L’acier est un alliage, ou un mélange, de fer avec du carbone et de petites quantités d’autres métaux. Le fer pur peut être fondu et façonné, mais a tendance à être mou. L’ajout de carbone renforcera le métal, et la plupart des aciers au carbone contiennent un à deux pour cent de carbone. L’acier au carbone noir est créé pendant le processus de fabrication lorsque des températures élevées créent une fine couche de fer oxydé sur la surface extérieure.
Le carbone se lie chimiquement au fer dans les alliages d’acier, créant un matériau beaucoup plus dur que le fer pur. Au fur et à mesure que la teneur en carbone augmente, le matériau devient plus dur mais plus cassant, ou sujet à la rupture sous contrainte ou charge. L’acier contenant du carbone en une quantité supérieure à 2% est considéré comme de la fonte; cela peut être utilisé pour la tuyauterie et les matériaux non structuraux, mais est considéré comme trop fragile pour l’acier de construction.
Le fer réagit facilement avec l’oxygène de l’air, créant de l’oxyde de fer ou de la rouille qui entraînera la défaillance des pièces. Il est donc souvent enduit pour empêcher la rouille de surface. L’un des avantages de l’acier au carbone noir est la propriété anticorrosion naturelle du revêtement d’oxyde de fer noir, car l’oxyde agit comme une barrière pour empêcher l’oxygène du fer en dessous. La fine couche d’oxyde est créée à haute température, formant une couche durable ne nécessitant aucun autre traitement ni revêtement.
Pour les applications où la protection contre la corrosion est critique, l’acier au carbone peut être peint ou galvanisé. L’acier est galvanisé par lavage à l’acide, puis trempage de l’acier dans un bain de zinc en fusion. Le zinc forme une couche à l’extérieur de l’acier et se corrode d’abord lorsqu’il est exposé à l’air ou à l’humidité. La galvanisation améliorera la durée de vie des pièces en acier, mais n’est pas utilisée sur l’acier au carbone noir, car la couche d’oxyde protège déjà l’acier.
L’acier au carbone noir est souvent utilisé pour les canalisations de gaz ou d’eau, car il est peu coûteux et peut être soudé à l’aide de méthodes courantes. Certains oléoducs longue distance ont utilisé des tuyaux en acier au carbone noir, car le tuyau peut être connecté sur le terrain et ne rouillera pas rapidement. Cet acier peut être utilisé dans des climats ou des conditions de sol qui peuvent accélérer la corrosion, mais une protection supplémentaire telle que des anodes peut être nécessaire. Les anodes sont des tiges enterrées en zinc qui se corrodent d’abord lorsqu’elles sont connectées au tuyau en acier.
Les ustensiles de cuisine peuvent être appelés acier noir, mais la couleur foncée est le produit d’un traitement à l’huile appelé assaisonnement, plutôt que de la fabrication. L’acier au carbone est souvent enduit d’huile pour éviter la rouille, et les ustensiles de cuisine en acier peuvent être huilés et chauffés pour absorber les molécules d’huile. L’acier va s’assombrir et acquérir des propriétés antirouille, mais l’assaisonnement est un revêtement temporaire et doit être répété périodiquement.