Karbon adalah elemen paduan penting dalam baja tuang tahan panas. Ini secara langsung mempengaruhi kekuatan suhu tinggi, ketahanan mulur, perilaku oksidasi, kemampuan pengecoran, dan stabilitas mikrostruktur.
Kandungan karbon tipikal dalam baja tuang tahan panas berkisar antara 0,07 hingga 0,75 persen beratnya, sangat bervariasi menurut kualitas dan aplikasinya. Kadar karbon yang rendah sekitar 0,07 hingga 0,15 persen digunakan pada baja martensit kromium tinggi untuk selubung turbin uap yang beroperasi mendekati suhu 600 derajat Celcius, yang memerlukan ketangguhan dan kemampuan las yang baik. Kisaran antara 0,2 hingga 0,5 persen umum terjadi pada banyak tingkat tahan panas austenitik untuk komponen tungku, manifold buang, dan tabung reformer. Tingkat karbon yang tinggi hingga 0,75 persen muncul pada kadar nikel kromium tertentu untuk aplikasi yang sangat tahan mulur seperti tabung tungku perengkahan etilen.
Karbon berfungsi terutama sebagai penstabil austenit dan pembentuk karbida. Pada suhu tinggi, karbon bergabung dengan kromium, niobium, tungsten, dan elemen pembentuk karbida lainnya untuk menghasilkan endapan yang stabil seperti karbida tipe M23C6 dan M7C3. Karbida ini menyematkan batas butir, menghalangi gerakan dislokasi, dan memberikan penguatan presipitasi, yang secara substansial meningkatkan kekuatan pecah mulur dan sifat tarik suhu tinggi.
Namun kandungan karbon harus diseimbangkan secara hati-hati. Meningkatkan karbon meningkatkan kekerasan dan kekuatan luluh pada suhu ruangan tetapi mengurangi keuletan dan ketangguhan impak. Karbon yang berlebihan menyebabkan jaringan karbida kasar pada batas butir, yang dapat melemahkan material dan mengurangi ketahanan terhadap kelelahan termal. Pada paduan kaya kromium, karbon tinggi juga mengikat kromium dalam karbida, berpotensi mengurangi ketersediaan kromium untuk membentuk lapisan oksida pelindung Cr2O3, sehingga mengurangi ketahanan oksidasi. Oleh karena itu, kadar suhu tinggi yang memerlukan ketahanan oksidasi yang sangat baik sering kali menjaga karbon dalam kisaran sedang yaitu 0,2 hingga 0,4 persen sambil menambahkan pembentuk karbida kuat seperti niobium untuk mencapai penguatan tanpa mengonsumsi kromium berlebih.
Castability juga meningkat dengan karbon yang lebih tinggi. Karbon meningkatkan fluiditas logam cair, mengurangi porositas penyusutan, dan membantu mencegah robekan panas. Hal ini sangat penting untuk bentuk cetakan yang kompleks seperti gulungan tungku, batang jeruji, dan tabung reformer.
Contoh umum termasuk ZG40Cr25Ni20Si2 dengan sekitar 0,4 persen karbon untuk kekuatan dan ketangguhan yang seimbang, dan kadar martensit rendah karbon yang mengandung 0,08 hingga 0,13 persen karbon untuk aplikasi turbin uap. Dalam semua kasus, kandungan karbon optimal ditentukan oleh suhu servis spesifik, kondisi pembebanan mekanis, lingkungan korosi, dan umur komponen yang diperlukan.
