齒輪鋼是重要的汽車用鋼，為了有效提高齒輪鋼的強度和韌性，改善其熱加工性能，常常加入Cr、Mo、Ni、Ti和Si等合金元素。這類合金元素能夠引起鋼液固相線、液相線溫度的變化，直接影響到鋼液凝固過程中晶粒的形核和長大等行為，進而對鑄坯凝固組織產生重要影響。鑄坯凝固組織形態是決定其內部質量的基礎，對產品成分均勻性、淬透性以及帶狀組織等質量缺陷均具有重要影響。

關于金屬凝固過程微觀組織的模擬，目前主要研究方法有確定性方法、相場法和隨機性方法三種。隨機方法又可分為蒙特卡羅（MC）法和元胞自動機（CA）法，Rappaz等把CA模型與有限元方法（FE）耦合起來建立的宏觀-微觀耦合模型（CAFÉ），成功地預測了從柱狀晶到等軸晶的轉變，并在試驗中得到了驗證。北京科技大學白禮國等人利用移動邊界法得到22CrMoH連鑄坯凝固過程中的溫度場，在此基礎上采用元胞自動機-有限元（CAFÉ）法對22CrMoH齒輪鋼連鑄坯的微觀組織進行數值模擬，模擬組織與實際樣品組織形貌基本一致。模擬結果表明，在22CrMoH鋼號規定的范圍內，隨著Si、Mn、Cr和Mo元素含量提高，22CrMoH鋼的液相線溫度、固相線溫度降低，枝晶尖端生長動力學參數a3減小。隨Si和Mn含量增加，等軸晶比例明顯增加，晶粒平均尺寸也呈明顯下降趨勢；Mo含量增加能夠明顯增加形核數目，晶粒尺寸隨之下降；適當減少Cr含量有助于提高等軸晶的比例，但對晶粒數目和尺寸影響較小。