ферритом. Насыщенный твёрдый раствор углерода в g- Fe содержит 2,0% С по массе при 1130°C; a-Fe растворяет всего 0,02-0,04%С при 723°C, и менее 0,01% при комнатной температуре. Поэтому при закалке аустенита образуется мартенсит - пересыщенный твёрдый раствор углерода в a-Fe, очень твёрдый и хрупкий. Сочетание закалки с отпуском (нагревом до относительно низких температур для уменьшения внутренних напряжений) позволяет придать стали требуемое сочетание твёрдости и пластичности.

Физические свойства железа зависят от его чистоты, и наличия различных элементов в его сплавах.  В промышленных железных материалах железу, как правило, сопутствуют примеси углерода, азота, кислорода, водорода, серы, фосфора. Даже при очень малых концентрациях эти примеси сильно изменяют свойства металла. Так, фосфор даже при очень маленьком содержании вызывает хладноломкость, сера-красноломкость. Углерод с азотом - уменьшают пластичность, а водород увеличивает хрупкость.

Чистое железо в компактном состоянии устойчиво на сухом воздухе и ржавеет на влажном воздухе, превращаясь в Fe₂O₃·H₂O-ржавчину, она образует пористую, рыхлую пленку. Вследствие своей пористости ржавчина не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и поэтому не предохраняет его от дальнейшего окисления.

4Fe+3O₂+2H₂O=2Fe₂O₃·H₂O

Так как железо - отрицательный элемент, то при попадании влаги на загрязненное железо в нем образуются гальванические пары, и вследствие этого железо разрушается.

При нагревании железа в сухом воздухе выше 200°C оно покрывается тончайшей окисной плёнкой, которая защищает металл от коррозии при обычных температурах; это лежит в основе технического метода защиты железа - воронения. При нагревании в водяном паре железо окисляется с образованием Fe₃O₄ (ниже 570°C) или FeO (выше 570°C) и выделением водорода.