L’acciaio è una lega, o una miscela, di ferro con carbonio e piccole quantità di altri metalli. Il ferro puro può essere fuso e modellato, ma tende ad essere morbido. L’aggiunta di carbonio rafforzerà il metallo e la maggior parte degli acciai al carbonio contiene dall’uno al due percento di carbonio. L’acciaio al carbonio nero viene creato durante il processo di produzione quando le alte temperature creano un sottile strato di ferro ossidato sulla superficie esterna.
Il carbonio si lega chimicamente al ferro nelle leghe di acciaio, creando un materiale molto più duro del ferro puro. All’aumentare del contenuto di carbonio, il materiale diventa più duro ma più fragile, o soggetto a rotture sotto stress o carico. L’acciaio contenente carbonio in quantità superiore al 2% è considerato ghisa; questo può essere utilizzato per tubazioni e materiali non strutturali, ma è considerato troppo fragile per l’acciaio strutturale.
Il ferro reagisce facilmente con l’ossigeno nell’aria, creando ossido di ferro o ruggine che causeranno il cedimento delle parti, quindi è spesso rivestito per prevenire la ruggine superficiale. Un vantaggio dell’acciaio al carbonio nero è la proprietà anticorrosiva naturale del rivestimento di ossido di ferro nero, poiché l’ossido agisce come una barriera per trattenere l’ossigeno dal ferro sottostante. Il sottile strato di ossido viene creato ad alte temperature, formando uno strato durevole che non richiede ulteriori trattamenti o rivestimenti.
Per le applicazioni in cui la protezione dalla corrosione è fondamentale, l’acciaio al carbonio può essere verniciato o zincato. L’acciaio viene galvanizzato mediante lavaggio con acido, quindi immersione dell’acciaio in un bagno di zinco fuso. Lo zinco forma uno strato all’esterno dell’acciaio e si corroderà per primo se esposto all’aria o all’umidità. La zincatura migliorerà la durata delle parti in acciaio, ma non viene utilizzata sull’acciaio al carbonio nero, poiché lo strato di ossido protegge già l’acciaio.
L’acciaio al carbonio nero viene spesso utilizzato per le tubazioni del gas o dell’acqua, perché ha un costo contenuto e può essere saldato con metodi comuni. Alcuni oleodotti a lunga distanza hanno utilizzato tubazioni in acciaio al carbonio nero, perché il tubo può essere collegato sul campo e non arrugginisce rapidamente. Questo acciaio può essere utilizzato in climi o condizioni del terreno che possono accelerare la corrosione, ma potrebbe essere necessaria una protezione aggiuntiva come gli anodi. Gli anodi sono barre interrate di zinco che si corrodono per prime una volta collegate al tubo di acciaio.
Le pentole possono essere chiamate acciaio nero, ma il colore scuro è un prodotto di un trattamento con olio chiamato condimento, piuttosto che di fabbricazione. L’acciaio al carbonio è spesso rivestito di olio per prevenire la ruggine e le pentole in acciaio possono essere oliate e riscaldate per assorbire le molecole di olio. L’acciaio si scurirà e acquisirà alcune proprietà antiruggine, ma la stagionatura è un rivestimento temporaneo e deve essere ripetuto periodicamente.