Crni lim
Ugljenični čelik je metalna legura, kombinacija dva elementa, gvožđa (Fe) i ugljenika (C), gdje su ostali elementi prisutni u takvim odnosima da ne utiču na osobine legure. Od legirajućih elementa, u ugljeničnom čeliku jedino su dozvoljeni: magnezijum (maksimalno 1,65%), silicijum (maksimalno 0,60%) i bakar (maksimalno 0,60%). Čelik sa niskim sadržajem ugljenika ima iste osobine kao gvožđe. Kako se sadržaj ugljenika povećava, metal postaje tvrđi i čvršći, ali manje duktilan i teži za zavarivanje. Visok sadržaj ugljenika snižava tačku topljenja čelika, kao i, generalno, njegovu temperaturnu otpornosti.
Svrha termalne obrade ugljeničnog čelika je promjena mehaničkih osobina čelika, najčešće duktilnosti, čvrstoće jačine i otpornosti na udar. Važno je napomenuti da se blago promijene i električna i termalna provodljivost. Kod većine tehnika za očvršćavanje čelika, modul elastičnosti (Jungov modul elastičnosti) nikada se ne mijenja.
Metalurgija
Niskougljenični čelik je najčešći oblik čelika, jer je njegova cijena relativno niska, a materijalu daje osobine koje su prihvatljive za mnoge primjene. Niskougljenični čelik ima niski sadržaj ugljenika (do 0,3% C), te zbog toga nije ekstremno ni krhak niti duktilan. Kovljiv postaje kada se zagrije. Koristi se kada su potrebne velike količine čelika, npr. kao konstrukcioni čelik. Gustoća ovog metala je 7.861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³), zatezna čvrstoća je maksimalno 500 MPa (72.500 psi), a Jungov modul elastičnosti mu iznosi 210 GPa.
Ugljenični čelici, koji dobro podnose termalnu obradu, imaju sadržaj ugljenika u rasponu od 0,30 do 1,70%, u zavisnosti od težine. Tragovi raznih drugih elemenata mogu imati značajan efekt na kvalitet rezultujućeg čelika. Tragovi sumpora smatraju se nečistoćom u čeliku. Niskolegirani ugljenični čelik, kao što je A36, sadrži oko 0,05% sumpora, a topi se na oko 1426 do 1538 °C (2600–2800 °F). Magnezijum se često dodaje kako bi se poboljšala čvrstoća niskolegiranih ugljeničnih čelika. Ovi dodaci čine materijal niskolegiranim čelikom po nekim definicijama, ali AISI-eva definicija ugljeničnih čelika dozvoljava do 1,65% magnezijuma, u zavisnosti od težine.
Očvrsnuti čelik ili kaljeni čelik se obično odnosi na naglo hlađeni čelik (naglim hlađenjem poboljšavaju se osobine čvrstoće).
