Čelik je legura metala koja se prvenstveno sastoji od željeza i sadrži 0.2 do 2.1 posto ugljika. Sav čelik sadrži ugljik, ali izraz “ugljični čelik” odnosi se posebno na čelik koji sadrži ugljik kao glavni legirajući sastojak. Srednji ugljični čelik je ugljični čelik koji sadrži između 0.30 i 0.60 posto ugljika. Također ima sadržaj mangana između 0.6 i 1.65 posto. Ova vrsta čelika pruža dobru ravnotežu između čvrstoće i duktilnosti, a uobičajena je u mnogim vrstama čeličnih dijelova.
Željezo se sastoji od kristalne rešetke atoma željeza koji dopuštaju atomima da klize jedan pored drugog, čineći čisto željezo relativno mekim. Ugljik u čeliku smanjuje ovu tendenciju, čineći čelik srednje veličine tvrđim od željeza. Dodatni elementi kao što su krom, mangan, volfram i vanadij također mogu djelovati kao sredstva za stvrdnjavanje čelika. Točan udio ovih elemenata određuje specifična svojstva čelika.
Dodatni ugljik čini čelik tvrđim, ali i krhkim, pa proizvodnja ugljičnog čelika zahtijeva ravnotežu između tvrdoće i duktilnosti. Najčešća upotreba srednjeg ugljičnog čelika je u teškim strojevima, kao što su osovine, radilice, spojke i zupčanici. Čelik s udjelom ugljika između 0.4 i 0.6 posto obično se koristi u željezničkoj industriji za izradu osovina, tračnica i kotača.
Obrada srednjeg ugljičnog čelika toplinom značajno mijenja mehanička svojstva, kao što su duktilnost, tvrdoća i čvrstoća. Toplinska obrada čelika neznatno utječe na druga svojstva poput njegove sposobnosti provođenja topline i električne energije. Postoji niz metoda za obradu čelika toplinom.
Sadržaj ugljika i mangana u srednjem ugljičnom čeliku čini gašenje i kaljenje najčešćom metodom toplinske obrade za ovu vrstu čelika. Ovaj proces općenito uključuje uzastopno zagrijavanje čelika na manje od 1,333°F (oko 723°C) i brzo ga hlađenje gašenjem u tekućini kao što je ulje ili voda. Temperatura i vrijeme ovog procesa omogućuju proizvođaču da precizno kontrolira konačna svojstva čelika.
Kaljenje kućišta je proces kaljenja čelika koji utječe samo na vanjsku stranu čelika. To proizvodi tvrdu, vodootpornu vanjštinu s duktilnijom unutrašnjosti. Ugljični čelik se često kaljuje jer je teško potpuno očvrsnuti debeli dio od ugljičnog čelika. Čelik s više agensa za legiranje od srednjeg ugljičnog čelika ima veću sposobnost kaljenja i možda ga nije potrebno kaljenje u kućištu.