פחמן הוא אלמנט סגסוג קריטי בפלדות יצוק עמידות בחום. זה משפיע ישירות על חוזק טמפרטורות גבוהות, עמידות לזחילה, התנהגות חמצון, יציבות ויציבות מיקרו-מבנית.
תכולת פחמן טיפוסית בפלדות יצוק עמידות בחום נעה בין כ-0.07 ל-0.75 אחוזים לפי משקל, משתנה מאוד לפי כיתה ויישום. רמות פחמן נמוכות בסביבות 0.07 עד 0.15 אחוז משמשות בפלדות מרטנסיטיות בכרום גבוהות עבור מארזי טורבינת קיטור הפועלים ליד 600 מעלות צלזיוס, שבהן נדרשות קשיחות וריתוך טובים. טווחי ביניים של 0.2 עד 0.5 אחוז נפוצים בדרגות עמידות בחום אוסטניטיות רבות עבור רכיבי כבשן, סעפות פליטה וצינורות רפורמר. רמות פחמן גבוהות של עד 0.75 אחוז מופיעות בדרגות ניקל כרום מסוימות עבור יישומים עמידים לזחילה קיצוניים כגון צינורות כבשן לפיצוח אתילן.
פחמן מתפקד בעיקר כמייצב אוסטניט וכיוצר קרביד. בטמפרטורות גבוהות, פחמן מתחבר עם כרום, ניוביום, טונגסטן ואלמנטים אחרים היוצרים קרביד כדי ליצור משקעים יציבים כמו קרבידים מסוג M23C6 ו-M7C3. קרבידים אלו מצמידים את גבולות התבואה, מעכבים את תנועת התזוזה ומספקים חיזוק משקעים, מה שמשפר באופן משמעותי את חוזק קרע הזחילה ואת תכונות המתיחה בטמפרטורה גבוהה.
עם זאת, תכולת הפחמן חייבת להיות מאוזנת בקפידה. העלאת פחמן מגבירה את הקשיות ואת חוזק התפוקה בטמפרטורת החדר אך מפחיתה את המשיכות וקשיחות ההשפעה. עודף פחמן מוביל לרשתות קרביד גסות בגבולות התבואה, מה שעלול לשבור את החומר ולהפחית את ההתנגדות לעייפות תרמית. בסגסוגות עשירות בכרום, פחמן גבוה גם קושר כרום בקרבידים, מה שעלול להפחית את הכרום הזמין ליצירת שכבת תחמוצת Cr2O3 מגינה, ובכך להפחית את עמידות החמצון. מסיבה זו, דרגות טמפרטורות גבוהות הדורשות עמידות מצוינת בחמצון שומרות לעתים קרובות על פחמן בטווח המתון של 0.2 עד 0.4 אחוזים תוך הוספת יוצרי קרביד חזקים כמו ניוביום כדי להשיג חיזוק מבלי לצרוך עודף כרום.
היציקה משתפרת גם עם פחמן גבוה יותר. פחמן מגביר את נזילות המתכת המותכת, מפחית את נקבוביות ההתכווצות ומסייע במניעת קריעה חמה. זה חשוב במיוחד עבור צורות יצוק מורכבות כגון גלילי כבשן, מוטות סורג וצינורות רפורמר.
דוגמאות אופייניות כוללות ZG40Cr25Ni20Si2 עם כ-0.4 אחוז פחמן עבור חוזק וקשיחות מאוזנים, וציונים מרטנסיטים נמוכים בפחמן המכילים 0.08 עד 0.13 אחוז פחמן עבור יישומי טורבינת קיטור. בכל המקרים, תכולת הפחמן האופטימלית נקבעת על פי טמפרטורת השירות הספציפית, תנאי הטעינה המכניים, סביבת הקורוזיה וחיי הרכיב הנדרשים.
