钢液凝固过程中由于溶质元素浓度的变化,钢中非金属夹杂物的形成分为多个阶段即液相、固液两相区和固相。目前,对于夹杂物形成时刻及演变过程很难预测,因此,对夹杂物形核、析出和演变的研究有着重要意义。本文通过计算显微偏析、钢液-夹杂物平衡热力学和夹杂物长大动力学,并结合二步形核理论对夹杂物的形核、析出进行阐述。以Al-Ti脱氧低碳钢和GCr15轴承钢为研究对象,研究钢凝固过程中夹杂物形核-析出模型。首先,通过大量的显微偏析模型研究与计算验证,得到Ohnaka方程的适用性和准确性。利用Ohnaka显微偏析模型计算溶质元素初始含量对偏析比的影响,结果表明:初始C含量对溶质元素Ti、Al、S元素的偏析程度有显著影响,对O元素的偏析程度影响很小;初始Ti,Al含量对Ti,Al,O,S元素偏析影响很小。其次,通过显微偏析模型、钢液-夹杂物热力学平衡计算和夹杂物析出长大动力学模型,建立了夹杂物形核-析出（NINP）模型。在模型应用的过程中,采用二步形核理论对Ti N夹杂物的结构进行优化。将夹杂物形核-析出（NINP）模型应用到Al-Ti脱氧低碳钢和GCr15轴承钢。预测得到Al-Ti脱氧低碳钢中主要夹杂物为Al2O3、Ti Ox和Ti S;GCr15轴承钢中主要夹杂物为Al2O3、Ca O、Ca S、Ti N、Mn S;并且随着冷却速率增大,导致局部凝固时间缩短,进而影响夹杂物最终尺寸;通过设置多种冷却梯度（100-500 K/min）,发现400-500 K/min时夹杂物的尺寸变化小于100-200 K/min时尺寸的变化;在Al-Ti脱氧低碳钢中相对于Ti含量,S含量对Ti S理论半径影响显著;在GCr15轴承钢中相对于Ti含量,N含量对Ti N理论半径的影响显著。最后,采用场发射扫描电子显微镜对所研究的Al-Ti脱氧低碳钢和GCr15轴承钢中夹杂物进行观察。实验结果显示的夹杂物种类、尺寸和析出时刻与模型预测结果基本一致,验证了本工作提出的夹杂物形核-析出模型（NINP）的准确性。