在焊后状态，马氏体不锈钢焊缝的热影响区（HAZ）可呈现很多种不同的微观组织区域。图4-7示出了12Cr-1Mo不锈钢自动钨极氩弧焊（不填丝）焊缝的宏观金相图。图中在紧接着熔合线的HAZ中有一条深色的窄带，而在其外面出现了较宽的浅色的区域。
图4-7 12Cr-1Mo不锈钢自动钨极氩弧焊焊缝宏观金相图，图中表示了HAZ中的不同区域
（引自Lippold[12]，TMS/AIME授权）
图4-8是在图4-1上加画了一条w（C）=0.15%碳含量的垂直虚线，以描述在低碳不锈钢中微观组织的演变。这张图可用来描述图4-7所示的HAZ组织。
图4-8 w（Cr）=13%的伪二元相图，显示了可能存在的4个微观组织区虚线表示w（C）=0.15%的马氏体不锈钢的成分线。
（引自Castro和Tricot[1]）
在低碳不锈钢焊缝HAZ中可以用光学显微镜或者通过图4-9所示的硬度分布曲线来鉴别出4个不同的组织区域，图4-9示出了图4-7中12Cr-1Mo不锈钢HAZ4个区域的硬度分布，其中区域1表示紧靠熔合线的HAZ部分。这个区域在高温时的组织主要是奥氏体（图4-8中以区域1标志），然而在奥氏体晶界可以出现一些铁素体（图4-10a）。由于碳是奥氏体生成元素，其质量分数增加到高于0.15%时会扩大奥氏体区域而减少高温时的铁素体含量。温度降到室温，奥氏体转变为马氏体，一些铁素体残留在组织中。在室温时残留的铁素体含量将决定于原始铁素体含量和在冷却通过奥氏体相区时，溶入奥氏体的速度。铁素体的残留将促使紧靠熔合线的HAZ发生软化，如图4-9中1所示。
图4-9 12Cr-1Mo-0.5W-0.3V-0.2C不锈钢GTA焊缝热影响区焊后组织的硬度分布曲线（无预热，无焊后热处理）(www.xing528.com)
注：1.DPH—金刚石锥体硬度。
2.1in=25.4mm。（引自Lippold[12]，TMS/AIME授权）
图4-9热影响区中的区域2在高温时是全奥氏体组织（图4-8中的区域2）。这个区域温度高得足以使母材金属中的碳化物溶解，并使奥氏体晶粒长大。冷却后这个区域将全部为马氏体。因为全部或者大部分碳都重溶入奥氏体，所以硬度的峰值一般出现在这个区域。
图4-9热影响区中的区域3，在焊接时也被加热到奥氏体区（图4-8中的区域3），但是温度低于区域2，碳化物溶解不完全，奥氏体晶粒长大也不显著。晶粒长大的程度降低一方面是由于加热的温度低，另一方面是由于母材中未溶解的碳化物起了钉扎作用。碳化物不能溶解使奥氏体的碳含量低，在冷却时形成的马氏体的硬度也随之较低。
在区域4母材只有少量转变或完全不转变为奥氏体（图4-8中的区域4），其光学金相组织实质上和淬火+回火的母材金属相同。在这个温度区[800～950℃（1470～1740°F）]碳化物变粗而形成了比母材软的区域（图4-9中的4）。
如果考虑碳含量增加的情况，高温奥氏体+铁素体两相区将缩小而最终消失（图4-8），这会使熔合线软化区消失，因为由奥氏体相变产生的未回火的马氏体区要一直延伸到熔合线。如图4-8所示，w（C）=0.4%的钢在熔合线附近的热影响区内不存在铁素体。而当碳含量较低时，在熔合线近旁的HAZ中生成大量的铁素体，而引起显著的软化。
图4-10 12Cr-1Mo（HT9）钢的热影响区金相组织[2]
a）靠近熔合线的未回火马氏体和铁素体 b）HAZ边界区的回火马氏体和未回火马氏体混合组织
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