Ugljik je kritičan legirajući element u čeličnim lijevima otpornim na toplinu. On direktno utiče na čvrstoću na visokim temperaturama, otpornost na puzanje, oksidaciono ponašanje, sposobnost livenja i mikrostrukturnu stabilnost.
Uobičajeni sadržaj ugljika u lijevanim čelicima otpornim na toplinu kreće se od oko 0,07 do 0,75 posto po težini, uvelike varirajući prema vrsti i primjeni. Nizak nivo ugljenika od oko 0,07 do 0,15 procenata koristi se u martenzitnim čelicima sa visokim sadržajem hroma za kućišta parnih turbina koje rade na temperaturi blizu 600 stepeni Celzijusa, gde su potrebna dobra žilavost i zavarljivost. Srednji rasponi od 0,2 do 0,5 posto su uobičajeni u mnogim austenitnim klasama otpornim na toplinu za komponente peći, ispušne razvodnike i reformske cijevi. Visoki nivoi ugljika do 0,75 posto pojavljuju se u određenim vrstama nikl hroma za aplikacije koje su otporne na ekstremno puzanje kao što su cijevi peći za pucanje etilena.
Ugljik prvenstveno funkcionira kao stabilizator austenita i stvaralac karbida. Na visokim temperaturama, ugljenik se kombinuje sa hromom, niobijumom, volframom i drugim elementima koji formiraju karbide da bi se stvorile stabilne taloge kao što su karbidi tipa M23C6 i M7C3. Ovi karbidi pričvršćuju granice zrna, ometaju kretanje dislokacije i obezbeđuju ojačanje precipitacijom, što značajno poboljšava lomnu čvrstoću puzanja i vlačna svojstva pri visokim temperaturama.
Međutim, sadržaj ugljika mora biti pažljivo izbalansiran. Podizanje ugljika povećava tvrdoću i granicu tečenja na sobnoj temperaturi, ali smanjuje duktilnost i udarnu žilavost. Prekomjerni ugljik dovodi do grubih karbidnih mreža na granicama zrna, što može nagrizati materijal i smanjiti otpornost na toplinski zamor. U legurama bogatim hromom, visoki ugljik također vezuje hrom u karbide, potencijalno smanjujući raspoloživi hrom da formira zaštitni sloj oksida Cr2O3, čime se smanjuje otpornost na oksidaciju. Iz tog razloga, visokotemperaturne klase koje zahtijevaju odličnu otpornost na oksidaciju često drže ugljik u umjerenom rasponu od 0,2 do 0,4 posto, dok se dodaju jaki stvaraoci karbida kao što je niobij kako bi se postiglo jačanje bez potrošnje viška hroma.
Sposobnost livenja se takođe poboljšava sa većim sadržajem ugljenika. Ugljik povećava fluidnost rastaljenog metala, smanjuje poroznost skupljanja i pomaže u sprječavanju vrućeg kidanja. Ovo je posebno važno za složene livene oblike kao što su valjci za peći, rešetke i cijevi za reformiranje.
Tipični primjeri uključuju ZG40Cr25Ni20Si2 sa približno 0,4 posto ugljika za uravnoteženu čvrstoću i žilavost i niskougljične martenzitne klase koje sadrže 0,08 do 0,13 posto ugljika za primjene u parnim turbinama. U svim slučajevima, optimalni sadržaj ugljika određen je specifičnom radnom temperaturom, uvjetima mehaničkog opterećenja, korozivnim okruženjem i potrebnim vijekom trajanja komponente.
