CN104538543A - 一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，首先加工铜包套，将铜包套与NbTi棒坯进行组装封焊，得到封焊的NbTi单芯棒坯；将封焊的NbTi单芯棒坯加热并挤压获得NbTi/Cu复合单芯棒；将NbTi/Cu复合单芯棒冷拉伸得到NbTi/Cu单芯棒；NbTi/Cu单芯棒经过倍尺裁断、热矫直、磨削及抛光得到所需尺寸的NbTi棒。本发明一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，解决了现有方法制备小规格NbTi棒材在轧制过程中棒材芯部和外层组织变形不均匀导致力学性能变差的问题，是后续制备复合长线的可靠棒材。

Description

一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法

技术领域

本发明属于超导线材加工方法技术领域，具体涉及一种低温超导线材用小规格NbTi棒的制备方法。

背景技术

NbTi/Cu低温超导线材在核聚变、加速器、能量储存、医疗核磁共振成像(MRI)、生物高分子分析(NMR)等中广泛使用。它采用高纯高导电的铜锭与低温超导合金材料NbTi棒，首先通过组装不同设计的导体锭坯，再通过热挤压和形变热处理的加工方法，得到磁体设计所需要形状的长线，最后线材经过绕制得到实用的低温磁体。其中NbTi/Cu低温超导线材中的NbTi棒是制备低温线材的关键原料，它是获得稳定性能及长线的关键。现在通常的工艺是采用锻造好的棒坯，通过径向锻造和热轧的方法，得到接近最终尺寸的小棒，再通过矫直及精磨得到表面光洁的最终棒材。但是对于直径在30mm以下的小规格NbTi棒，由于其后续长的热轧加工流程中的加热导致了大量的氧化损耗，并且受限于轧机的能力，棒材长度不宜过长，轧制过程中需要倍尺裁剪，导致工艺损耗，直接影响了成品率，最重要的是轧制过程不是三相应力状态，这导致轧制过程会产生局部不均匀变形，棒材芯部和外层组织形成组织差异，组织控制不理想，不均匀的变形组织在NbTi/Cu复合线材的冷拔过程中可能导致局部拉伸应力的分布不均，使芯丝受力断裂或缩颈，NbTi芯丝的断裂或缩颈又成为线材性能及品质的主要影响因素，因此制备良好力学性和均匀组织的NbTi棒材是制备稳定高性能的低温NbTi/Cu超导长线的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，解决了现有方法制备小规格NbTi棒材在轧制过程中棒材芯部和外层组织变形不均匀导致力学性能变差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，首先加工铜包套，将铜包套与NbTi棒坯进行组装封焊，得到封焊的NbTi单芯棒坯；将封焊的NbTi单芯棒坯加热并挤压获得NbTi/Cu复合单芯棒；将NbTi/Cu复合单芯棒冷拉伸得到NbTi/Cu单芯棒；NbTi/Cu单芯棒经过倍尺裁断、热矫直、磨削及抛光得到所需尺寸的NbTi棒。

本发明的特点还在于，

具体包括以下步骤：

步骤1：采用铜管作为包套材料，对铜管进行加工，得到一定直径及长度的包套；

步骤2：将NbTi棒坯与步骤1得到的包套进行脱脂、酸洗、脱水及烘干，最后将NbTi棒坯组装到包套中并采用真空电子束焊接封盖，得到封焊的NbTi单芯棒坯；

步骤3：将步骤2得到的封焊的NbTi单芯棒坯在500℃～800℃的温度下加热1～5h，然后进行挤压，得到NbTi/Cu复合单芯棒；

步骤4：将步骤3得到的NbTi/Cu复合单芯棒去头尾及制头、随后多道次拉伸至所需尺寸，最后进行定尺裁断，将裁断的NbTi/Cu单芯棒矫直后水冷，最后进行粗磨、精磨及抛光处理，得到NbTi棒。

