耐热钢的高温性能提升依赖多种合金元素的协同作用，不同元素通过强化基体、优化组织或改善表面特性，赋予钢材在高温环境下的强度与稳定性。铬、铝、硅作为铁素体形成元素，在高温下促使金属表面生成致密氧化膜，阻止内部材料继续氧化，是提升钢抗氧化性与抗高温气体腐蚀的核心元素。其中铬能显著提高低合金钢的再结晶温度，增强高温强度，但铝和硅含量过高会恶化室温塑性与热加工性能。

镍、锰等奥氏体形成元素，可扩大并稳定奥氏体组织，提升钢的高温强度与抗渗碳性。镍能改善奥氏体钢的高温力学性能，锰虽可替代镍形成奥氏体，但会降低钢的抗氧化能力。钒、钛、铌等强碳化物形成元素，能在钢中形成细小弥散的碳化物颗粒，阻碍位错运动，从而提高高温强度。同时，钛、铌与碳结合可防止奥氏体钢在高温或焊接后产生晶间腐蚀，提升组织稳定性。

碳、氮元素可扩大奥氏体相区，提高钢的高温强度，在铬、锰含量较高的钢中，氮的溶解度显著提升，可替代部分镍元素实现合金化，降低材料成本。硼与稀土元素作为微量元素，硼溶入固溶体后引发晶格畸变，晶界处的硼还能抑制元素扩散与晶界迁移，增强高温强度；稀土元素则可显著提升钢的抗氧化性能，改善热塑性，优化高温服役表现。