大口径精密光亮无缝钢管高碳马氏体(黑色)是由奥氏体非扩散切变转化而成的非平行片状。片状马氏体的{225}和{259}晶体具有多种等效的晶面，因此，在大口径精密光亮无缝钢管金相组织中可以看到片状马氏体具有多种方向。片状马氏体的尺寸与晶粒大小及持续冷却有关。

当温度下降到马氏体开始温度(Ms)时，第一片马氏体形成，其片长为奥氏体晶粒大小；可以认为大口径厚壁精密无缝管最长的片状马氏体尺寸等于奥氏体晶粒尺寸。随温度进一步降低，奥氏体相变持续进行，尺寸变细的马氏体片更多地形成于片状马氏体之间。

按照这种大口径精密光亮无缝钢管马氏体形成规律，奥氏体晶粒尺寸越细，片状马氏体尺寸越小。因为大口径精密光亮无缝管高碳水化合物具有良好的稳定性，所以在冷却过程中被保留下来，称为残余奥氏体。

增加大口径精密光亮无缝钢管的含碳量会显著降低马氏体开始转变温度(Ms)，使马氏体转变温度范围降至室温以下。因而碳渗后淬火至室温，20#大口径精密光亮管渗碳层中总有大量残留奥氏体组织。如渗碳后直接淬火试样的渗碳层，其残留量一般为30%~35%。残余奥氏体是影响渗碳大口径精密光亮无缝钢管疲劳性能的重要因素。

在冷却到室温后渗碳件渗碳，可以采用再热淬火工艺，再加热淬火可以有效地细化奥氏体晶粒尺寸。若大口径精密光亮无缝钢管二次加热温度高于相图临界温度Acm，则组织完全转变为奥氏体，选择稍高于Acm的奥氏体化温度来细化晶粒尺寸。在低于Acm的温度下对渗碳钢再次加热，碳化物球化后保留于渗层奥氏体中。

从而导致奥氏体的含碳量下降，提高淬火组织开始转变温度Ms，淬火组织中残余奥氏体较少。碳化物颗粒抑制晶粒生长，细化晶粒；渗碳再热淬火得到8620钢的马氏体和碳化物显微组织。所见的白色球形颗粒为淬火所保留的碳化物，黑色为侵蚀后的细小马氏体及残余奥氏体组织。

因为大口径精密光亮无缝钢管组织非常细小，在金相显微镜下很难进一步分辨。随着含碳量的增加，马氏体硬度和强度增大。所以淬硬大口径精密光亮无缝钢管表面的最高硬度在渗碳后的近表层。若存在大量硬度较低的残存奥氏体，抵消16mn大口径精密无缝管近表层马氏体的高硬度，而表层和残余奥氏体含量最高，硬化层硬度峰值可能出现在距表面一段距离。

随着距大口径精密光亮无缝钢管表面距离的增加，渗碳层中马氏体碳浓度降低，硬度降低。