Tepelně-odolná ocel označuje ocel, která má vysokou-odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách a pevnost při vysokých-teplotách. Odolnost proti oxidaci při vysokých-teplotách je zásadní podmínkou pro zajištění spolehlivého provozu obrobků při vysokých teplotách. V oxidačních prostředích, jako je vzduch o vysoké teplotě, kyslík reaguje s povrchem oceli a vytváří různé vrstvy oxidu železa. Tato oxidová vrstva je velmi porézní, ztrácí původní vlastnosti oceli a snadno se odlupuje. Aby se zlepšila odolnost oceli proti oxidaci při vysokých{9}}teplotách, přidávají se legující prvky, které mění strukturu oxidů. Mezi běžně používané legující prvky patří chrom, křemík a hliník.
Tyto prvky reagují s kyslíkem za vzniku husté, stabilní oxidové vrstvy nebo pasivační vrstvy, jako je Cr2O3, SiO2 nebo Al2O3, na povrchu oceli, která chrání ocel před další oxidací. Vyšší množství chrómu, křemíku a hliníku zlepšuje odolnost oceli proti oxidaci při vysokých{6}}teplotách, ale nadměrné množství křemíku a hliníku může zhoršit mechanické vlastnosti a zpracovatelnost oceli. Žáruvzdorná ocel proto používá jako hlavní legující prvek chrom a křemík a hliník jako pomocné prvky. Stručně řečeno, odolnost oceli proti oxidaci při vysokých{10}}teplotách souvisí pouze s jejím chemickým složením.
Pevnost při vysokých{0}}teplotách označuje schopnost oceli odolávat mechanickému zatížení po dlouhou dobu při vysokých teplotách. Při mechanickém zatížení při vysokých teplotách ocel prochází dvěma procesy: měknutím, kdy pevnost klesá s rostoucí teplotou; a creep, kde se plastická deformace pomalu zvyšuje v průběhu času při konstantním napětí. Plastická deformace oceli při vysokých teplotách je způsobena intragranulárním skluzem a skluzem na hranicích zrn. Zlepšení pevnosti oceli při vysokých-teplotách se obvykle dosahuje legováním. To zahrnuje přidání legujících prvků do oceli pro zvýšení meziatomové vazebné síly a vytvoření příznivé mikrostruktury.
Přidání chrómu, molybdenu, wolframu, vanadu a titanu může zpevnit ocelovou matrici, zvýšit teplotu rekrystalizace a vytvořit zpevňující fáze, jako jsou karbidy nebo intermetalické sloučeniny. Tyto zpevňovací fáze jsou stabilní při vysokých teplotách, nerozpouštějí se ani nerostou a zachovávají si svou tvrdost. Přídavek niklu slouží především k získání austenitu. Austenit má kompaktnější atomové uspořádání než ferit, se silnějšími meziatomovými vazebnými silami a obtížnější atomovou difúzí. Proto má austenit lepší pevnost při vysokých-teplotách. Pevnost žáruvzdorné oceli za vysoké-teploty- tedy souvisí nejen s jejím chemickým složením, ale také s její mikrostrukturou.
