CN102222547B - 一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法，技术特征在于：通过调整一次坯锭钻孔数量，经过拉制得到了亚组元，在通过二次组装得到最终坯锭，经过拉伸退火得到所要求性能参数的股线。此工艺得到的股线Ic性能约为240A(12T，4.2K)，损耗约300mJ/cm3(12T，4.2K)，有效的降低了线材磁滞损耗。

Description

一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法
技术领域
本发明涉及一种青铜法Nb3Sn股线制备方法，属于国际热核聚变组织(ITER)在其TF线圈中用的青铜法低温超导线材的制造技术。
背景技术
青铜法股线的制备技术是ITER用TF导体的一项关键技术，按照ITER的技术要求，股线临界电流Ic＞190A(12T，4.2K)，磁滞损耗Qh＜500mJ/cm3(12T，4.2K)，现在我们制造的股线Ic，采用在高锡青铜坯锭上钻19个孔的设计方法，可以达到240A(12T，4.2K)，磁滞损耗为430mJ/cm3(12T，4.2K)，虽然满足了ITER的技术要求，但是损耗距要求较近，如何在改变导体截面上芯丝的排布，在不降低Ic的情况下有效地降低磁滞损耗，而得到一种高Ic，低磁滞损耗的股线，以满足ITER对股线更高的要求，是需要解决的问题。
发明内容
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法。
一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在Φ100×200mm～Φ200×600mm的高锡青铜坯锭上钻37个孔，将Φ10～Φ30mm铌合金棒***孔内，采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用EB电子束封焊坯锭，得到待挤压坯料；
步骤2：在500～600℃的软化温度下对坯锭进行热挤压，将坯锭由Φ100～Φ200mm减径到Φ30～Φ80mm；接着采用10％～30％的道次加工率拉伸坯料，在10％～30％的道次加工率的拉伸过程中每次拉伸结束进行一次退火，退火温度采用420℃～500℃，将Φ30～Φ80mm的坯料减径到Φ8～Φ5mm，然后采用亚组元成型工艺得到六方形亚组元；
步骤3：将0.5～2mm铌片经过三辊卷管机卷制成管状的铌管，采用机加工无氧铜管，制作Φ100～Φ200mm的二次坯锭包套；
步骤4：将步骤3得到的六方形亚组元密切结合置入二次坯锭包套中，在六方形亚组元与二次坯锭包套之间的空隙中***铌管，采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用EB电子束封焊，得到待挤压的二次坯锭；
步骤5：在500～600℃的软化温度下对坯锭进行热挤压，将二次坯锭由Φ100～Φ200mm减径到Φ30～Φ80mm；接着采用10％～30％的道次加工率拉伸坯料，在10％～30％的道次加工率的拉伸过程中每次拉伸结束进行一次退火，退火温度采用420℃～500℃，将Φ30～Φ80mm的坯料减径到Φ1.5～Φ0.5mm，紧接着进行扭绞，最后通过10％～20％的道次加工率最终拉伸线坯得到要求的股线线径，经0.001～0.004μm厚度的镀铬工序，得到TF环向场线圈用的Φ0.82mmNb3Sn线。
本发明的一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法，是在不改变最终导体芯丝直径的情况下改变芯丝排布以降低磁滞损耗的方法。在本方法中，改变导体截面上芯丝的排布，在不降低Ic的情况下有效地降低磁滞损耗，得到一种高Ic，低磁滞损耗的股线，以满足ITER对股线更高的要求。
附图说明
图1：本方法的工艺流程图；
图2：现有技术中19芯设计方法实现的Nb3Sn股线；
图3：本方法中37芯设计方法实现的Nb3Sn股线。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述：
实例1：
采用Φ100×210mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ13mm的铌棒装入高锡青铜钻孔坯锭里，并采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，用电子束封焊坯锭，得到待一次坯料；经过热挤压将Φ100的一次坯锭挤压到Φ35mm得到拉伸坯料，采用拉伸退火相结合的工艺，两次退火间的加工率为10～50％，使Φ35mm的棒料减径到Φ5mm，最后成型得到六角亚组元棒。将集束的亚组元和0.5mm厚的铌阻隔层组装到Φ130mm无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再热挤压二次坯锭，将Φ130mm的二次坯锭挤压到Φ52mm，采用一次坯锭拉伸退火工艺将Φ52mm的拉伸坯料加工到Φ1mm，最后经扭绞、最终拉伸和电镀得到TF用Φ0.82mm Nb3Sn线。经过磁滞损耗测试Qh＝305mJ/cm3(12T，4.2K).
实例2：
采用Φ160×400mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ18mm铌钽合金棒装入高锡青铜钻孔坯锭里，并采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用电子束封焊坯锭，得到待一次坯料；经过热挤压将Φ160的坯锭挤压到Φ55mm，采用拉伸退火相结合的工艺，两次退火间的加工率为10～50％，使Φ55mm的棒料减径到Φ7mm，最后成型得到六角亚组元棒。将集束的亚组元和1.0mm厚的铌阻隔层组装到Φ180mm无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再经过热挤压将Φ180mm的二次坯锭挤至Φ60mm，采用一次坯锭拉伸退火工艺将Φ60mm的拉伸坯料加工到Φ1mm，最后经扭绞、最终拉伸和电镀得到TF用Φ0.82mm Nb3Sn线。经过磁滞损耗测试Qh＝300mJ/cm3(12T，4.2K).
实例3：
采用Φ185×550mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ25mm铌钽合金棒装入高锡青铜钻孔坯锭里，并采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用电子束封焊坯锭，得到一次坯料；经过热挤压将Φ185mm的坯锭挤压到Φ65mm，采用拉伸退火相结合的工艺，两次退火间的加工率为10～50％，使Φ65mm的棒料减径到Φ8mm，最后成型得到六角亚组元棒。将集束的亚组元和1.7mm厚的铌阻隔层组装到Φ185mm无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再经过热挤压将Φ185mm的二次坯锭挤至Φ65mm，采用一次坯锭拉伸退火工艺将Φ65mm的拉伸坯料加工到Φ1mm，最后经扭绞、最终拉伸和电镀得到TF用Φ0.82mm Nb3Sn线。经过磁滞损耗测试Qh＝308mJ/cm3(12T，4.2K).

