Varme-bestandig stål refererer til stål som har høy-temperaturoksidasjonsmotstand og høy-temperaturstyrke. Høy-oksidasjonsmotstand er en avgjørende betingelse for å sikre at arbeidsstykker kan fungere pålitelig ved høye temperaturer. I oksiderende miljøer som luft med høy-temperatur, reagerer oksygen med ståloverflaten og danner forskjellige jernoksidlag. Dette oksidlaget er svært porøst, mister de opprinnelige egenskapene til stålet og flasser lett av. For å forbedre oksidasjonsmotstanden ved høye-temperaturer til stål tilsettes legeringselementer for å endre strukturen til oksidene. Vanlig brukte legeringselementer inkluderer krom, silisium og aluminium.
Disse elementene reagerer med oksygen for å danne et tett, stabilt oksidlag, eller passiveringslag, som Cr2O3, SiO2 eller Al2O3, på ståloverflaten, og beskytter stålet mot ytterligere oksidasjon. Høyere mengder krom, silisium og aluminium forbedrer stålets høye-temperaturoksidasjonsmotstand, men for store mengder silisium og aluminium kan svekke de mekaniske egenskapene og bearbeidbarheten til stålet. Derfor bruker varme-stål krom som det viktigste legeringselementet, med silisium og aluminium som hjelpeelementer. Kort sagt er oksidasjonsmotstanden til høye{10}}temperaturer bare relatert til dets kjemiske sammensetning.
Høy-temperaturstyrke refererer til stålets evne til å motstå mekaniske belastninger i lengre perioder ved høye temperaturer. Under mekanisk belastning ved høye temperaturer gjennomgår stål to prosesser: mykning, hvor styrken avtar med økende temperatur; og kryp, hvor den plastiske deformasjonen sakte øker over tid under konstant stress. Plastisk deformasjon i stål ved høye temperaturer er forårsaket av intragranulær glidning og korngrenseslip. Forbedring av høy-temperaturstyrken til stål oppnås vanligvis gjennom legering. Dette innebærer å legge legeringselementer til stålet for å øke den interatomiske bindingskraften og danne en gunstig mikrostruktur.
Tilsetning av krom, molybden, wolfram, vanadium og titan kan styrke stålmatrisen, øke rekrystalliseringstemperaturen og danne forsterkende faser som karbider eller intermetalliske forbindelser. Disse forsterkningsfasene er stabile ved høye temperaturer, løses ikke opp eller vokser, og opprettholder hardheten. Tilsetningen av nikkel er først og fremst for å oppnå austenitt. Austenitt har et mer kompakt atomarrangement enn ferritt, med sterkere interatomiske bindingskrefter og vanskeligere atomdiffusjon. Derfor har austenitt bedre høy-temperaturstyrke. Derfor er den høye-temperaturstyrken til varme-bestandig stål ikke bare relatert til dets kjemiske sammensetning, men også til dets mikrostruktur.
