随着离心压缩机的发展，其使用工况向低温推进。叶轮是离心压缩机的关键部件，通过焊接生产。但现行工程实际中，缺少在-196℃下使用的叶轮。9Ni钢是现行优异的低温材料。因此，选取9Ni钢作为叶轮材料并合理制定其焊接和热处理工艺，保证接头良好的低温性能是开发低温叶轮的前提条件;对叶轮焊接生产及运行过程进行有限元分析，获得结构应力分布情况是保证叶轮安全运行的必要条件。　　本文以9Ni钢为载体，针对供货态母材低温性能较差的现状，制定双相区处理(IHT)和双正火(NNT)两种热处理工艺，分别获得细小的板条马氏体和粒状贝氏体，母材低温韧性显著提高。接着，选择ENiCrMo-3焊条，并严格控制焊接热输入来研究9Ni钢接头的低温性能。两种热处理工艺接头显微组织类似，焊缝是全奥氏体组织，热影响区是粒状贝氏体，低温性能均满足要求。与此同时，测试材料高低温下的性能参数，获得9Ni钢材料的弹性模量、切变模量、屈服强度、线胀系数，作为叶轮焊接有限元计算的材料性能参数，填补该类材料参数的空白。另一方面，运用有限元模拟手段对叶轮生产及服役过程进行分析。在热-弹塑性有限元理论的基础上，基于单元“生死”技术，采用热-应力耦合方式，对叶轮焊接过程进行计算，获得叶轮焊接残余应力分布。叶轮焊接残余应力集中在进风口焊缝处，峰值应力超过材料屈服强度。针对叶轮高的焊接残余应力，采用理想热处理曲线对叶轮进行消应力处理。热处理后峰值等效应力并未降低，但应力得到重分布。此外，采用模态分析方法，获得叶轮工作时的临界转速。从而基于临界转速，分析叶轮超速预过载中的应力分布。从实验测试结果和有限元计算分析可得出，开发低温下运行的离心式叶轮是可行的。　　综上所述，本文采用实验测试和有限元模拟两种方法，从材料和结构两个方面入手，综合分析低温叶轮开发的可行性。本论文的研究工作已被企业采纳，对实际生产有很好的指导作用。