CN104404306A

CN104404306A - 涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带及其制备方法

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Publication number: CN104404306A
Application number: CN201410446816.7A
Authority: CN
Inventors: 王均安; 刘二微; 黄宏川; 陈纪昌; 张植权; 王华明; 周莹
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: CN104404306B

Abstract

本发明涉及一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带及其制备方法。合金基带的组成及重量百分含量为Ni(73.9~85.4wt.%),Cr(7.8~12.5wt.%),Co(0.2~1wt.%),Mo(2~8wt.%),Fe(3wt.%),Cu(1.6wt.%)。其制备方法是，采用纯度99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe和Cu，按照不同成分配比配料并在真空感应熔炼炉中冶炼，获得镍基合金初始坯锭；合金坯锭经过1050℃均匀化处理20h，在1100℃加热保温30min后热锻；锻件经过热轧、中间退火和酸洗处理后，冷轧成厚度为80mm的合金基带；将冷轧基带用丙酮超声清洗后进行真空再结晶退火，退火过程中升温速率保持在5~15℃/min，退火温度控制在950~1050℃，保温时间为120min。本发明得到的镍基合金基带在保证织构质量的前提下降低了磁性能，同时大大提高了合金的力学性能。

Description

涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体金属基带技术领域。

背景技术

在采用轧制辅助双轴织构技术（RABiTS）制备二代高温超导涂层YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)导线工艺中，作为超导涂层载体的金属基带对超导涂层的质量和最终获得的超导线的导电性能有显著的影响。金属基带的织构会影响外延生长的涂层的晶粒取向，导致超导层临界电流密度的变化；而金属基带的力学性能，尤其是屈服强度，会影响涂层制备工艺选择以及由此造成的涂层与基带结合强度的变化。因此，探索和开发既具有集中的立方织构、又具有合适屈服强度的金属基带，一直是RABiTS技术中的重要内容之一。

纯镍是最早应用RABiTS技术制备二代高温超导涂层导线的基带材料。其经过轧制和再结晶退火后很容易形成集中的立方织构，能够较好的匹配YBCO晶格，且具有较好的抗氧化性，但也存在不可忽视的本征缺陷，如力学性能较差（屈服强度59MPa），常温下呈现铁磁性，在沉积过渡层和超导层的工艺温度下理化性质不稳定等。为了弥补纯镍的这种缺陷，合金化技术被广泛的应用。在纯镍中添加合金元素后一方面可以降低居里温度，另一方面通过固溶强化，大大提高了合金的强度，但合金元素的添加也会降低合金的层错能，致使塑性变形机制由原来的交滑移转变为剪切带变形或孪生变形，最终影响立方织构的生成。

目前研究最多、应用最广泛的是镍钨合金基带，其中Ni-5at.%W基带已经进入商业化生产。研究表明，分别添加2，3，5，7，9at.%W后其屈服强度由127MPa增加至270MPa，然而添加7~9.5at.%W降低了合金的层错能，致使退火后的合金基带的立方织构份额仅45%左右（取向差≤15°），难以达到98%以上。除此之外，研究人员对添加Cr、Mo、V等能够显著降低磁性能的合金元素也进行了大量的研究。研究发现，在纯镍中添加13at.%Cr或9at.%V同样可以在液氮温区得到无磁性的立方织构基带，然而，合金中高含量的铬和钒在沉积缓冲层的温度下极易氧化，会影响后续过渡层和超导层的外延生长和立方织构的形成。添加5at.%Mo在退火后更容易得到旋转立方取向，大大降低了立方取向的集中度。对三元合金如Ni-Cr-W和Ni-Cr-V的研究结果也表明，在纯镍中加入合金元素后抗氧化性和立方织构的集中度都不同程度下降。因此，制备高强度，高立方织构且低磁或无磁的合金基带仍是目前超导领域亟需解决的问题。

本发明在纯镍中添加多种合金元素，晶粒得到细化，在保证织构集中度的前提下，大大提高了合金基带的屈服强度，同时一定程度上降低了合金的磁性能。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带及其制备方法。通过添加多种合金元素、冶炼、以及形变与再结晶，获得了具有高屈服强度、高立方织构且抗氧化性良好的合金基带。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带，其组分及质量百分比为：Ni 73.9~85.4 wt.%，Cr 7.8~12.5 wt.%，Co 0.2~1 wt.%，Mo 2~8 wt.%，Fe 3 wt.%，Cu 1.6 wt.%。

一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带的制备方法，具有以下的工艺过程和步骤：

（a）合金冶炼和锻造

将纯度均为99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe和Cu按照上述成分配比进行称重配料，将六种原材料置于真空感应熔炼炉中冶炼，获得镍基合金初始坯锭；将坯锭在1050℃下均匀化处理20h，然后热锻成(40~45)mm×(10~20)mm×(10~20)mm的锻件；

（b）锻件热轧和冷轧

将锻件随炉升温至1100℃并保温30min后热轧，道次压下量为3~10%，总压下量为30~50%；热轧板经过1050℃中间退火和酸洗处理后，进行道次压下量不大于10%、总压下量98%以上的冷轧，最终获得厚度为80mm的合金基带；

（c）冷轧基带的再结晶退火

在真空条件下，以5~15℃/min的升温速率将冷轧基带升温至950~1050℃，保温120min；或以5~15℃/min的升温速率升温至750℃时保温30min，然后再以相同的升温速率升温至950~1050℃并保温120min。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的进步：

