Kol är ett kritiskt legeringselement i värmebeständiga gjutna stål. Det påverkar direkt hållfasthet vid hög temperatur, krypmotstånd, oxidationsbeteende, gjutbarhet och mikrostrukturell stabilitet.
Typiskt kolinnehåll i värmebeständiga gjutna stål varierar från cirka 0,07 till 0,75 viktprocent, varierande mycket beroende på kvalitet och tillämpning. Låga kolhalter runt 0,07 till 0,15 procent används i martensitiska stål med hög kromhalt för ångturbinhöljen som arbetar nära 600 grader Celsius, där god seghet och svetsbarhet krävs. Mellanliggande intervall på 0,2 till 0,5 procent är vanliga i många austenitiska värmebeständiga kvaliteter för ugnskomponenter, avgasgrenrör och reformerrör. Höga kolhalter upp till 0,75 procent förekommer i vissa nickelkromkvaliteter för extremt krypbeständiga applikationer såsom etenkrackningsugnsrör.
Kol fungerar främst som en austenitstabilisator och en karbidbildare. Vid höga temperaturer kombineras kol med krom, niob, volfram och andra karbidbildande element för att skapa stabila fällningar såsom karbider av typen M23C6 och M7C3. Dessa karbider stiftar korngränser, hindrar dislokationsrörelse och ger nederbördsförstärkning, vilket avsevärt förbättrar krypbrotthållfastheten och dragegenskaperna vid hög temperatur.
Men kolhalten måste balanseras noggrant. Att höja kol ökar hårdheten och vid rumstemperatur sträckgränsen men minskar duktiliteten och slagsegheten. Överskott av kol leder till grova karbidnätverk vid korngränserna, vilket kan spröda materialet och minska motståndskraften mot termisk utmattning. I kromrika legeringar binder högt kol också upp krom i karbider, vilket potentiellt minskar det tillgängliga krom för att bilda ett skyddande Cr2O3-oxidskikt, vilket minskar oxidationsmotståndet. Av denna anledning håller högtemperaturkvaliteter som kräver utmärkt oxidationsbeständighet ofta kol i det måttliga intervallet 0,2 till 0,4 procent samtidigt som starka karbidbildare som niob tillsätts för att uppnå förstärkning utan att förbruka överskott av krom.
Gjutbarheten förbättras också med högre kol. Kol ökar flytbarheten hos den smälta metallen, minskar krympningsporositeten och hjälper till att förhindra het rivning. Detta är särskilt viktigt för komplexa gjutformer såsom ugnsvalsar, gallerstänger och reformerrör.
Typiska exempel inkluderar ZG40Cr25Ni20Si2 med cirka 0,4 procent kol för balanserad styrka och seghet, och martensitiska kvaliteter med låg kolhalt innehållande 0,08 till 0,13 procent kol för ångturbinapplikationer. I alla fall bestäms den optimala kolhalten av den specifika driftstemperaturen, mekaniska belastningsförhållanden, korrosionsmiljö och nödvändig komponentlivslängd.
