在不锈钢焊缝金属结晶之后，已经形成的树枝状组织在进一步的冷却中，会立即发生再结晶，形成新晶界。这种新晶界，不再是树枝状晶，而是呈等轴晶或柱状晶形态。由于一般不锈钢焊缝金属不在结晶后的冷却过程中发生相变，所以，必然会发生再结晶。图1-38所示为再结晶产生的粗大二次结晶的一个区域，这个区域是δ铁素体平均含量较高的不锈钢多道焊焊缝金属的一部分。新形成的晶粒在每一层上生长，长度可达3～6mm。这些二次晶粒的生长既不受两层焊缝金属之间δ铁素体边缘的限制，也不受大量细小的一次结晶组织的限制。焊缝金属的再结晶现象不仅发生在冷却过程中，也发生在多层焊新一道焊缝金属的熔敷过程中。其再结晶晶粒可以越过焊层交界进入另一层焊缝金属中。


当然，再结晶晶粒的长大也受形核条件的影响，如果一次结晶晶核较多，晶粒较细小，再结晶中二次晶粒的生长也会受到限制。
对于不锈钢焊缝金属，再结晶的开始温度通常在500～550℃，结束的温度为固相线。温度较低时，再结晶需要时间就长。大约从700℃以上的温度，不锈钢焊缝金属在所有的热处理过程中都会发生再结晶。但在电弧焊那样的快速加热中，这一再结晶温度上升到1000℃。由于δ（α）铁中铁的自扩散系数较高，因此，铁素体焊缝金属比奥氏体焊缝金属更容易发生再结晶，晶粒更加粗大。但如果焊缝金属发生固相转变（比如δ→γ或者γ→δ转变），这一相变过程会消除再结晶过程，或者使再结晶过程减缓。
除了晶界、晶格缺陷或者细小的非金属夹杂物可作为晶核外，奥氏体焊缝金属中的δ铁素体也具有强烈的形核作用。因此，在奥氏体焊缝金属中通常含有5%～10%的残留w_δ铁素体，就可以减少再结晶过程中形成粗大晶粒的现象。
在不锈钢焊缝金属中，还会出现下述现象。当温度已经低于固相线，但在新的晶粒形成之前，富集在晶粒边界的低熔点物质会导致产生液化裂纹。在长期高温工作条件下，再结晶会降低蠕变强度，并可能引起金属间化合物的析出。在δ铁素体含量较高的铬钢的情况下，再结晶导致的晶粒粗大，会使材料严重脆化。