本发明在纯镍中添加多种合金元素，在保证织构质量的前提下降低了磁性能，同时大大提高了合金的力学性能；与纯镍及二元和三元镍基合金相比，本发明的六元镍基合金基带通过固溶强化作用不仅提高了合金的力学性能，细化了晶粒，并且易于得到集中的立方织构。通过本发明得到的镍基合金基带更能满足制备高温超导涂层导体的实际需要。

附图说明

图1为实施例1中不同升温速率下的X射线衍射图。

图2为实施例1中合金基带退火后（111）极图。

图3为实施例2中合金基带退火后（111）极图。

图4为实施例3中合金基带退火后（111）极图。

图5为实施例1，2，3中合金基带在1050℃退火后的得到的应力应变曲线。

具体实施方式

实施例1

将纯度均为99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe、Cu按照73.9%、12.5%、1%、8%、3%及1.6%的重量百分比进行配料，配料经过真空感应熔炼炉充分冶炼后，获得初始坯锭；将坯锭在1050℃下均匀化处理20h，使合金化学成分更加均匀，然后将坯锭热锻成尺寸为45×15×13mm的锻件；将锻件随炉升温至1100℃保温30min后进行热轧，道次压下量约为10%，最后得到厚度为4.88mm的热轧板。将热轧板在1050℃退火处理和酸洗后，进行道次压下量为3~10%、总压下量为98.4%的冷轧，获得厚度为80mm的合金基带。将冷轧基带用丙酮超声清洗除油后在真空环境下进行退火，退火工艺为以15℃/min的升温速率升至1050℃保温120min，最终得到立方织构基带。该合金基带的X射线衍射分析结果见图1，该合金基带的（111）极图示于图2，立方织构集中度：面外和面内FWHM分别为Dω=6.0°和Dφ=6.8°，体积分数为82%，该合金的应力应变曲线如图5所示，屈服强度为92MPa。说明此合金可以获得较高强度和高集中度的立方织构。

实施例2

将纯度均为99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe、Cu按照79.9%、11%、0.5%、4%、3%及1.6%的重量百分比进行配料，配料经过真空感应熔炼炉充分冶炼后，获得初始坯锭；将坯锭在1050℃下均匀化处理20h，使合金化学成分更加均匀，然后将坯锭热锻成尺寸为43×16×14mm的锻件；将锻件随炉升温至1100℃保温30min后进行热轧，道次压下量约为10%，最后得到厚度为4.82mm的热轧板。将热轧板在1050℃退火处理和酸洗后，进行道次压下量为3~10%、总压下量为98.3%的冷轧，获得厚度为80mm的合金基带。将冷轧基带用丙酮超声清洗除油后在真空环境下进行退火，退火工艺为10℃/min的升温速率升至750℃保温30min然后再以10℃/min的升温速率升至1000℃保温120min，最终得到立方织构基带。该合金基带的（111）极图示于图3，立方织构集中度：面外和面内FWHM分别为Dω=6.2°和Dφ=7.1°，体积分数为98%，该合金的应力应变曲线如图5所示，屈服强度为140MPa。说明此合金可以获得高强度高集中度的立方织构。

[0017] 实施例3

将纯度均为99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe、Cu按照85.4%、7.8%、0.2%、2%、3%及1.6%的重量百分比进行配料，配料经过真空感应熔炼炉充分冶炼后，获得初始坯锭；将坯锭在1050℃下均匀化处理20h，使合金化学成分更加均匀，然后将坯锭热锻成尺寸为41×19×12mm的锻件；将锻件随炉升温至1100℃保温30min后进行热轧，道次压下量约为10%，最后得到厚度为4.92mm的热轧板。将热轧板在1050℃退火处理和酸洗后，进行道次压下量为3~10%、总压下量为98.4%的冷轧，获得厚度为80mm的合金基带。将冷轧基带用丙酮超声清洗除油后在真空环境下进行退火，退火工艺为10℃/min的升温速率升至950℃保温120min，最终得到立方织构基带。该合金基带的（111）极图示于图4，立方织构集中度：面外和面内FWHM分别为Dω=5.1°和Dφ=7.2°，体积分数为96%，该合金的应力应变曲线如图5所示，屈服强度为148MPa。说明此合金可以获得高强度高集中度的立方织构。

Claims

1.一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带，其特征在于，其组分及质量百分比为：Ni 73.9~85.4 wt.%，Cr 7.8~12.5 wt.%，Co 0.2~1 wt.%，Mo 2~8 wt.%，Fe 3 wt.%，Cu 1.6 wt.%。

2.一种涂层导体用高强度立方织构镍基合金基带的制备方法，其特征在于，具有以下的工艺过程和步骤：

（a）合金冶炼和锻造

（b）锻件热轧和冷轧

将锻件随炉升温至1100℃并保温30 min后热轧，道次压下量为3~10%，总压下量为30~50%；热轧板经过1050℃中间退火和酸洗处理后，进行道次压下量不大于10%、总压下量98%以上的冷轧，最终获得厚度为80 mm的合金基带；

（c）冷轧基带的再结晶退火

在真空条件下，以5~15℃/min的升温速率将冷轧基带升温至950~1050℃，保温120min；或以5~15℃/min的升温速率升温至750℃时保温30min，然后再以相同的升温速率升温至950~1050℃并保温120 min。