H13钢是世界范围内最广泛使用的热作模具钢之一，其球化退火组织和性能的优劣直接影响用户的最终使用性能。热作模具钢含有较高含量的碳和合金元素，钢锭在锻轧后缓慢冷却过程中易在晶界析出二次碳化物，影响模块性能，所以必须进行预处理，即固溶+球化退火处理，以用来均匀组织和降低硬度，方便对模具进行机加工。目前钢厂主要采用1100℃高温固溶处理+两段式等温球化退火处理工艺，但整个工艺流程较复杂，耗时过长，而且部分钢厂无法达到1100℃高温固溶生产条件。因此，本文通过大量试验，研究了原始组织、固溶温度、球化退火温度和保温时间等因素对球化组织的影响，通过力学性能试验、OM、SEM、Image Pro Plus软件等测试方法对性能、组织及球状碳化物统计进行了实验与分析，探索出一种经济高效的预处理工艺，在保证模块性能达到北美压铸协会标准（NADCA）的情况下，满足我国部分特钢企业实际生产条件，简化工艺流程，缩短生产周期，生产出高质量、低成本的H13钢产品，主要研究结果如下：原始组织对球化组织有一定的影响。通过CCT曲线图，选取了0.03℃/s、0.3℃/s、10℃/s三个冷速以获得珠光体、贝氏体、马氏体三种不同的淬火组织，原始组织为珠光体时，球化退火后碳化物颗粒较粗大，硬度较低；原始组织为全马氏体时，球化速度快，球状碳化物大小均匀、分布弥散，硬度较高；原始组织为贝氏体时，球化效果介于两者之间。结果表明：原始组织为马氏体时的球化效果最佳。基于原始组织为马氏体组织的前提，固溶温度对球化退火后组织有一定的影响，通过比较不同温度固溶，相同长时间保温球化退火工艺处理后的组织发现：1060℃固溶后，奥氏体晶粒大小、未溶碳化物的数量及尺寸都适中，长时间保温球化退火组织和退火硬度都满足NADCA#207-2006标准对优质H13钢的要求，且淬回火后的强韧性配比较高。通过对不同预处理工艺热处理后的H13钢进行淬回火后的组织和性能对比分析，同时考虑经济、高效及实用性等因素，表明：1060℃×30min+840℃×12h为H13钢最合理的预处理工艺，其球化组织、淬回火冲击韧性等均优于目前广泛使用的1100℃固溶+两段式等温球化预处理工艺。通过SEM图片结合Image Pro Plus6.0专业图像分析软件，创新性的提出了H13钢球化组织中碳化物统计新方法，为热作模具钢球化组织评估提供了更为准确、科学的分析手段。对比分析进口H13钢（8407）、宝钢特钢优质SWPH13钢及经济高效预处理工艺处理后的H13钢的碳化物统计结果，表明：经济高效的预处理工艺处理后的H13钢碳化物颗粒数、长轴、短轴、长短轴之比、平均直径、圆面积等参数均处于进口H13钢（8407）和SWPH13钢之间，由于长短轴之比反映了球状碳化物的圆整程度，因此，本文研究的经济高效的预处理工艺处理过的H13钢的碳化物颗粒数、分布和圆整程度都与进口H13钢（8407）水平相当。