皱折（Ridging）作为铁素体不锈钢在成形过程中常见的表面缺陷一直受到广泛关注,其形成原因与铸态组织中发达的柱状晶密切相关。随着钢中碳、氮含量的极低化,其铸态组织中柱状晶更加发达,皱折缺陷通常会变得更加严重,为此,获得高比例细小致密的等轴晶是超纯铁素体不锈钢凝固组织所追求的目标。研究已经证明在铁素体不锈钢中添加稳定化元素钛能提高凝固过程等轴晶率并减轻皱折缺陷。近年来,钛、铌双稳定超纯铁素体不锈钢得到快速发展,但有关钛、铌对凝固组织的影响、交互作用以及凝固过程第二相析出机理方面的研究报道尚很少见,这方面的研究对于获得理想的凝固组织并改善皱折缺陷具有重要意义。本文以超纯铁素体不锈钢为研究背景,围绕钛、铌对凝固过程第二相析出及对凝固组织的影响开展研究。通过拉曼光谱、电子背散射衍射（EBSD）以及滴落实验确认了 Ti合金化后形核核心的结构以及诱导铁素体不锈钢的形核作用。建立了多元非平衡凝固模型,提出了 Nb合金化提高等轴晶率的机理。明确了钛、铌复合添加细化铸态晶粒的相互作用效果。结合实际生产结果,提出了工业化生产高等轴晶率钛、铌双稳定超纯铁素体不锈钢连铸坯的关键工艺。主要研究结果如下:（1）快速冷却滴落实验表明,在初始凝固形成的等轴枝晶中,找到了复合核心诱导形核的直接证据。拉曼光谱确认了复合核心中的氧化物为Ti2O3。通过EBSD揭示了Ti2O3与TiN之间特定的取向关系,即{0001}Ti2O3//{111}TiN,此时Ti2O3与TiN之间的晶格错配度为0.6%,证明了Ti2O3进促TiN形成的有效性。进一步提出了有效核心的形成条件,即Ti含量大于0.14wt%,Al含量小于150ppm,溶解氧含量为9～12ppm。（2）揭示了 Nb提高等轴晶率的组成过冷机理。铁素体不锈钢中Nb含量平均每提高0.1wt%,等轴晶率提高5.5%。Nb合金化显著影响凝固过程枝晶生长动力学,阻碍晶体的生长,进而扩展凝固前沿的组成过冷区域,促进铁素体不锈钢的自发形核并提高等轴晶率。（3）在Ti、Nb复合添加的条件下,能够进一步细化铸态组织。研究表明,当Ti含量在0.19wt%左右时,Nb含量平均每提高0.1wt%,晶粒平均直径下降8%。Ti合金化可以促进复合核心的形成并诱导形核。Nb合金化可以扩展凝固区间并促进晶界析出物的形成,提高了形核效率并阻碍晶粒的合并与长大。Ti、Nb元素的交互作用,优于Ti单稳定工艺。（4）通过工业化生产制备了具有高等轴晶率的Ti、Nb双稳定超纯铁素体不锈钢连铸坯。对核心成分进行提取,发现当Ti2O3氧化物中含有少量的Mg、Al元素时,可以有效促进（Ti,Nb）（CN）的形成并促进形核,此时氧化物尺寸为1～1.5μm。为了形成有效的核心氧化物,当Ti含量为0.18wt%时,需要溶解Mg含量为3～5ppm,Al含量为50～75ppm。（5）统计提取了核心在连铸坯厚度方向的分布特征,发现核心的数量分布与冷却速率密切相关。研究表明,冷却速率每增加1K/s,形核过冷度增加35.7K,因此为核心的形成创造有利条件。结合实验数据,建立了适用于铁素体不锈钢的CET预测模型,计算结果表明核心的有效性以及核心数量是提高等轴晶率的关键因素。研究表明CET以及等轴晶率是可以预测并准确控制的。为实际生产高质量超纯铁素体不锈钢产品建立了基础。