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セメンタイト（または炭化鉄）は鉄と炭素の化合物であり、より正確には、式 Fe 3 Cで表される中間遷移金属炭化物です。重量比では、炭素が 6.67%、鉄が 93.3% です。斜方晶系の結晶構造を持ちます。[ 4 ]これは硬くて脆い材料であり、[ 4 ]純粋な状態では通常セラミックに分類され、鉄冶金において頻繁に見られる重要な構成要素です。セメンタイトはほとんどの鋼[ 5 ]や鋳鉄に存在しますが、代替製鉄技術のファミリーに属する炭化鉄プロセスで原料として生産されます。セメンタイトという名前は、フロリス・オズモンドと J. ヴェルトの理論に由来しており、凝固した鋼の構造は、フェライトを核とし、Fe 3 C を細胞の外皮とする一種の細胞組織から構成されています。したがって、炭化物は鉄をセメント化します。
鉄-炭素系（すなわち普通炭素鋼および鋳鉄）では、フェライトには最大で 0.02wt% の未結合炭素が含まれるため、これは一般的な構成要素です。[ 6 ]したがって、ゆっくり冷却される炭素鋼および鋳鉄では、炭素の一部はセメンタイトの形で存在します。[ 7 ]セメンタイトは、白鋳鉄の場合、溶融物から直接形成されます。炭素鋼では、セメンタイトは、ゆっくり冷却中にオーステナイトがフェライトに変化するとき、または焼戻し中にマルテンサイトから析出します。オーステナイトのもう1つの生成物であるフェライトと密接に混合して、パーライトと呼ばれる層状構造を形成します。
セメンタイトは熱力学的に不安定であり、高温では最終的にオーステナイト（低炭素レベル）とグラファイト（高炭素レベル）に変化するが、準安定鉄炭素相図上の共析温度（723 ℃）以下の温度では加熱しても分解しない。
機械的特性は以下のとおりです。室温マイクロ硬度760～1350 HV、曲げ強度4.6～8 GPa、ヤング率160～180 GPa、圧痕破壊靭性1.5～2.7 MPa√m。[ 8 ]
セメンタイトの形態は、鋼の相変態の速度に重要な役割を果たします。巻き取り温度と冷却速度は、セメンタイトの形成に大きく影響します。巻き取り温度が低い場合、セメンタイトは微細なパーライトコロニーを形成しますが、温度が高い場合は、粒界に粗大な粒子として析出します。この形態の違いは、オーステナイトの形成と分解の速度に影響を与え、微細なセメンタイトは表面積の増加と炭化物-フェライト界面の近接により、より速い変態を促進します。さらに、焼鈍中のセメンタイトの溶解速度は、粗大炭化物の方が遅く、熱処理中の微細構造の変化に影響を与えます。[ 9 ]
セメンタイトは、キュリー温度である約480 K (207 °C)まで加熱すると、強磁性から常磁性に変化する。[ 10 ]
鉄隕石には天然の炭化鉄（微量のニッケルとコバルトを含む）が存在し、最初にそれを記述したドイツの鉱物学者エミール・コーエンにちなんでコーエン石と呼ばれている。[ 11 ]
焼戻し鋼や工業用フィッシャー・トロプシュ法で確認されている他の形態の準安定鉄炭化物も存在する。これらには、炭素含有量 > 0.2% の普通炭素鋼を 100～200 °Cで焼戻しした際に析出する、六方最密充填構造のイプシロン (ε) 炭化物Fe 2–3 C が含まれる。非化学量論的ε 炭化物は、約 200 °C を超えると溶解し、そこでハッグ炭化物とセメンタイトが形成され始める。単斜晶系のハッグ炭化物Fe 5 C 2は、 200～300 °C で焼戻しした硬化工具鋼に析出する。[ 12 ] [ 13 ]また、ウェダーバーン隕石中の鉱物エドスコッタイトとして天然にも発見されている。[ 14 ]