Jeklo je zlitina ali mešanica železa z ogljikom in majhnimi količinami drugih kovin. Čisto železo je mogoče stopiti in oblikovati, vendar je ponavadi mehko. Dodajanje ogljika bo okrepilo kovino, večina ogljikovih jekel pa vsebuje od enega do dva odstotka ogljika. Črno ogljikovo jeklo nastane med proizvodnim procesom, ko visoke temperature ustvarijo tanko plast oksidiranega železa na zunanji površini.
Ogljik se kemično veže z železom v jeklenih zlitinah in ustvari veliko trši material kot čisto železo. Ko se vsebnost ogljika poveča, postane material trši, vendar bolj krhek ali nagnjen k zlomu pod stresom ali obremenitvijo. Jeklo, ki vsebuje ogljik v količini nad 2 %, se šteje za lito železo; to se lahko uporablja za cevovode in nestrukturne materiale, vendar velja za preveč krhko za konstrukcijsko jeklo.
Železo zlahka reagira s kisikom v zraku in ustvari železov oksid ali rjo, ki povzroči odpoved delov, zato je pogosto prevlečeno, da prepreči površinsko rjo. Ena od prednosti črnega ogljikovega jekla je naravna protikorozijska lastnost prevleke iz črnega železovega oksida, ker oksid deluje kot ovira za zadrževanje kisika iz železa spodaj. Tanka oksidna plast nastane pri visokih temperaturah in tvori trpežen sloj, ki ne zahteva nadaljnje obdelave ali premaza.
Za aplikacije, kjer je zaščita pred korozijo kritična, je ogljikovo jeklo lahko barvano ali pocinkano. Jeklo pocinkamo tako, da ga speremo s kislino, nato pa jeklo potopimo v kopel s staljenim cinkom. Cink tvori plast na zunanji strani jekla in najprej korodira, ko je izpostavljen zraku ali vlagi. Pocinkanje bo podaljšalo življenjsko dobo jeklenih delov, vendar se ne uporablja na črnem ogljikovem jeklu, ker oksidna plast že ščiti jeklo.
Črno ogljikovo jeklo se pogosto uporablja za cevi za plin ali vodo, ker ima nizke stroške in ga je mogoče variti z običajnimi metodami. Nekateri naftovodi na dolge razdalje so uporabljali cevi iz črnega ogljikovega jekla, ker je cev mogoče priključiti na terenu in ne bo hitro zarjavela. To jeklo se lahko uporablja v podnebnih ali talnih razmerah, ki lahko pospešijo korozijo, vendar bo morda potrebna dodatna zaščita, kot so anode. Anode so zakopane palice iz cinka, ki najprej korodirajo, ko so priključene na jekleno cev.
Posodi lahko imenujemo črno jeklo, vendar je temna barva produkt obdelave z oljem, ki se imenuje začimba, in ne proizvodnja. Ogljikovo jeklo je pogosto prevlečeno z oljem, da prepreči rjavenje, jekleno posodo pa lahko naoljimo in segrejemo, da absorbira oljne molekule. Jeklo bo potemnilo in pridobilo nekaj lastnosti za preprečevanje rje, vendar je začimba začasna prevleka in jo je treba občasno ponavljati.