Предложена математическая модель для описания поведения сталей при термомеханическом нагружении с учетом фазовых превращений. При построении модели применяется двухуровневый подход, основанный на использовании параметров, характеризующих состояние и эволюцию мезо- и микроструктуры. Постановка общей задачи «расщепляется» на несколько подзадач (задачи определения напряженно-деформированного состояния и фазового состава, задачи теплопроводности и диффузии), что существенно облегчает постановку и последующее решение. Для описания неупругого деформирования сталей при термомеханическом воздействии используется модель, основанная на несимметричной физической теории пластичности, дополнительно учитывающей происходящие фазовые превращения. С использованием разработанной модели выполнены численные эксперименты по различным видам нагружения.