本发明公开了一种多级析出与控轧控冷协同调控超大截面非调质钢强韧性与均匀性的方法，包括以下步骤：S1：连铸坯轧制前连续加热；S2：连铸坯出炉后水除鳞，水冷或待温至表面温度低于1100℃后开始轧制；S3：开坯轧制，前两道轧制连铸坯垂直的两个面，且每道次压下5‑10mm，后面连续4~6道交替轧制连铸坯垂直的两个面，每道次变形量≥20%，随后控制精轧和控制冷却成成品轧材。本发明通过协同调控合金含量与比例和控轧控冷工艺，实现析出相的多级析出，且与粗轧、精轧、轧后冷却过程中的组织演变相匹配，细化圆钢心部高温和室温组织。提高了直径160‑300mm的超大截面直接切削用非调质钢的强韧性和截面均匀性。