Toplotno-odporno jeklo se nanaša na jeklo, ki ima visoko-temperaturno odpornost proti oksidaciji in visoko-temperaturno trdnost. Visoko{4}}temperaturna oksidacijska odpornost je ključni pogoj za zagotavljanje zanesljivega delovanja obdelovancev pri visokih temperaturah. V oksidativnih okoljih, kot je zrak z visoko-temperaturo, kisik reagira s površino jekla in tvori različne plasti železovega oksida. Ta oksidna plast je zelo porozna, izgubi prvotne lastnosti jekla in se zlahka odlušči. Za izboljšanje-odpornosti jekla proti oksidaciji pri visokih temperaturah so dodani legirni elementi, ki spremenijo strukturo oksidov. Običajno uporabljeni legirni elementi vključujejo krom, silicij in aluminij.
Ti elementi reagirajo s kisikom in tvorijo gosto, stabilno oksidno plast ali pasivno plast, kot je Cr2O3, SiO2 ali Al2O3, na površini jekla, ki ščiti jeklo pred nadaljnjo oksidacijo. Večje količine kroma, silicija in aluminija izboljšajo visoko{6}}temperaturno oksidacijsko odpornost jekla, vendar lahko prevelike količine silicija in aluminija poslabšajo mehanske lastnosti in sposobnost obdelave jekla. Zato toplotno{8}}odporno jeklo uporablja krom kot glavni legirni element, silicij in aluminij pa kot pomožna elementa. Skratka, odpornost jekla na-visokotemperaturno oksidacijo je povezana samo z njegovo kemično sestavo.
Visoko{0}}temperaturna trdnost se nanaša na sposobnost jekla, da vzdrži mehanske obremenitve daljša obdobja pri visokih temperaturah. Jeklo je pod mehansko obremenitvijo pri visokih temperaturah podvrženo dvema procesoma: mehčanju, kjer se trdnost zmanjšuje z naraščajočo temperaturo; in lezenje, kjer se plastična deformacija sčasoma počasi povečuje pod stalno obremenitvijo. Plastična deformacija jekla pri visokih temperaturah je posledica intragranularnega zdrsa in zdrsa na meji zrn. Izboljšanje visoke{4}}temperaturne trdnosti jekla se običajno doseže z legiranjem. To vključuje dodajanje legirnih elementov jeklu za povečanje medatomske vezne sile in oblikovanje ugodne mikrostrukture.
Dodajanje kroma, molibdena, volframa, vanadija in titana lahko okrepi jekleno matrico, poveča temperaturo rekristalizacije in tvori ojačitvene faze, kot so karbidi ali intermetalne spojine. Te ojačitvene faze so stabilne pri visokih temperaturah, se ne raztopijo in ne rastejo ter ohranjajo svojo trdoto. Dodajanje niklja je predvsem za pridobivanje avstenita. Avstenit ima bolj kompaktno atomsko razporeditev kot ferit, z močnejšimi medatomskimi veznimi silami in težjo atomsko difuzijo. Zato ima avstenit bolj-obstojnost pri visokih temperaturah. Visoko{6}}temperaturna trdnost toplotno-odpornega jekla torej ni povezana le z njegovo kemično sestavo, ampak tudi z njegovo mikrostrukturo.
