一次结晶结束，熔池就转变为固态的焊缝，高温的焊缝金属冷却到室温时，要经过一系列的相变过程，这种相变过程就称为焊缝金属的二次结晶。
以低碳钢为例，一次结晶结束时，即形成含碳量小于0．09%的δ－Fe组织，焊缝金属继续冷却，当温度低于1486℃时，开始发生δ－Fe→γ－Fe的转变，即形成奥氏体组织，当温度达到Ac3时，发生γ－Fe→α－Fe的转变，当温度再降到723℃时，余下的奥氏体分解为珠光体，此时钢的组织为铁素体和珠光体。所以，低碳钢焊缝在常温下的组织，即二次结晶的组织为铁素体加珠光体。在低碳钢的平衡组织中，珠光体的含量是很少的，但由于焊缝的冷却速度较大，所得珠光体的含量一般都较平衡组织中的含量多，冷却速度越大，珠光体的含量越多，焊缝金属的性能也就随之发生变化，强度和硬度有所提高，而塑性和韧性有所下降。