Oțelul este un aliaj sau un amestec de fier cu carbon și cantități mici de alte metale. Fierul pur poate fi topit și modelat, dar tinde să fie moale. Adăugarea de carbon va întări metalul, iar majoritatea oțelurilor carbon conțin unul până la două procente de carbon. Oțelul negru carbon este creat în timpul procesului de fabricație atunci când temperaturile ridicate creează un strat subțire de fier oxidat pe suprafața exterioară.
Carbonul se leagă chimic cu fierul din aliajele de oțel, creând un material mult mai dur decât fierul pur. Pe măsură ce conținutul de carbon crește, materialul devine mai dur, dar mai fragil sau predispus la rupere sub presiune sau sarcină. Oțelul care conține carbon într-o cantitate de peste 2% este considerat fontă; acesta poate fi folosit pentru țevi și materiale nestructurale, dar este considerat prea fragil pentru oțel structural.
Fierul reacționează cu ușurință cu oxigenul din aer, creând oxid de fier sau rugină care va duce la defectarea pieselor, așa că este adesea acoperit pentru a preveni rugina la suprafață. Un avantaj al oțelului carbon negru este proprietatea naturală anti-coroziune a stratului de oxid de fier negru, deoarece oxidul acționează ca o barieră pentru a păstra oxigenul din fierul de dedesubt. Stratul subțire de oxid este creat la temperaturi ridicate, formând un strat durabil care nu necesită tratament sau acoperire suplimentară.
Pentru aplicațiile în care protecția împotriva coroziunii este critică, oțelul carbon poate fi vopsit sau galvanizat. Oțelul este galvanizat prin spălarea cu acid, apoi scufundarea oțelului într-o baie de zinc topit. Zincul formează un strat la exteriorul oțelului și se va coroda mai întâi atunci când este expus la aer sau umiditate. Galvanizarea va îmbunătăți durata de viață a pieselor din oțel, dar nu este utilizată pe oțel carbon negru, deoarece stratul de oxid protejează deja oțelul.
Oțelul negru carbon este adesea folosit pentru conductele de gaz sau apă, deoarece are un cost scăzut și poate fi sudat folosind metode obișnuite. Unele conducte de petrol pe distanțe lungi au folosit conducte de oțel carbon negru, deoarece conducta poate fi conectată în câmp și nu va rugini rapid. Acest oțel poate fi utilizat în condiții climatice sau de sol care pot accelera coroziunea, dar poate fi necesară protecție suplimentară, cum ar fi anozii. Anozii sunt tije îngropate din zinc care se corodează mai întâi atunci când sunt conectate la conducta de oțel.
Vasele de gătit pot fi numite oțel negru, dar culoarea închisă este un produs al unui tratament cu ulei numit condiment, mai degrabă decât fabricație. Oțelul carbon este adesea acoperit cu ulei pentru a preveni ruginirea, iar vasele de oțel pot fi unse și încălzite pentru a absorbi moleculele de ulei. Oțelul se va închide la culoare și va dobândi unele proprietăți de prevenire a ruginii, dar condimentarea este o acoperire temporară și trebuie repetată periodic.