Claims (1)

1.一种低磁滞损耗的青铜法Nb3Sn股线制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在Ф100×200mm～Ф200×600mm的高锡青铜坯锭上钻37个孔，将Ф10～Ф30mm铌合金棒***孔内，采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用EB电子束封焊坯锭，得到待挤压坯料；
步骤2：在500～600℃的软化温度下对坯锭进行热挤压，将坯锭由Ф100～Ф200mm减径到Ф30～Ф80mm；接着采用10％～30％的道次加工率拉伸坯料，在10％～30％的道次加工率的拉伸过程中每次拉伸结束进行一次退火，退火温度采用420℃～500℃，将Ф30～Ф80mm的坯料减径到Ф8～Ф5mm，然后采用亚组元成型工艺得到六方形亚组元；
步骤3：将0.5～2mm铌片经过三辊卷管机卷制成管状的铌管，采用机加工无氧铜管，制作Ф100～Ф200mm的二次坯锭包套；
步骤4：将步骤3得到的六方形亚组元密切结合置入二次坯锭包套中，在六方形亚组元与二次坯锭包套之间的空隙中***铌管，采用无氧铜制作的坯锭盖封装坯锭两端，再采用EB电子束封焊，得到待挤压的二次坯锭；
步骤5：在500～600℃的软化温度下对坯锭进行热挤压，将二次坯锭由Ф100～Ф200mm减径到Ф30～Ф80mm；接着采用10％～30％的道次加工率拉伸坯料，在10％～30％的道次加工率的拉伸过程中每次拉伸结束进行一次退火，退火温度采用420℃～500℃，将Ф30～Ф80mm的坯料减径到Ф1.5～Ф0.5mm，紧接着进行扭绞，最后通过10％～20％的道次加工率最终拉伸线坯得到要求的股线线径，经0.001～0.004μm厚度的镀铬工序，得到TF环向场线圈用的Ф0.82mmNb3Sn线。
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