Per acciaio-resistente al calore si intende l'acciaio con resistenza all'ossidazione alle alte-temperature e resistenza alle alte-temperature. La resistenza all'ossidazione alle alte-temperature è una condizione importante per garantire il funzionamento a lungo-termine dei pezzi ad alte temperature. In ambienti ossidanti come l'aria ad alta-temperatura, l'ossigeno reagisce chimicamente con la superficie dell'acciaio per formare vari strati di ossido di ferro. Questo strato di ossido è molto poroso, perde le proprietà originali dell'acciaio e si stacca facilmente. Per migliorare la resistenza all'ossidazione alle alte-temperature dell'acciaio, all'acciaio vengono aggiunti elementi di lega, modificando così la struttura degli ossidi. Gli elementi di lega comunemente usati includono cromo, silicio e alluminio. Reagiscono con l'ossigeno per formare uno strato di ossido denso e stabile, o uno strato di passivazione come Cr2O3, SiO2 o Al2O3, sulla superficie dell'acciaio per proteggere l'acciaio da ulteriore ossidazione. Quantità maggiori di cromo, silicio e alluminio determinano una migliore resistenza all'ossidazione alle alte-temperature, ma quantità eccessive di silicio e alluminio deteriorano le proprietà meccaniche e la lavorabilità dell'acciaio. Pertanto, l'acciaio resistente al calore-utilizza il cromo come principale elemento di lega e il silicio e l'alluminio come elementi ausiliari. In breve, la resistenza all'ossidazione alle alte-temperature dell'acciaio è correlata solo alla sua composizione chimica.
La resistenza alle alte-temperature si riferisce alla capacità dell'acciaio di resistere a carichi meccanici per periodi prolungati a temperature elevate. L'acciaio subisce due tipi principali di carichi meccanici alle alte temperature: rammollimento (la resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura) e scorrimento viscoso (deformazione plastica che aumenta lentamente nel tempo sotto stress costante). La deformazione plastica nell'acciaio alle alte temperature è causata dallo scorrimento intragranulare e dallo scorrimento ai bordi del grano. La lega viene comunemente utilizzata per migliorare la-resistenza dell'acciaio alle alte temperature. Ciò comporta l’aggiunta di elementi di lega per migliorare il legame interatomico e creare microstrutture favorevoli. L'aggiunta di cromo, molibdeno, tungsteno, vanadio e titanio rafforza la matrice di acciaio, aumenta la temperatura di ricristallizzazione e forma carburi di rinforzo o composti intermetallici come Cr23C6, VC e TiC. Queste fasi rinforzanti sono stabili alle alte temperature, non si sciolgono, non si aggregano e mantengono la loro durezza. L'aggiunta di nichel mira principalmente a ottenere l'austenite. L'austenite ha una disposizione atomica più densa rispetto alla ferrite, con conseguente legame interatomico più forte e minore diffusione atomica. Pertanto, l'austenite mostra una migliore resistenza alle alte-temperature. È evidente che la resistenza alle alte-temperature dell'acciaio resistente al calore-è correlata non solo alla sua composizione chimica ma anche alla sua microstruttura.