El carboni és un element d'aliatge crític en acers fosos resistents a la calor. Influeix directament en la resistència a les altes temperatures, la resistència a la fluència, el comportament a l'oxidació, la colabilitat i l'estabilitat microestructural.
El contingut de carboni típic dels acers fosos resistents a la calor oscil·la entre un 0,07 i un 0,75 per cent en pes, variant àmpliament segons el grau i l'aplicació. Els nivells baixos de carboni al voltant del 0,07 al 0,15 per cent s'utilitzen en acers martensítics amb alt crom per a carcasses de turbines de vapor que funcionen a prop de 600 graus centígrads, on es requereix una bona tenacitat i soldabilitat. Els rangs intermedis del 0,2 al 0,5 per cent són habituals en molts graus de resistència a la calor austenítiques per a components de forn, col·lectors d'escapament i tubs reformadors. Els alts nivells de carboni de fins a un 0,75 per cent apareixen en certs graus de níquel-crom per a aplicacions resistents a la fluïdesa extrema, com ara tubs de forn de craqueig d'etilè.
El carboni funciona principalment com un estabilitzador d'austenita i un formador de carbur. A altes temperatures, el carboni es combina amb crom, niobi, tungstè i altres elements de formació de carbur per crear precipitats estables com els carburs de tipus M23C6 i M7C3. Aquests carburs fixen els límits de gra, dificulten el moviment de dislocació i proporcionen un enfortiment de la precipitació, cosa que millora substancialment la resistència a la ruptura de fluència i les propietats de tracció a alta temperatura.
Tanmateix, el contingut de carboni s'ha d'equilibrar amb cura. L'augment del carboni augmenta la duresa i la resistència a la fluència a temperatura ambient, però redueix la ductilitat i la resistència a l'impacte. L'excés de carboni condueix a xarxes de carbur gruixut als límits del gra, que poden fragilitzar el material i reduir la resistència a la fatiga tèrmica. En els aliatges rics en crom, l'alt carboni també lliga el crom als carburs, reduint potencialment el crom disponible per formar una capa protectora d'òxid de Cr2O3, disminuint així la resistència a l'oxidació. Per aquest motiu, els graus d'alta temperatura que requereixen una excel·lent resistència a l'oxidació sovint mantenen el carboni en un rang moderat de 0,2 a 0,4 per cent mentre afegeixen formadors de carbur fort com el niobi per aconseguir l'enfortiment sense consumir excés de crom.
La castabilitat també millora amb un carboni més elevat. El carboni augmenta la fluïdesa del metall fos, redueix la porositat de la contracció i ajuda a prevenir el trencament en calent. Això és especialment important per a formes de fosa complexes, com ara rotlles de forn, barres de reixeta i tubs reformadors.
Els exemples típics inclouen ZG40Cr25Ni20Si2 amb aproximadament un 0,4 per cent de carboni per a una resistència i duresa equilibrades, i graus martensítics de baix carboni que contenen entre un 0,08 i un 0,13 per cent de carboni per a aplicacions de turbines de vapor. En tots els casos, el contingut òptim de carboni ve determinat per la temperatura de servei específica, les condicions de càrrega mecànica, l'entorn de corrosió i la vida útil dels components requerits.
