Čelik-otporan na toplinu odnosi se na čelik koji posjeduje otpornost na-visoku-temperaturu oksidacije i čvrstoću na-visoku temperaturu. Otpornost na visoko-temperaturnu oksidaciju ključni je uvjet za osiguravanje pouzdanog rada obradaka na visokim temperaturama. U oksidirajućim sredinama kao što je zrak visoke-temperature, kisik reagira s čeličnom površinom stvarajući različite slojeve željeznog oksida. Ovaj oksidni sloj je vrlo porozan, gubi izvorna svojstva čelika i lako se ljušti. Kako bi se poboljšala -otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama, dodaju se legirajući elementi koji mijenjaju strukturu oksida. Uobičajeno korišteni legirajući elementi uključuju krom, silicij i aluminij.
Ovi elementi reagiraju s kisikom i stvaraju gusti, stabilni oksidni sloj ili pasivni sloj, poput Cr2O3, SiO2 ili Al2O3, na površini čelika, štiteći čelik od daljnje oksidacije. Veće količine kroma, silicija i aluminija poboljšavaju otpornost čelika na oksidaciju pri visokim-temperaturama, ali prekomjerne količine silicija i aluminija mogu narušiti mehanička svojstva i sposobnost obrade čelika. Stoga čelik -otporan na toplinu koristi krom kao glavni legirajući element, uz silicij i aluminij kao pomoćne elemente. Ukratko, otpornost čelika na-oksidaciju pri visokim temperaturama povezana je samo s njegovim kemijskim sastavom.
Visoko{0}}temperaturna čvrstoća odnosi se na sposobnost čelika da izdrži mehanička opterećenja tijekom duljeg razdoblja pri visokim temperaturama. Pod mehaničkim opterećenjem na visokim temperaturama, čelik prolazi kroz dva procesa: omekšavanje, gdje čvrstoća opada s povećanjem temperature; i puzanje, gdje se plastična deformacija polako povećava tijekom vremena pod stalnim naprezanjem. Plastična deformacija čelika pri visokim temperaturama uzrokovana je intragranularnim klizanjem i klizanjem granica zrna. Poboljšanje visoko{4}}temperaturne čvrstoće čelika obično se postiže legiranjem. To uključuje dodavanje legirajućih elemenata čeliku kako bi se povećala sila međuatomskog vezivanja i stvorila povoljna mikrostruktura.
Dodavanje kroma, molibdena, volframa, vanadija i titana može ojačati čeličnu matricu, povećati temperaturu rekristalizacije i formirati faze ojačanja kao što su karbidi ili intermetalni spojevi. Ove ojačavajuće faze su stabilne na visokim temperaturama, ne otapaju se niti rastu i zadržavaju svoju tvrdoću. Dodatak nikla prvenstveno služi za dobivanje austenita. Austenit ima kompaktniji raspored atoma od ferita, s jačim međuatomskim vezama i težom atomskom difuzijom. Stoga austenit ima bolju čvrstoću-na visokim temperaturama. Dakle, čvrstoća čelika otpornog na visoke -temperature nije povezana samo s njegovim kemijskim sastavom, već i s njegovom mikrostrukturom.
