H13热作模具钢的综合机械性能良好，在模具领域得到了广泛应用。但其工作环境很差，表面易产生磨损、腐蚀等失效，导致模具寿命降低。为提高H13钢的机械性能，对其进行电子束扫描表面改性处理，该工艺下的微观组织的生长形貌及尺寸等决定着材料的机械性能，但其形成过程快速且复杂，无法实现实时监测，因此本研究采用数值模拟方法实现对 H13 钢电子束扫描表面改性处理下微观组织的研究，其具有重要的实际意义。　　本研究根据电子束扫描表面改性处理的实际过程，建立了电子束扫描表面处理的热分析物理数学模型，利用有限元（FE）分析软件COMSOL实现动态模拟，计算出电子束扫描加热及冷却凝固过程的温度分布规律；基于元胞自动机法(CA)，建立了微观组织形核与生长模型，采用偏心正方算法确定晶粒的择优生长，通过编程实现了电子束扫描温度场的FE-CA单向计算，模拟了H13钢电子束扫描熔池凝固结晶过程，并建立了GUI界面实现模拟过程可视化；基于蒙特卡罗法(MC)，建立微观组织晶粒生长模型，通过编程实现了电子束扫描温度场的FE-MC单向计算，模拟了H13钢电子束扫描冷却过程热影响区晶粒生长过程并实现生长过程可视化；且进行了 H13 钢电子束扫描表面改性实验，分析了扫描后的凝固区域及热影响区域的组织分布规律。并探索了不同扫描电流下熔池结晶微观组织。　　研究结果表明：电子束扫描加热过程中的温度分布规律：工件表面温度在扫描前期升温速率大，可迅速增至1040 K，在扫描中期与后期，温度相对缓慢升高，表面最高温度可至 2090 K；整个扫描加热过程的束流作用区前端温度梯度大于后端温度梯度，热影响区范围扩大。电子束扫描冷却凝固过程中的温度分布规律：工件表面温度快速降至365 K，平均降幅可达927 K/s，冷却速率随冷却时间的增加逐渐降低，且下降速率减小逐渐趋缓，工件整体温度最终趋于一致。对于微观组织的研究，熔池凝固区域结晶规律为：凝固区域底层晶粒主要生长为小细枝晶，中层晶粒主要为柱状晶，上层晶粒主要为等轴晶；满足生长条件的形核晶粒最先沿与热流方向平行的垂直方向生长，晶粒的生长随着热流的扩散，沿正温度梯度方向继续生长；形核晶粒的整体生长趋势为 “抛物线”型；热影响区晶粒生长规律为：靠近凝固区域的热影响区晶粒生长明显，晶粒生长速率随时间步长的增加逐渐减慢；实验得显微组织的熔池凝固区域边界形貌及晶粒生长位向与模拟结果一致，热影响区晶粒生长形貌及位向与模拟结果一致，故验证了所建温度场模型、CA模型和MC模型的准确性和可使用性。不同扫描电流下熔池结晶微观组织的晶粒度随扫描电流的增加而减少，且柱状晶增多，等轴晶减少。