本发明公开了一种高铬磨段分级淬火热处理工艺，包括如下步骤：S1、对高铬磨段加热进行奥氏体化处理；S2、取出奥氏体化的高铬磨段，放入淬火油中淬火；S3、从淬火油中取出高铬磨段，空冷降温；S4、对空冷降温后的高铬磨段进行回火处理，然后空冷至室温。本发明对淬火工艺进行改进，选用分级淬火方式，并对淬火工艺参数进行选择，使得马氏体转变充分，提高高铬磨段的硬度，并结合适宜的回火工艺，使得高铬磨段中含有适量的残留奥氏体，使得基体保持良好的韧性，最终使得高铬磨段拥有合适的硬韧性，降低高铬磨段破碎、剥落、失圆风险。