overskydende krom.
Støbbarheden forbedres også med højere kulstof. Kulstof øger fluiditeten af det smeltede metal, reducerer krympningsporøsiteten og hjælper med at forhindre varm rivning. Dette er især vigtigt for komplekse støbte former, såsom ovnruller, riststænger og reformerrør.
Typiske eksempler omfatter ZG40Cr25Ni20Si2 med ca. 0,4 procent kulstof for afbalanceret styrke og sejhed og martensitiske kvaliteter med lavt kulstofindhold indeholdende 0,08 til 0,13 procent kulstof til dampturbineapplikationer. I alle tilfælde bestemmes det optimale kulstofindhold af den specifikke driftstemperatur, mekaniske belastningsforhold, korrosionsmiljø og påkrævet komponentlevetid.
