金属材料在塑性加工和热处理过程中的再结晶是调控微观组织、改善机械性能的重要物理冶金机制之一。再结晶过程中,在形变组织及形核机制的双重作用下,晶体取向会向着某些择优取向转移,形成再结晶织构。再结晶织构的形成是导致材料性能各向异性的主要原因,同时通过改变织构组分也是优化铁素体不锈钢成形性能的主要手段。铁素体不锈钢作为典型的节镍型不锈钢具有耐大气腐蚀和应力腐蚀不敏感等优点,但是由于缺乏优良的成形性能而限制了其在某些领域的应用。而铁素体不锈钢成形性能与其取向织构和晶粒尺寸密切相关,因此控制再结晶组织及织构的发展具有重要意义。再结晶是一个连续发生的过程,传统实验方法难以直观显示材料内部的微观机制。在计算机模拟方面,再结晶过程中微观组织的拓扑结构演化和再结晶动力学已获得了较好的计算结果。然而,再结晶过程中晶体取向演化受变形基体取向、再结晶形核位置和取向、取向晶粒的择优生长和区域晶粒交互作用等多因素影响,使得再结晶织构的计算机模拟仍有很大难度。本研究将在实验的基础上,基于电子背散射衍射(EBSD)实验分析,探索构建含有晶体取向状态变量及转变规则的元胞自动机(CA)计算机模拟方法,模拟分析再结晶过程中形核、晶界迁移及织构演化等特点。主要研究内容及研究结论如下:1.采用EBSD技术获得了铁素体不锈钢冷轧及退火后微区晶体取向分布的实验数据,编写程序将晶体取向信息(欧拉角)导入计算机模型,实现了晶体取向分布的数据重构。基于D.Raabe等人提出的EBSD菊池带衬度与相对位错密度分布对应关系,编写程序基于EBSD实验数据中的菊池带衬度,在计算机模型中构建了相对位错密度分布。基于晶体学理论,编写了立方结构晶体取向间夹角计算程序,实现了基于欧拉角信息的晶界判定和元胞间晶体取向夹角的计算功能。2.基于再结晶过程的物理冶金学原理,建立了二维元胞自动机的位错密度模型、形核率模型和再结晶晶粒生长过程中的晶界迁移模型,构建含晶体取向状态变量的再结晶CA计算流程,编写了再结晶CA计算机程序。通过与EBSD实验结果对比,优化了铁素体不锈钢再结晶位错密度形核模型参数。3.模拟了铁素体不锈钢再结晶过程,并通过准原位实验对模拟结果进行了验证。通过对模拟及实验结果进行分析,明确了形核优先发生在具有较高储存能的原始晶界及微观变形带上,且晶界形核要优先于变形带。同时证明了晶粒长大过程中只有当取向夹角介于15°到45°之间时,晶界才能具有较大的迁移率,新晶核得以长大。4.利用EBSD技术和元胞自动机模拟分析铁素体不锈钢在变形态和退火态的能量分布、大小角度晶界分布和组织及织构分布特点。结果表明,铁素体不锈钢变形晶粒取向表现为较强的α-纤维织构和相对较弱的γ-纤维织构,且变形后组织被拉长为条带状,晶粒内部及晶界处形成大量的小角度晶界。再结晶过程中γ-纤维织构由于变形储能高,形核优先于其它取向的变形晶粒,而α-纤维织构形核缓慢。且随着再结晶的发生,晶粒取向变化规律为α-纤维织构的强度降低,γ-纤维织构的强度逐渐增强,组织转变为等轴晶,再结晶处小角度晶界消失。5.对不同变形量和退火温度下的铁素体不锈钢组织与织构进行了EBSD实验观察和CA模拟。结果表明,相同退火温度时,随着变形量的增加,小角度晶界密度增大,变形储能增加,形核密度提高,再结晶晶粒尺寸减小且晶粒分布均匀,γ-纤维织构的强度增加。相同冷轧变形量时,随着退火温度的提升,晶粒尺寸增大,γ-纤维织构的强度得到进一步增加。