作为资源节约型材料,铁素体不锈钢可以取代价格相对昂贵的奥氏体不锈钢应用于家电、厨具等生活用品领域。铁素体不锈钢轧制成形过程容易产生折皱甚至边裂缺陷,降低轧制板材的成材率,从而限制了其广泛应用。近年来,基于凝固过程的基本理论,一种振动激发形核技术被提出。尽管前期研究发现该技术能够显著提高铸锭凝固组织的等轴晶率,但等轴晶的形核及长大条件和机理尚不明确。然而,铁素体不锈钢的凝固过程是一个高温热成形过程,形核和长大过程无法直接实时观测。因此,数值模拟的研究具有十分重要的意义。本文以Cr17作为研究对象,开展了振动条件下铁素体不锈钢凝固过程的数值模拟。宏观模拟方面,通过Gambit软件进行三维几何建模,采用Fluent软件进行数值模拟计算,分析了不同过冷度和振动频率条件下的温度场分布、流场分布、晶粒分布及其运动轨迹和流体的运动轨迹;微观模拟方面,通过元胞自动机(CA)法建立形核(连续形核模型)和生长(KGT模型)的二维数学模型,采用Microsoft Visual Studio 2010软件进行数值模拟计算,分析了不同时刻的晶粒形貌组织。初步探讨了铁素体不锈钢凝固过程中晶粒形核、剥离和长大规律及条件。结果表明:温度场沿振动方向呈对称分布,以正温度梯度向外扩散,垂直于振动方向的温度低于振动方向,高过冷度有利于温度场扩散,低过冷度和高振动频率能够有效抑制凝固坯壳在晶核发生器表面快速形成。在过冷度为540K条件下不仅能够在晶核发生器表面迅速形成大量晶粒,并且能够有效防止凝固坯壳的形成,有利于晶粒的剥离。流场沿振动方向呈对称分布,以心形向外扩散,垂直于振动方向的熔体流动性优于方向,振动频率对流场的影响大于过冷度,三种不同的振动频率条件下晶粒均可以达到均匀分布,但是达到均匀分布所需要的时间随着振动频率的增加先减小后增加。在频率为1000Hz的条件下最快达到均匀分布。综合考虑熔体中的温度梯度、晶核发生器表面凝固坯壳的形成条件以及晶粒和流体运动轨迹,在垂直于振动方向等轴晶形核和长大的最佳参数是过冷度为540K,振动频率为1000Hz。