本發明公開了一種改善高速鋼強韌性的熱處理工藝方法,包括對高速鋼件經等溫球化退火預處理后再施以等溫淬火、分級淬火及深冷處理和回火復合最終熱處理,等溫球化退火預熱處理后,以便于機械加工,并為后續淬火處理做好組織準備;在預熱處理完成后進行最終熱處理,其步驟為:在下貝氏體轉變溫度等溫油淬,然后深冷處理24小時或以上,再經二次循環處理:520~600℃分級淬火+深冷處理,最后在520~600℃保溫1-2小時回火。