本发明公开了一种优化TC21钛合金微观组织的连续多步热氢处理工艺,工艺流程是先对TC21钛合金试样表面进行处理,然后将试样放在真空环境下加热至充氢温度,再连续多步充入定量的氢气,每步充氢后保温至氢压稳定,最后一步充氢保温后空冷至室温,即完成对TC21钛合金微观组织的优化。