Ο άνθρακας είναι ένα κρίσιμο στοιχείο κράματος σε χυτούς χάλυβες ανθεκτικούς στη θερμότητα. Επηρεάζει άμεσα την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, την αντίσταση ερπυσμού, τη συμπεριφορά οξείδωσης, τη δυνατότητα χύτευσης και τη μικροδομική σταθερότητα.
Η τυπική περιεκτικότητα σε άνθρακα σε χυτούς χάλυβες ανθεκτικούς στη θερμότητα κυμαίνεται από περίπου 0,07 έως 0,75 τοις εκατό κατά βάρος, που ποικίλλει ευρέως ανάλογα με την ποιότητα και την εφαρμογή. Χαμηλά επίπεδα άνθρακα περίπου 0,07 έως 0,15 τοις εκατό χρησιμοποιούνται σε μαρτενσιτικούς χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο για περιβλήματα τουρμπίνας ατμού που λειτουργούν κοντά στους 600 βαθμούς Κελσίου, όπου απαιτείται καλή σκληρότητα και συγκολλησιμότητα. Τα ενδιάμεσα εύρη από 0,2 έως 0,5 τοις εκατό είναι κοινά σε πολλές ωστενιτικές ποιότητες ανθεκτικές στη θερμότητα για εξαρτήματα κλιβάνου, πολλαπλές εξαγωγής και σωλήνες αναμόρφωσης. Υψηλά επίπεδα άνθρακα έως και 0,75 τοις εκατό εμφανίζονται σε ορισμένες ποιότητες νικελίου χρωμίου για εφαρμογές εξαιρετικά ανθεκτικές στον ερπυσμό, όπως οι σωλήνες κλιβάνων πυρόλυσης αιθυλενίου.
Ο άνθρακας λειτουργεί κυρίως ως σταθεροποιητής ωστενίτη και σχηματιστής καρβιδίου. Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο άνθρακας συνδυάζεται με χρώμιο, νιόβιο, βολφράμιο και άλλα στοιχεία σχηματισμού καρβιδίου για να δημιουργήσει σταθερά ιζήματα όπως καρβίδια τύπου M23C6 και M7C3. Αυτά τα καρβίδια καρφώνουν τα όρια των κόκκων, εμποδίζουν την κίνηση της εξάρθρωσης και παρέχουν ενίσχυση της καθίζησης, η οποία βελτιώνει ουσιαστικά την αντοχή σε ρήξη ερπυσμού και τις ιδιότητες εφελκυσμού σε υψηλή θερμοκρασία.
Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε άνθρακα πρέπει να είναι προσεκτικά ισορροπημένη. Η αύξηση του άνθρακα αυξάνει τη σκληρότητα και την αντοχή διαρροής σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά μειώνει την ολκιμότητα και την αντοχή στην κρούση. Ο υπερβολικός άνθρακας οδηγεί σε χονδροειδή δίκτυα καρβιδίου στα όρια των κόκκων, τα οποία μπορεί να ευθραυστούν το υλικό και να μειώσουν την αντίσταση στη θερμική κόπωση. Στα πλούσια σε χρώμιο κράματα, η υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα συνδέει επίσης το χρώμιο στα καρβίδια, μειώνοντας δυνητικά το διαθέσιμο χρώμιο για να σχηματίσει ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου του Cr2O3, μειώνοντας έτσι την αντίσταση στην οξείδωση. Για το λόγο αυτό, οι βαθμοί υψηλών θερμοκρασιών που απαιτούν εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση συχνά διατηρούν τον άνθρακα στο μέτριο εύρος από 0,2 έως 0,4 τοις εκατό, ενώ προσθέτουν ισχυρούς σχηματιστές καρβιδίου όπως το νιόβιο για να επιτύχουν ενίσχυση χωρίς να καταναλώνεται περίσσεια χρωμίου.
Η χυτότητα βελτιώνεται επίσης με υψηλότερο άνθρακα. Ο άνθρακας αυξάνει τη ρευστότητα του τηγμένου μετάλλου, μειώνει το πορώδες συρρίκνωσης και βοηθά στην αποφυγή θερμού σχίσιμου. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για σύνθετα χυτά σχήματα όπως ρολά κλιβάνου, ράβδοι σχάρας και σωλήνες αναμόρφωσης.
Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν το ZG40Cr25Ni20Si2 με περίπου 0,4 τοις εκατό άνθρακα για ισορροπημένη αντοχή και σκληρότητα, και μαρτενσιτικούς βαθμούς χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που περιέχουν 0,08 έως 0,13 τοις εκατό άνθρακα για εφαρμογές ατμοστροβίλων. Σε όλες τις περιπτώσεις, η βέλτιστη περιεκτικότητα σε άνθρακα καθορίζεται από τη συγκεκριμένη θερμοκρασία λειτουργίας, τις συνθήκες μηχανικής φόρτισης, το περιβάλλον διάβρωσης και την απαιτούμενη διάρκεια ζωής του εξαρτήματος.
