本发明属于钢铁材料热处理领域，特别是一种厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，适应于解决大断面低碳低合金钢铸锻件因壁厚大热处理时心部淬不透而产生低温冲击韧性低且不稳定的问题。本发明的特征在于在传统的淬火、回火热处理之间添加一个Ac1以下50℃～90℃温度的退火处理和一个Ac3±25℃温度范围内的中间热处理，同时相应地调整传统工艺的回火温度，从而达到通过中间热处理调节厚大断面心部粒状贝氏体组织中马氏体/奥氏体岛状组织(简称M-A岛)的含量、尺寸、碳浓度、硬度及分布位置的目的，实现与基体组织的良好匹配，进一步通过适当的回火热处理控制粒状贝氏体基体和M-A岛在回火过程的演化来使厚大断面钢铸锻件心部组织具有优良的强韧性。