Yüksek işletme sıcaklıkları için öngörülen, özellikle sürtünme ve tufallanma eğilimleri azaltılmış çeliklerdir. Söz konusu sıcaklıkta kısa süreli çekme veya çoğu kez sürünme değerlerine göre seçilenler yüksek sıcaklık dayanımlı, tufallanma vb. kimyasal etkilere daha fazla direnç gösterenler ise ısıya dayanıklı çelikler diye adlandırılabilir. Ayrıca bu çeliklerde teknolojik açıdan, soğuk şekillendirilmeye ve kaynağa elverişliliğin de yeterli düzeyde olması istenir.
Isıya dayanıklılığın sağlanmasında, oluşturdukları ince ve yoğun oksit tabakası yüzeye kuvvetle bağlanan Cr, Al, Si alaşım elementleri önemli rol oynar.
Yüksek sıcaklık dayanımının iyileştirilmesinde ise, en başta sürünme hızını azaltan veya ölçülebilir sürünme başlangıcını daha üst sıcaklıklara öteleyen şu olaylardan yararlanılır:
Katı çözeltideki bazı alaşım elementleri atom hareketlerini yavaşlatarak yeniden kristalleşme olaylarını engeller veya geciktirir (molibden veya kobalt katılması).
Karbür ve nitrürler gibi kimyasal ve ısıl kararlı ara bileşiklerin ince dağılmış çökeltileri sürünme olaylarını gerçekleştiren dislokasyon mekanizmalarını (tırmanma, çapraz kayma) büyük ölçüde durdurur (krom, molibden, vanadyum, volfram, titan katılması).
Ymk kafeste atomların hareketliliği hmk kafestekine göre çok azdır (içyapının ostenitik olması).
İşletme sıcaklığı arttıkça çelikler gibi yarı kararlı malzemelerde içyapının denge durumuna yaklaşması ve dolayısıyla başlangıç özelliklerinden zamanla az veya çok uzaklaşma söz konusudur. Buna göre
martensitik çelikler ancak temperlendikleri sıcaklığa kadar kullanılabilirler.
En az özellik değişimi perliti küreleştirilmiş ferritik-perlitik çeliklerde görülür.
Bu bilgilerin ışığında, çökelme sertleşmesi uygulanmış yüksek sıcaklık çeliklerinin davranışlarını sürdürmeleri de çökeltilerin ısıl ve kimyasal kararlılığına bağlıdır.
İçyapılarına ve önde gelen alaşım elementlerine göre bu çelikleri aşağıdaki gibi sınıflandırmak mümkündür:
Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler: Bunlar büyük ölçüde DIN 17155 (kazan saçları) ve DIN 17175 (yüksek sıcaklık dayanımlı çeliklerden üretilmiş dikişsiz
çelik borular) standartlarında yer alan çeliklerdir. Alaşımsız türleri yaklaşık 350°C'a (örneğin St 45.8), alaşımlıları ise 550°C 'a kadar (10 CrMo 9 10) kullanılabilir. İçyapı ferrit ile perlit veya ferrit ile beynitten meydana gelir.
Yüksek alaşımlı ferritik krom çelikleri (Cr> % 12): İşletme sıcaklığı en fazla 600°C dolayında olan çeliklerdir. Krom ve karbon miktarına göre martenzitik (perlitik) duruma da dönüşebilen ana kütle içinde kararlı özel karbürler bulunur; örneğin X20 CrMoV 121, X20 CrMoWV 121.
Yüksek alaşımlı ostenitik
krom-nikel çelikleri: Molibden, vanadyum, volfram ve niyob katkılarından ötürü kimyasal ve ısıl kararlı özel karbürler içerirler. Böylece yüksek sıcaklık dayanımlarında ek artış sağlanan ostenitik çeliklerden, öncelikle termik santrallarda 800°C yüzey sıcaklıklarına kadar yararlanılır.
Gaz türbini, tepkili uçak ve füze yapımıyla ilgili olarak, yüksek sıcaklık davranışının daha da iyi olması istenen parçalarda ise süper alaşımlar kullanılmaktadır. Bunlar nikel (% 50-75) veya kobalt (% 50-60) esaslı, yeterli oksidasyon dayanıklılığı sağlamak üzere %15'ten fazla krom katılmış ostenitik malzemelerdir. Yüksek sıcaklık dayanımlarının üstünlüğü içyapılarındaki karbür veya diğer ara bileşiklerin çok kararlı olmasından kaynaklanır. Çökelme sertleştirmesi uygulanan türlerinde optimum özelliklere erişebilmek için ısıl işlemin çok iyi kontrol edilmesi gereklidir.
Dağılım sertleşmesinin etkin olduğu malzemelerde parçacıklar yapay şekilde de üretilip ana kütleye katılabilir. Böylece parçacık bileşimi, büyüklüğü ve dağılımını ideal duruma daha fazla yaklaştırmak mümkün olur.
