El acero es una aleación o mezcla de hierro con carbono y pequeñas cantidades de otros metales. El hierro puro puede fundirse y moldearse, pero tiende a ser blando. Agregar carbono fortalecerá el metal, y la mayoría de los aceros al carbono contienen de uno a dos por ciento de carbono. El acero al carbono negro se crea durante el proceso de fabricación cuando las altas temperaturas crean una capa delgada de hierro oxidado en la superficie exterior.
El carbono se une químicamente con el hierro en las aleaciones de acero, creando un material mucho más duro que el hierro puro. A medida que aumenta el contenido de carbono, el material se vuelve más duro pero más frágil o propenso a romperse bajo tensión o carga. El acero que contiene carbono en una cantidad superior al 2% se considera hierro fundido; esto se puede utilizar para tuberías y materiales no estructurales, pero se considera demasiado frágil para el acero estructural.
El hierro reacciona fácilmente con el oxígeno del aire, creando óxido de hierro u óxido que hará que las piezas fallen, por lo que a menudo se recubre para evitar la oxidación de la superficie. Una ventaja del acero al carbono negro es la propiedad anticorrosión natural del revestimiento de óxido de hierro negro, porque el óxido actúa como una barrera para mantener el oxígeno del hierro que se encuentra debajo. La fina capa de óxido se crea a altas temperaturas, formando una capa duradera que no requiere más tratamiento o recubrimiento.
Para aplicaciones donde la protección contra la corrosión es crítica, el acero al carbono se puede pintar o galvanizar. El acero se galvaniza mediante un lavado con ácido y luego se sumerge en un baño de zinc fundido. El zinc forma una capa en el exterior del acero y se corroe primero cuando se expone al aire o la humedad. La galvanización mejorará la vida útil de las piezas de acero, pero no se utiliza en acero al carbono negro, porque la capa de óxido ya protege el acero.
El acero al carbono negro se usa a menudo para tuberías de servicios públicos de gas o agua, porque tiene un bajo costo y se puede soldar con métodos comunes. Algunos oleoductos de larga distancia han utilizado tuberías de acero al carbono negro, porque la tubería se puede conectar en el campo y no se oxida rápidamente. Este acero se puede usar en climas o condiciones del suelo que pueden acelerar la corrosión, pero es posible que se necesite protección adicional, como ánodos. Los ánodos son varillas enterradas de zinc que se corroen primero cuando se conectan a la tubería de acero.
Los utensilios de cocina se pueden llamar acero negro, pero el color oscuro es producto de un tratamiento con aceite llamado condimento, en lugar de fabricación. El acero al carbono a menudo se recubre con aceite para evitar la oxidación, y los utensilios de cocina de acero se pueden engrasar y calentar para absorber las moléculas de aceite. El acero se oscurecerá y obtendrá algunas propiedades para prevenir la oxidación, pero el secado es una capa temporal y debe repetirse periódicamente.