碳素结构钢的强度性能随着工作温度的提高而急剧下降，其极限的工作温度为350℃。在更高的温度下必须采取含有一定合金元素的合金钢。这些合金钢统称为耐热钢。它们按照合金的成分及其质量分数，具有比普通碳素钢高得多的高温短时强度和持久强度。
耐热钢按其合金成分的质量分数可分为低合金、中合金和高合金耐热钢。合金元素总质量分数在5%以下的合金钢统称低合金耐热钢，其合金系列有：C-Mo、C-Cr-Mo、C-Cr-Mo-V-Nb、C-Mn-V.C-Cr-Mo-V.C-Mn-Mo-V、C-Mn-Ni-Mo和C-Cr-Mo-V-Ti-B等。对焊接结构用低合金耐热钢，为改善其焊接性，碳的质量分数控制在0.20%以下，某些合金成分较高的低合金耐热钢，标准规定的碳质量分数不高于0.15%.
这些低合金耐热钢通常以退火状态或正火＋回火状态供货。
合金总质量分数在2.5%以下的低合金耐热钢在供货状态下具有珠光体＋铁素体组织，故也称珠光体耐热钢。合金总质量分数为3%~5%的低合金耐热钢，在供货状态下具有贝氏体＋铁素体组织，亦称其为贝氏体耐热钢。合金总质量分数为6%~12%的合金钢系列通称中合金耐热钢。目前，用于焊接结构的中合金耐热钢的合金系列有：C-Cr-Mo、C-Cr-Mo-V,C-Cr-Mo-Nb、C-Cr-Mo-V-Nb、C-Cr-Mo-W-V-Nb等。这些中合金钢必须以退火状态或正火＋回火状态供货，某些钢也可以调质状态供货。
合金总质量分数在10%以下的耐热钢，在退火状态下具有铁素体＋合金碳化物的组织。在正火＋回火状态下，这些合金钢的组织为铁素体＋贝氏体，当钢的合金总质量分数超过10%时，其供货状态下的组织为马氏体，属于马氏体级耐热钢。
合金总质量分数高于13%的合金钢称为高合金耐热钢，按其供货状态下的组织可分为马氏体、铁素体和奥氏体三种。应用最广泛的高合金耐热钢为铬镍奥氏体耐热钢，其合金系列有：Cr-Ni、Cr-Ni-Ti,Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Nb、Cr-Ni-Nb-N、Cr-Ni-Mo-Nb、Cr-Ni-Mo-V-Nb、Cr-Ni-Si、Cr-Ni-Ce-Nb、Cr-Ni-Cu-Nb-V、Cr-Ni-Mo-Nb-Ti、Cr-Ni-Cu-W-Nb-N等。
在常规热电站、核动力装置、石油精炼设备、加氢裂化装置、合成化工容器、煤化工装置、宇航器械以及其他高温加工设备中，保证高温高压设备长期工作的可靠性和经济性具有头等重要的意义，为此应综合考虑下列因素。
①. 常温和高温短时强度。
②. 高温持久强度和蠕变强度。
③. 耐蚀性、抗氢能力和抗氧化性。
④. 抗脆断能力。
⑤. 可加工性，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性。
⑥. 经济性。
