Selon la composition chimique et la température, les aciers présentent deux phases à l'équilibre : austénite et ferrite. La solubilité quasi nulle du carbone et de l'azote dans la ferrite à température ambiante favorise la précipitation de carbures et/ou de nitrures pouvant conduire au durcissement de la matrice. Pour les fortes teneurs en carbone, apparaît une phase eutectoïde dure, la perlite, constituée de lamelles de ferrite et de cémentite (carbure de fer). Les aciers ferrito-perlitiques (matrice ferritique avec des îlots de perlite) présentent une limite d'élasticité élevée avec des potentialités d'allongement importantes ; un durcissement complémentaire peut être obtenu par écrouissage (par exemple, les aciers steel cord). Un refroidissement rapide de l'austénitique conduit à des phases métastables dures : la martensite et la bainite. Selon la teneur en carbone et le schéma de refroidissement, on obtient généralement des structures multiphasées à matrice ferritique ; la transformation martensitique se produisant avec un changement de volume, la limite d'élasticité est affectée par la formation de ce constituant. Dans certains cas particuliers, l'austénite résiduelle après refroidissement se transforme progressivement en martensite durant la déformation. Cet effet TRIP (Transformation Induced Plasticity – Transformation induite par la plasticité) permet l'obtention d'une résistance élevée avec une ductilité importante. Ainsi, il est possible d'obtenir différentes familles d'acier couvrant un large domaine d'utilisation. La modélisation de leur comportement mécanique doit permettre de définir les structures optimales pour une tenue mécanique visée.