Основной продукцией черной металлургии является углеродистая сталь. Это сплав железа с углеродом, в котором углерода до 2,14 %.

В углеродистой стали промышленного производства присутствуют различные примеси, которые по условиям появления в стали подразделяются на постоянные (всегда присутствующие в стали) и случайные.

Постоянные элементы — связаны с существующей технологией производства стали (Мn, Si) и невозможностью полного удаления — Р, S, O₂, N₂, P₂. Случайные элементы определяются составом руды металлического лома Сr, Ni, Cu, As.

Свойства сталей определяются содержанием углерода и примесей.

Структура стали после медленного охлаждения состоит из двух фаз — феррита и цементита. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода (0,38 % С – 5 % Fe₃C; 0,7 % С – 10 % Fe₃C; 2 % С – 30 % Fe₃С).

Твердые и хрупкие пластинки цементита повышают сопротивление движению дислокаций и тем самым повышают прочность, твердость, растет электросопротивление, коэрцитивная сила; понижаются пластичность, вязкость, теплопроводность, магнитная проницаемость. Повышение содержания углерода облегчает переход стали в хладноломкое состояние, каждые 0,1 % С повышают температуру порога хладноломкости в среднем на 20 ⁰С.