为得到均质、致密、细晶铸锭,本文提出旋转芯坯复合浇铸工艺。芯坯置入钢液后,代替普通模铸钢锭心部组织,彻底消除心部疏松和缩孔缺陷。低温芯坯吸收一部分钢液热量,提高钢液过冷度和凝固速度,提高形核率。芯坯旋转使新形成的晶粒在薄弱位置破碎,提高凝固组织的细化程度和均匀性。选用20号钢作为芯坯材料,Q235钢作为熔体材料完成多个复合浇铸实验。通过对比不同浇铸工艺条件下所得铸锭的宏观形貌和微观组织,分析不同工艺参数对铸锭内部质量的影响。通过观察旋转置入圆柱形芯坯复合浇铸钢锭的微观组织发现,当芯坯直径为40 mm、长度为320 mm、转速为120 rpm、预热到120℃进行复合浇铸时,铸锭平均晶粒尺寸只有42μm。与未加芯坯的随炉冷却钢锭相比,复合浇铸工艺大幅度细化了钢锭的凝固组织。由于芯坯置入钢液后,芯坯周围的熔体过冷度增大,形核率提高,加之锭模对形核的促进作用,达到了内外同时冷却的效果,同时缩短了熔体凝固距离,因此达到了细化铸锭内部组织的效果。不过,当芯坯预热温度较低、固液比较高时,铸态组织部分最后凝固位置出现疏松缺陷,铸态组织与芯坯复合界面附近出现少量孔隙。对比不同固液比情况下所得铸锭内部组织可知,当固液比为1:12.7时,熔体量多,传热距离大,在最后凝固的位置容易出现疏松缺陷。当固液比为1:9.5时,熔体量不足,固液复合界面附近由于补缩不足容易出现孔隙。对比芯坯旋转与芯坯静止情况下所得铸锭内部组织可知,芯坯旋转使枝晶在薄弱位置破碎,形核率增加,晶粒数量增多,并且熔体随芯坯一同旋转,铸态组织更加均匀。分别将预热温度为120℃、180℃、850℃的芯坯置入熔体得到铸锭,并对比它们的内部组织可知,当芯坯预热温度较低时,芯坯周围的钢液过冷度很大,形成的晶粒更细小。当芯坯预热温度较高时,芯坯接触钢水后,表面发生熔化,芯坯与熔体复合得更好。芯坯旋转后直接坠入熔体时,铸锭内部补缩不足的情况得到改善,能够消除固液复合界面处的孔隙,能够消除铸锭内部疏松缺陷。对铸锭进行正火及塑性变形处理的结果表明,正火使铸锭内部组织更均匀,晶粒细化到轧制态程度,塑性变形使铸态组织平均晶粒尺寸进一步减小,达到14μm左右。对样品铸锭沿垂直于固液界面方向进行压缩变形,芯坯与铸态组织界面缺陷明显减少,界面结合程度提高。研究结果表明,旋转芯坯复合浇铸工艺能够获得均质、致密、细晶铸锭。