Unter hitzebeständigem Stahl versteht man Stahl mit Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur und Festigkeit bei hoher Temperatur. Die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen ist eine wichtige Voraussetzung für den langfristigen Betrieb von Werkstücken bei hohen Temperaturen. In oxidierenden Umgebungen wie Luft mit hoher Temperatur reagiert Sauerstoff chemisch mit der Stahloberfläche und bildet verschiedene Eisenoxidschichten. Diese Oxidschicht ist sehr porös, verliert die ursprünglichen Eigenschaften von Stahl und löst sich leicht ab. Um die Oxidationsbeständigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen zu verbessern, werden dem Stahl Legierungselemente zugesetzt, wodurch sich die Struktur der Oxide verändert. Zu den häufig verwendeten Legierungselementen gehören Chrom, Silizium und Aluminium. Sie reagieren mit Sauerstoff und bilden eine dichte und stabile Oxidschicht oder Passivierungsschicht wie Cr2O3, SiO2 oder Al2O3 auf der Stahloberfläche, um den Stahl vor weiterer Oxidation zu schützen. Höhere Mengen an Chrom, Silizium und Aluminium führen zu einer besseren Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, aber übermäßige Mengen an Silizium und Aluminium verschlechtern die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit des Stahls. Daher verwendet hitzebeständiger Stahl Chrom als Hauptlegierungselement und Silizium und Aluminium als Hilfselemente. Kurz gesagt, die Oxidationsbeständigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen hängt nur von seiner chemischen Zusammensetzung ab.
Unter Hochtemperaturfestigkeit versteht man die Fähigkeit von Stahl, mechanischen Belastungen über längere Zeiträume bei hohen Temperaturen standzuhalten. Stahl erfährt bei hohen Temperaturen hauptsächlich zwei Arten mechanischer Belastungen: Erweichen (die Festigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab) und Kriechen (mit der Zeit langsam zunehmende plastische Verformung unter konstanter Belastung). Die plastische Verformung von Stahl bei hohen Temperaturen wird durch intragranularen Schlupf und Korngrenzenschlupf verursacht. Legierungen werden üblicherweise verwendet, um die Hochtemperaturfestigkeit von Stahl zu verbessern. Dabei werden Legierungselemente hinzugefügt, um die interatomare Bindung zu verbessern und günstige Mikrostrukturen zu schaffen. Durch die Zugabe von Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium und Titan wird die Stahlmatrix gestärkt, die Rekristallisationstemperatur erhöht und verstärkende Karbide oder intermetallische Verbindungen wie Cr23C6, VC und TiC gebildet. Diese Verstärkungsphasen sind bei hohen Temperaturen stabil, lösen sich nicht auf, aggregieren nicht und behalten ihre Härte. Ziel der Nickelzugabe ist in erster Linie die Gewinnung von Austenit. Austenit hat eine dichtere Atomanordnung als Ferrit, was zu einer stärkeren interatomaren Bindung und einer geringeren Atomdiffusion führt. Daher weist Austenit eine bessere Hochtemperaturfestigkeit auf. Es ist offensichtlich, dass die Hochtemperaturfestigkeit von hitzebeständigem Stahl nicht nur mit seiner chemischen Zusammensetzung, sondern auch mit seiner Mikrostruktur zusammenhängt.