В высоколегированных аустенитных сталях основными легирующими элементами являются хром и никель (обычно не ниже 16 и 7% соответственно). Они придают им соответствующую структуру и необходимые свойства. Для удобства высоколегированные стали иногда обозначают в соответствии с содержанием главных легирующих элементов цифрами, например 18-8, 25-20 и др. Первая цифра обозначает содержание хрома, вторая - никеля.
Никель - это дефицитный и дорогой легирующий элемент, поэтому, когда условия работы конструкции позволяют, используют стали с пониженным его содержанием или безникелевые хромистые стали. В сплавах на железоникелевой основе содержание никеля еще выше, чем в хромоникелевых сталях. Никель служит основой в никелевых сплавах, а железо в них легирующей присадкой. Такие сплавы благодаря своим свойствам находят применение в различных ответственных конструкциях, работающих в сложных и порой специфических условиях.
Высоколегированные стали и сплавы обладают высокой хладостойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Такие стали и сплавы используют в химическом, нефтяном и энергетическом машиностроении и при изготовлении конструкций, работающих в различном диапазоне температур: от отрицательных до положительных. Эти стали и сплавы можно разделить на три группы: коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие (окалиностойкие). Высоколегированные стали и сплавы имеют высокие механические свойства при отрицательных температурах и поэтому их применяют в ряде случаев и как хладостойкие.
При соответствующем легировании и термообработке коррозионно-стойкие стали имеют высокую коррозионную стойкость при комнатных и повышенных до 800°С температурах как в атмосферной и газовой среде, так и в растворах кислот и щелочей. Характерным отличием этих сталей является пониженное содержание углерода, не превышающее 0,12%, оказывающее решающее влияние на стойкость их к межкристаллитной коррозии. Поэтому эти стали используют для изготовления трубопроводов и аппаратов химической и нефтяной промышленности.
Жаропрочные стали и сплавы обладают способностью сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах в течение длительного времени. Для придания таких свойств сталям и сплавам последние легируют элементами-упрочнителями: молибденом и вольфрамом (до 7% каждого). Важной легирующей добавкой, вводимой в некоторые стали и сплавы, является бор.
Высоколегированные стали и сплавы после соответствующей термообработки обладают высокими прочностными и пластическими свойствами. В отличие от углеродистых сталей при закалке эти стали получают повышенные пластические свойства. Высоколегированные стали имеют разнообразную структуру, которая зависит от химического состава, т. е. от содержания основных элементов: хрома (ферритизатора) и никеля (аустенитизатора). На структуру влияет также содержание и других легирующих элементов-ферритизаторов (Si, Mo, Ti, Al, Nb, W, V) и аустенитизаторов (С, Со, Ni, Си, Мп, В, N).
Элементы титан, ниобий, вольфрам и ванадий являются карбидообразователями, следовательно, в стали могут образовываться не только карбиды хрома, но и карбиды этих элементов (TiC, NbC, VC), поэтому свободный углерод выше предела его растворимости (0,02%) может выделиться уже не в виде карбидов хрома, а в виде карбидов титана или ниобия, что повышает прочностные и понижает пластические свойства сталей.
Увеличение концентрации в стали хрома до 16-25% и элементов-ферритизаторов (молибдена, кремния и др.), способствующих образованию феррита, вызывает образование при температурах 700-850°С σ-фазы, выделение которой резко снижает свойства жаропрочных и жаростойких сталей.