Hitte-bestendig staal verwijst naar staal met een hoge-oxidatieweerstand bij hoge- temperaturen en een hoge- temperatuursterkte. Oxidatieweerstand bij hoge-temperaturen is een belangrijke voorwaarde voor het garanderen van de lange-termijnwerking van werkstukken bij hoge temperaturen. In oxiderende omgevingen, zoals lucht met een hoge- temperatuur, reageert zuurstof chemisch met het staaloppervlak om verschillende ijzeroxidelagen te vormen. Deze oxidelaag is zeer poreus, verliest de oorspronkelijke eigenschappen van staal en laat gemakkelijk los. Om de oxidatieweerstand bij hoge-temperaturen van staal te verbeteren, worden legeringselementen aan het staal toegevoegd, waardoor de structuur van de oxiden verandert. Veelgebruikte legeringselementen zijn chroom, silicium en aluminium. Ze reageren met zuurstof en vormen een dichte en stabiele oxidelaag, of een passivatielaag zoals Cr2O3, SiO2 of Al2O3, op het staaloppervlak om het staal tegen verdere oxidatie te beschermen. Grotere hoeveelheden chroom, silicium en aluminium resulteren in een betere oxidatieweerstand bij hoge temperaturen, maar overmatige hoeveelheden silicium en aluminium verslechteren de mechanische eigenschappen en verwerkbaarheid van het staal. Daarom gebruikt hittebestendig staal chroom als het belangrijkste legeringselement en silicium en aluminium als hulpelementen. Kortom: de oxidatieweerstand bij hoge-temperaturen van staal houdt alleen verband met de chemische samenstelling ervan.
Hoge-sterkte verwijst naar het vermogen van staal om gedurende langere tijd mechanische belastingen bij hoge temperaturen te weerstaan. Staal ondervindt twee hoofdtypen mechanische belastingen bij hoge temperaturen: verzachting (sterkte neemt af bij toenemende temperatuur) en kruip (langzaam toenemende plastische vervorming in de loop van de tijd onder constante spanning). Plastische vervorming van staal bij hoge temperaturen wordt veroorzaakt door intragranulaire slip en korrelgrensslip. Legering wordt vaak gebruikt om de sterkte van staal bij hoge- temperaturen te verbeteren. Dit omvat het toevoegen van legeringselementen om de interatomaire binding te verbeteren en gunstige microstructuren te creëren. Het toevoegen van chroom, molybdeen, wolfraam, vanadium en titanium versterkt de staalmatrix, verhoogt de herkristallisatietemperatuur en vormt versterkende carbiden of intermetallische verbindingen zoals Cr23C6, VC en TiC. Deze versterkende fasen zijn stabiel bij hoge temperaturen, lossen niet op, aggregeren niet en behouden hun hardheid. Het toevoegen van nikkel heeft vooral tot doel austeniet te verkrijgen. Austeniet heeft een dichtere atomaire opstelling dan ferriet, wat resulteert in sterkere interatomaire binding en minder atomaire diffusie. Daarom vertoont austeniet een betere sterkte bij hoge- temperaturen. Het is duidelijk dat de sterkte bij hoge-temperaturen van hitte-staal niet alleen verband houdt met de chemische samenstelling, maar ook met de microstructuur ervan.