本发明涉及一种中碳铬钼钒系热作模具钢的组织微细化预处理工艺,该工艺的具体步骤如下:A、高温固溶处理:工件以≤100℃/h升温至800~850℃后保温30~40s/mm,保温结束全功率升温至950~1050℃均温,按60~80s/mm保温后快冷至工件表面最终返温温度不超过400℃;B、时效球化处理:工件以50~80℃/h升温至600~700℃后保温90~100s/mm,保温结束以80~100℃/h升温至760~820℃后保温140~150s/mm,按20~30℃/h的速度随炉冷至600~700℃后保温140~150S/mm,最后以30~50℃/h随炉冷至500℃出炉空冷。本发明提供了一种改善带状组织偏析、减少亚共晶碳化物和网状碳化物数量、获得细小均匀的球化退火组织的中碳铬钼钒系热作模具钢的组织微细化预处理工艺。