一般来说，毛坯上的脱碳层都已被机械加工时切削掉了，最后检验到的脱碳层是淬火加热时的脱碳层。高碳低合金工具钢的淬火脱碳层有共同的组织特征，9SiCr钢的淬火脱碳层组织形貌见上图（9SiCr钢淬火脱碳层全貌，100×）。
当表面脱碳到碳的质量分数为0.6%~0.8%时，在脱碳层高倍组织中，仍可看到剩余碳化物，但数量比中心正常组织少。当脱碳到碳的质量分数为0.4%~0.6%时，淬火后的黑白区组织变成了交叉分布的针状马氏体组织，侵蚀后呈灰白色，比中心正常的淬火黑白区组织的色彩浅得多；马氏体针普遍较长，可在500倍下清楚地看到；低温回火后，虽然脱碳区组织的色彩普遍变暗，但该区色泽仍比中心正常组织浅。正常试样，由于抛光时表面有倒角现象，或侵蚀不当，有时表层也出现较浅的色彩，这种表面浅色调与表面脱碳无关。因此，在鉴定表面是否有脱碳时，必须把表面针状组织特征显现出现，不能只根据色彩变化下结论而造成误判。
若钢的表面进一步脱碳，当表面碳的质量分数低于0.4%时，表面脱碳组织中出现低碳马氏体，板条较长，成排分布，侵蚀后色泽比中心要深；回火后其色泽仍比中心正常组织的色彩深。此时，应注意排除试样和镶嵌物质间隙内储留的侵蚀剂回流到试样表面造成的二次腐蚀所出现的现象。侵蚀后，必须以显现成排分布的板条马氏体为准，不能只以色泽深浅作为脱碳层深浅的唯一判据。
若碳严重脱碳，表面低碳马氏体淬火组织中出现网状铁素体，甚至出现连续分布的铁素体纯脱碳层，此时，试样须侵蚀到出现铁素体晶界为准，不能只看到试样表层呈白色就判为纯脱碳层。脱碳严重到出现纯脱碳层时，脱碳总深度就可能大于精磨余量，工件可能要报废。
上图是从早期磨损报废的工具的非工作面上拍摄到的脱碳层组织，最表层为铁素体+低碳马氏体，次层全部为成排的低碳马氏体，内层为交叉分布的针状马氏体，中心是正常的淬火-回火组织。总脱碳层深度约0.8mm。再仔细观察表层组织中的铁素体，可发现铁素体网被夹在两层低碳马氏体之间，工件最表层是低碳马氏体层，由此可以推测，脱碳层在淬火以前的工序中已经形成，在机械加工中未被全部切除掉。淬火加热时，非但没有进一步脱碳，而且在表面还渗入了少许碳，使表层出现夹心组织。推测淬火加热是在保护气氛中进行的。尽管如此，淬火时渗入的碳毕竟很少，工件脱碳层如此之深，以致促使工件早期磨损报放废。