Вуглець є важливим легуючим елементом у жаростійкій литій сталі. Він безпосередньо впливає на високотемпературну міцність, опір повзучості, окислювальну поведінку, здатність до лиття та мікроструктурну стабільність.
Типовий вміст вуглецю в жаростійкій литій сталі коливається приблизно від 0,07 до 0,75 відсотка за вагою, значно варіюючи залежно від марки та застосування. Низький вміст вуглецю приблизно від 0,07 до 0,15 відсотка використовується в мартенситних сталях з високим вмістом хрому для корпусів парових турбін, що працюють при температурах близько 600 градусів за Цельсієм, де потрібна хороша міцність і зварюваність. Проміжні діапазони від 0,2 до 0,5 відсотка є звичайними для багатьох аустенітних термостійких марок для компонентів печей, випускних колекторів і труб риформінгу. Високі рівні вуглецю до 0,75 відсотка з’являються в певних сортах нікелю-хрому для застосувань із надзвичайною стійкістю до повзучості, таких як труби для печей для крекінгу етилену.
Вуглець функціонує переважно як стабілізатор аустеніту та карбідоутворювач. При високих температурах вуглець поєднується з хромом, ніобієм, вольфрамом та іншими карбідоутворюючими елементами, утворюючи стабільні виділення, такі як карбіди типу M23C6 і M7C3. Ці карбіди закріплюють межі зерен, перешкоджають руху дислокацій і забезпечують дисперсійне зміцнення, що істотно покращує міцність при повзучому розриві та властивості розтягування при високій температурі.
Однак вміст вуглецю має бути ретельно збалансованим. Підвищення вуглецю збільшує твердість і межу текучості при кімнатній температурі, але знижує пластичність і ударну в'язкість. Надлишок вуглецю призводить до утворення грубих карбідних сіток на межах зерен, що може призвести до крихкості матеріалу та зниження опору термічній втомі. У сплавах, багатих хромом, високий вміст вуглецю також зв’язує хром у карбідах, потенційно зменшуючи кількість хрому, доступного для формування захисного шару оксиду Cr2O3, тим самим зменшуючи стійкість до окислення. З цієї причини високотемпературні сорти, що вимагають чудової стійкості до окислення, часто зберігають вміст вуглецю в помірному діапазоні від 0,2 до 0,4 відсотка, одночасно додаючи міцні карбідоутворювачі, такі як ніобій, для досягнення зміцнення без споживання надлишку хрому.
Здатність до лиття також покращується з високим вмістом вуглецю. Вуглець підвищує текучість розплавленого металу, зменшує усадкову пористість і допомагає запобігти гарячому розриву. Це особливо важливо для складних литих форм, таких як валки печі, решітки та труби риформінгу.
Типові приклади включають ZG40Cr25Ni20Si2 з приблизно 0,4 відсотками вуглецю для збалансованої міцності та в’язкості, а також мартенситні марки з низьким вмістом вуглецю, що містять від 0,08 до 0,13 відсотка вуглецю для застосування в парових турбінах. У всіх випадках оптимальний вміст вуглецю визначається конкретною температурою експлуатації, умовами механічного навантаження, корозійним середовищем і необхідним терміном служби компонентів.
