在700℃以上，其典型的氧化层由很薄的外层Fe2O3（Hematite）、很薄的中间层Fe3O4（Magnetite）和内层FeO（Wustite）组成。在700~1250℃范围内，三者的厚度比例近似于恒定，为1∶4∶95。大量FeO的存在是由于铁在FeO中的扩散系数远大于在Fe3O4中的扩散系数且氧和铁在Fe2O3中的扩散系数很小。在580~650℃，外层和中间层的厚度稍有增加，但内层FeO仍是最主要的组成部分。低于570℃，FeO不再稳定存在，氧化层主要由另外两层构成，其中Fe3O4约占80%。上述结构随氧化时间和其它条件的变化而稍有差异。
研究表明，高速钢在不同氧化温度下，基体表面氧化产物的形态各不相同：在500℃恒温氧化2 h后，氧化产物呈致密、无序分布的叶片状；在650℃恒温氧化2 h后，氧化产物呈致密、无序分布的针叶状；800℃恒温氧化2 h后，氧化产物呈内凹的粗片状叠加生长，并且在氧化产物间存在许多孔洞，说明氧化膜疏松，粘结性差。轧制过程中这类氧化膜在热应力、长大应力和轧制剪切力的作用下非常容易剥落。
很多文献报道Fe2O3和Fe3O4类型氧化物都能起到有效的减磨作用，而且一致认为Fe3O4的减磨作用大于Fe2O3。铸钢高温磨损表面上以Fe3O4为主，能明显地降低磨损率。
在空气中钢表面易形成金属氧化物层，因此钢摩擦副在高温下服役时往往磨损与氧化同时发生，高温氧化形成的氧化膜对高温磨损起到了决定性的作用。在大气中因高温和摩擦生热引起钢磨损表面氧化，同时，磨损过程中磨损表面因受力发生塑性变形，往往导致氧化速度高于静态氧化，这已成为公认的结论。高温磨损过程中磨损表面上氧化膜的形成需要一定的时间。
研究表明，钢表面氧化物的成分决定了磨损率的大小，Fe3O4较α-Fe2O3更易形成一层保护膜，当钢表面氧化物以Fe3O4为主时能够导致低磨损率，因此随着温度增加磨损率降低的主要因素是高温下形成了以Fe3O4为主要成分的氧化膜。但在氧化物膜结构相同时，氧化物膜的剥落方式对磨损也会产生影响，目前该方面的研究尚少。
高温下经过一段时间的摩擦，表面充分氧化达到稳定状态后，形成了足够的氧化物并对磨损产生影响。氧化物对磨损表面有保护作用，能有效防止黏着磨损，降低磨损率。同时氧化层会发生疲劳开裂从磨损表面剥落，氧化层疲劳剥落后，剥落区金属将继续氧化，这是一个氧化和剥落交替进行的动态平衡过程。此外，剥落下来的氧化物一部分离开摩擦系统，造成磨损;另一部分氧化物在摩擦表面被磨碎成颗粒状碾压在剥落区内，这部分氧化物对磨损表面亦有保护作用，在一定程度上降低了磨损率，因此，磨损率取决于剥离出摩擦系统的氧化物的数量。
氧化膜中存在长大应力和热应力，并且温度越高，应力越大。尤其是FeO出现后，热应力更大。而氧化膜中应力松弛的途径是氧化物的开裂或剥落，因为氧化物几乎不可能通过塑性变形来松弛应力。
