9Ni钢具有优良的低温韧性，一方面和它的化学成分有关，另一方面是后续的热处理工艺形成了特定的组织结构，改变热处理工艺（循环多步两相区淬火）甚至可以在改变某些化学成分（比如降低Ni的含量）的情况下低温冲击性能并没有大的下降。ASTM标准中列出的适用于9Ni钢的热处理工艺有NNT（双正火+回火）和QT（淬火+回火），目前工业生产一般采用QT或者QLT工艺。

 淬火热处理是把钢加热至A3温度以上一定温度，保温一段时间后以大于临界冷却速度冷却，最后得到得到马氏体(贝氏体或珠光体)的热处理工艺。淬火的主要作用是把奥氏体化的组织在很快的冷却速度下把组织转变成马氏体，在随后的回火后，获得需要的力学性能。淬火常和回火一起使用，是热处理工艺中最重要、用途最广泛的工艺。钢的强度和硬度通过淬火得到提高，残留内应力通过回火来消除，最后得到不同强度、韧性和硬度结合的力学性能，所以淬火和回火是联系在一起的两种热处理工艺。9Ni钢中的淬火过程是为了得到板条马氏体结构，以便于在后续的两相区淬火中在板条马氏体间析出奥氏体。

  两相区淬火是9Ni钢处理工艺中最重要的一步。两相区淬火等温温度在A1至A3之间。两相区淬火最重要的作用是细化晶粒，低温韧性得到提高，也能抑制回火脆性。两相区淬火又称不完全淬火，两相区淬火因为加热温度低，所以转变后的组织也比较细，单位晶界面积杂质数量减少。亚温淬火后会形成回火马氏体、新形成的马氏体和少量奥氏体的组织，这种结构可以使得9Ni钢在液氮温度也具有很好的韧性，不发生脆性破坏。

 回火是将钢在A1温度以下等温，使组织稳定，然后以适当方式冷却到室温的工艺过程。回火的主要作用是减少或消除残余应力，保证相应的组织转变，改善钢的韧性和塑性，获得强度、塑性、韧性和硬度适当的配合，满足各种不同使用工况的要求。习惯上把淬火与高温回火(500℃～650"C)双重处理称为调质(Tempering and Quenching，简称QT)处理。如果中间加一步亚温淬火，称作QLT工艺。QLT比QT工艺虽然复杂一些，但是却能大幅提高9Ni钢的低温韧性，因为QLT处理使得晶粒度更细，奥氏体含量更高，在后面提到的低温韧性的影响因素中，这是两个重要的原因。有研究表明，当回火时的升温速率在10℃/s的时候，可以得到最多的奥氏体含量，低温性能更好，因为这个升温速率更有利于碳元素在马氏体和奥氏体之间的配分。