탄소는 내열성 주강의 중요한 합금 원소입니다. 이는 고온 강도, 크리프 저항성, 산화 거동, 주조성 및 미세 구조 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.
내열성 주강의 일반적인 탄소 함량은 약 0.07~0.75중량%이며 등급과 용도에 따라 크게 다릅니다. 약 0.07~0.15%의 저탄소 수준은 우수한 인성과 용접성이 요구되는 섭씨 600도 부근에서 작동하는 증기 터빈 케이싱용 고크롬 마르텐사이트강에 사용됩니다. 0.2~0.5%의 중간 범위는 용광로 부품, 배기 매니폴드 및 개질기 튜브에 대한 많은 오스테나이트계 내열 등급에서 일반적입니다. 에틸렌 분해로 튜브와 같은 극한 크리프 저항성 응용 분야에 사용되는 특정 니켈 크롬 등급에서는 최대 0.75%의 높은 탄소 수준이 나타납니다.
탄소는 주로 오스테나이트 안정제 및 탄화물 형성제로 기능합니다. 고온에서 탄소는 크롬, 니오븀, 텅스텐 및 기타 탄화물 형성 원소와 결합하여 M23C6 및 M7C3 유형의 탄화물과 같은 안정적인 침전물을 생성합니다. 이러한 탄화물은 결정립 경계를 고정하고 전위 운동을 방해하며 석출 강화를 제공하여 크리프 파단 강도와 고온 인장 특성을 크게 향상시킵니다.
그러나 탄소 함량은 신중하게 균형을 이루어야 합니다. 탄소를 높이면 경도와 실온 항복 강도는 증가하지만 연성과 충격 인성은 감소합니다. 과도한 탄소는 결정립 경계에 거친 탄화물 네트워크를 형성하여 재료를 취약하게 만들고 열 피로 저항을 감소시킬 수 있습니다. 크롬이 풍부한 합금에서 고탄소는 크롬을 탄화물에 묶어 보호용 Cr2O3 산화물 층을 형성하는 데 사용할 수 있는 크롬을 잠재적으로 감소시켜 내산화성을 감소시킵니다. 이러한 이유로 우수한 내산화성을 요구하는 고온 등급은 탄소를 0.2~0.4%의 적당한 범위로 유지하는 동시에 과도한 크롬을 소비하지 않고 강화를 달성하기 위해 니오븀과 같은 강력한 탄화물 형성제를 추가하는 경우가 많습니다.
탄소 함량이 높을수록 주조성도 향상됩니다. 탄소는 용탕의 유동성을 높이고 수축 다공성을 줄이며 열간 인열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 이는 용광로 롤, 화격자 막대 및 개질기 튜브와 같은 복잡한 주조 형태에 특히 중요합니다.
일반적인 예로는 균형 잡힌 강도와 인성을 위한 탄소 함량이 약 0.4%인 ZG40Cr25Ni20Si2와 증기 터빈 용도로 탄소 함량이 0.08~0.13%인 저탄소 마르텐사이트 등급이 있습니다. 모든 경우에 최적의 탄소 함량은 특정 사용 온도, 기계적 부하 조건, 부식 환경 및 필요한 부품 수명에 따라 결정됩니다.
