Oțel-rezistent la căldură se referă la oțel cu rezistență ridicată la-oxidare la temperatură și rezistență la temperatură-înaltă. Rezistența-la oxidare la temperatură ridicată este o condiție importantă pentru asigurarea funcționării-pe termen lung a pieselor de prelucrat la temperaturi ridicate. În medii oxidante, cum ar fi aerul cu temperatură ridicată, oxigenul reacţionează chimic cu suprafaţa de oţel pentru a forma diferite straturi de oxid de fier. Acest strat de oxid este foarte poros, își pierde proprietățile originale ale oțelului și se dezlipește ușor. Pentru a îmbunătăți rezistența la-oxidare la temperatură înaltă a oțelului, elemente de aliere sunt adăugate oțelului, modificând astfel structura oxizilor. Elementele de aliere utilizate în mod obișnuit includ crom, siliciu și aluminiu. Ele reacționează cu oxigenul pentru a forma un strat de oxid dens și stabil sau un strat de pasivare, cum ar fi Cr2O3, SiO2 sau Al2O3, pe suprafața oțelului pentru a proteja oțelul de oxidarea ulterioară. Cantități mai mari de crom, siliciu și aluminiu au ca rezultat o rezistență mai bună la-oxidare la temperatură ridicată, dar cantitățile excesive de siliciu și aluminiu deteriorează proprietățile mecanice și procesabilitatea oțelului. Prin urmare, oțelul-rezistent la căldură folosește cromul ca element de aliere principal și siliciul și aluminiul ca elemente auxiliare. Pe scurt, rezistența la-oxidare la temperatură ridicată a oțelului este legată doar de compoziția sa chimică.
Rezistența la temperatură-înaltă se referă la capacitatea oțelului de a rezista la sarcini mecanice pentru perioade lungi de timp la temperaturi ridicate. Oțelul suferă două tipuri principale de încărcări mecanice la temperaturi ridicate: înmuiere (rezistența scade odată cu creșterea temperaturii) și fluaj (deformarea plastică care crește lent în timp sub presiune constantă). Deformarea plastică a oțelului la temperaturi ridicate este cauzată de alunecarea intragranulară și alunecarea limită a granulelor. Alierea este folosită în mod obișnuit pentru a îmbunătăți rezistența la temperatură-înaltă a oțelului. Aceasta implică adăugarea de elemente de aliere pentru a îmbunătăți legăturile interatomice și pentru a crea microstructuri favorabile. Adăugarea de crom, molibden, wolfram, vanadiu și titan întărește matricea de oțel, crește temperatura de recristalizare și formează carburi de armare sau compuși intermetalici, cum ar fi Cr23C6, VC și TiC. Aceste faze de armare sunt stabile la temperaturi ridicate, nu se dizolvă, nu se agregează și își mențin duritatea. Adăugarea de nichel urmărește în primul rând obținerea de austenită. Austenita are un aranjament atomic mai dens decât ferita, rezultând legături interatomice mai puternice și difuzie atomică mai mică. Prin urmare, austenita prezintă o rezistență mai bună la temperatură{13}}înaltă. Este evident că rezistența la temperatură ridicată a oțelului rezistent la căldură este legată nu numai de compoziția sa chimică, ci și de microstructura.