Lämmönkestävä-teräs viittaa teräkseen, jolla on korkea-lämpötilojen hapettumiskestävyys ja korkean-lämpötilojen lujuus. Korkean-lämpötilojen hapettumisenkestävyys on ratkaiseva edellytys sen varmistamiseksi, että työkappaleet voivat toimia luotettavasti korkeissa lämpötiloissa. Hapettavissa ympäristöissä, kuten korkean lämpötilan -ilmassa, happi reagoi teräksen pinnan kanssa muodostaen erilaisia rautaoksidikerroksia. Tämä oksidikerros on erittäin huokoinen, menettää teräksen alkuperäiset ominaisuudet ja irtoaa helposti. Teräksen korkean lämpötilan hapettumisenkestävyyden parantamiseksi{9}}seosaineita lisätään oksidien rakenteen muuttamiseksi. Yleisesti käytettyjä seosaineita ovat kromi, pii ja alumiini.
Nämä alkuaineet reagoivat hapen kanssa muodostaen tiiviin, stabiilin oksidikerroksen tai passivointikerroksen, kuten Cr2O3, SiO2 tai Al2O3, teräksen pinnalle, joka suojaa terästä lisähapettumiselta. Suuremmat määrät kromia, piitä ja alumiinia parantavat teräksen hapettumiskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa, mutta liialliset piin ja alumiinin määrät voivat heikentää teräksen mekaanisia ominaisuuksia ja prosessoitavuutta. Siksi lämmönkestävässä-teräksessä käytetään pääseosalkuaineena kromia ja apuelementteinä piitä ja alumiinia. Lyhyesti sanottuna teräksen korkean lämpötilan hapettumisenkestävyys{10}on liittyy vain sen kemialliseen koostumukseen.
Korkean{0}}lämpötilan lujuus viittaa teräksen kykyyn kestää mekaanista kuormitusta pitkiä aikoja korkeissa lämpötiloissa. Mekaanisessa kuormituksessa korkeissa lämpötiloissa teräs käy läpi kaksi prosessia: pehmeneminen, jossa lujuus heikkenee lämpötilan noustessa; ja viruminen, jossa plastinen muodonmuutos kasvaa hitaasti ajan myötä jatkuvassa jännityksessä. Teräksen plastinen muodonmuutos korkeissa lämpötiloissa johtuu rakeidensisäisestä liukumisesta ja raerajojen luistamisesta. Teräksen lujuutta korkeissa lämpötiloissa-parannetaan yleensä seostamalla. Tämä sisältää seosaineiden lisäämisen teräkseen atomien välisen sidosvoiman lisäämiseksi ja edullisen mikrorakenteen muodostamiseksi.
Kromin, molybdeenin, volframin, vanadiinin ja titaanin lisääminen voi vahvistaa teräsmatriisia, nostaa uudelleenkiteytyslämpötilaa ja muodostaa vahvistavia faaseja, kuten karbideja tai metallien välisiä yhdisteitä. Nämä vahvistusfaasit ovat stabiileja korkeissa lämpötiloissa, eivät liukene tai kasva ja säilyttävät kovuutensa. Nikkelin lisääminen on ensisijaisesti tarkoitettu austeniitin saamiseksi. Austeniitilla on kompaktimpi atomijärjestely kuin ferriitillä, vahvemmilla atomien välisillä sidosvoimilla ja vaikeammalla atomidiffuusiolla. Siksi austeniitilla on parempi lujuus korkeassa-lämpötiloissa. Lämmönkestävän teräksen korkeita lämpötiloja-lujuus ei siis liity pelkästään sen kemialliseen koostumukseen vaan myös sen mikrorakenteeseen.
