TiN夹杂物在钢液凝固过程中会不可避免地析出。TiN在钢中的形状,尺寸大小以及分布对钢的强度、韧性和疲劳性能均有影响。例如,TiN会引起钢中裂纹的产生,小尺寸TiN又可以改善钢的屈服应力。为直观呈现钢液凝固过程中TiN夹杂物从形核到长大的完整过程,本文基于元胞自动机（CA）模型建立了模拟钢液凝固过程中枝晶生长和TiN析出的跨尺度模型。模型通过线性插值的方法将宏观温度场网格、介观枝晶生长网格和微观TiN析出网格进行耦合计算。为准确描述TiN形核过程,采用异质形核模型对TiN形核过程进行描述。由于流场会对枝晶生长产生重要影响,为研究强制对流下枝晶生长过程,耦合CA枝晶生长模型和格子Boltzmann流场模型,开发了强制对流下枝晶生长模型,并应用于Fe-C-Ti-N四元合金在强制对流下的凝固过程。本文得到以下结论:（1）利用枝晶生长模型模拟了 Fe-0.33%C-0.044%Ti-0.0145%N四元合金等轴晶的生长,并与经典LGK解析模型得到的结果进行了对比验证。结果表明:过冷熔体中等轴晶尖端生长速度快速降低,并达到平衡;随过冷度增加,枝晶尖端生长速度升高,而尖端半径逐渐减小;等轴晶周围液相溶质浓度从固液界面前沿到远处液相的溶质浓度逐渐降低,且枝晶根部溶质浓度最高;枝晶生长模型计算值与LGK解析模型预测结果吻合良好。（2）运用建立的多尺度CA模型计算了 Fe-0.33%C-0.044%Ti-0.0145%N和Fe-1.01%C-0.0078%Ti-0.0049%N两种四元合金凝固过程中TiN夹杂物析出现象,并与试验结果进行了对比。结果表明:模型计算结果与试验观察到的TiN体积和形貌吻合良好;模拟发现,TiN开始析出时主要在冷却边附近,且两合金中分别发现TiN溶解和再析出现象。（3）运用建立的多尺度CA模型对初始浓度积相同的两合金体系Fe-0.33%C-0.09%Ti-0.02%N（High-rat alloy）和 Fe-0.33%C-0.06%Ti-0.03%N（Low-rat alloy）中 TiN 在柱状晶区的析出进行了模拟计算,分析了不同Ti/N比对TiN析出的影响。结果表明:Low-rat合金体系和High-rat合金体系析出时间基本相同,但Low-rat合金TiN固相分数比High-rat合金高45%,且会发生二次析出现象,N元素是二次析出的控制因素。（4）偏心正方形算法大大减弱了网格各向异性对枝晶生长的影响,可模拟各方向等轴晶的生长。从而运用建立的多尺度CA模型计算了合金体系Fe-0.33%C-0.06%Ti-0.03%N中TiN在等轴晶区的析出过程,对比了等轴晶区和柱状晶区的TiN析出情况。结果表明:当柱状晶和等轴晶共存时,TiN析出固相率从0.60提高到0.65,且TiN首先在柱状晶区形核。等轴晶区的出现使TiN总体积分数减少70%,但等轴晶区形核的TiN平均体积较大。（5）运用建立的流场模型模拟了 Fe-0.33%C-0.044%Ti-0.0145%N合金体系的等轴晶在流场中生长演变过程。结果表明:迎流侧枝晶臂较y轴枝晶臂和背流侧枝晶臂更发达;随流速增加,背流侧流场出现上下两个对称的旋涡;y轴枝晶在流速0.01～0.05m·s-1范围内变粗变长。