步骤1中包套的外径为130～280mm、内径为110～255mm、长度为500～800mm。

步骤2中脱脂使用质量浓度为3％～6％的精密金属清洗剂，酸洗使用体积浓度为10％～35％的硝酸。

步骤2中烘干的温度为60℃～80℃、时间为2～4h。

步骤3中挤压的温度为500℃～800℃、速率为20～40mm/s、挤压比为10～16。

步骤4中拉伸的道次加工率为10％～25％，拉伸速率为5～15mm/s。

步骤4中矫直的温度为450℃～650℃。

步骤4中NbTi棒的直径不大于30mm。

本发明的有益效果是：本发明一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，采用塑性优良的铜包覆NbTi坯料，再通过热挤压及冷拉伸的工艺方法，得到挤压拉伸态的NbTi棒，敷铜有效保护了NbTi的表面，拉伸态的组织致密均匀，力学性能良好，解决了现有方法制备小规格NbTi棒材在轧制过程中棒材芯部和外层组织变形不均匀导致力学性能变差的问题，是后续制备复合长线的可靠棒材。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采用铜管作为包套材料，对铜管进行加工，得到外径130～280mm、内径110～255mm、长度500～800mm的包套；

步骤2：将NbTi棒坯与步骤1得到的包套采用质量浓度为3％～6％的精密金属清洗剂进行脱脂除油、再用体积浓度为10％～35％的硝酸进行酸洗、随后采用工业酒精脱水并在烘箱中烘干，烘干的温度为60℃～80℃、时间为2～4h，最后将NbTi棒坯组装到包套中并采用真空电子束(EB)焊接封盖，得到封焊的NbTi单芯棒坯；

步骤3：将步骤2得到的封焊的NbTi单芯棒坯在500℃～800℃的温度下加热1～5h；然后在500℃～800℃的温度下进行挤压，挤压比为10～16，挤压速率为20～40mm/s，得到NbTi/Cu复合单芯棒；

步骤4：将步骤3得到的NbTi/Cu复合单芯棒去头尾及制头、随后多道次拉伸到所需尺寸(具体尺寸根据包套截面与NbTi棒坯截面的面积比及NbTi棒的最终尺寸设计)，道次加工率为10％～25％，拉伸速率为5～15mm/s，最后进行定尺裁断，将裁断的NbTi/Cu单芯棒加热至450℃～650℃采用张力矫直机进行矫直，矫直后采用常温循环水进行水冷，获得细小的变形组织，最后进行粗磨、精磨及抛光处理，去除表面的Cu，得到直径不大于30mm的NbTi棒。

本发明采用塑性优良的铜包覆NbTi坯料，再通过热挤压及冷拉伸的工艺方法，得到挤压拉伸态的NbTi棒，敷铜可以有效保护NbTi的表面，通过多道次拉伸减少了减径过程中NbTi的裁剪，降低了工艺废料，并且拉伸态的组织致密均匀，力学性能良好，是后续制备复合长线的可靠棒材。

实施例1

采用Φ135/Φ115*510mm的T2铜管加工到Φ130/Φ110*500mm，并加工Φ130*30mm上盖及下盖，将包套、上下盖及锻造好的Φ109*499mm的NbTi棒坯采用质量浓度为3％的精密金属清洗剂进行脱脂除油、再用体积浓度为10％的硝酸进行酸洗、随后采用工业酒精脱水并在烘箱中烘干，烘干的温度为60℃、时间为4h，最后将NbTi棒坯组装棒坯到包套中，在真空电子束(EB)焊机中抽空到10-3Pa后盖盖封焊，封焊好的单芯棒坯再通过箱式电阻炉加热到520℃±20℃加热5h，随后在热挤压机中挤压，挤压比为10，挤压速率为40mm/s，挤出的棒材直径Φ55*Lmm，挤压后的棒材通过70T拉床多道次拉伸至Φ25mm，道次加工率为10％，拉伸速率为15mm/s，最后经过三倍尺裁断，裁断的短棒加热至450℃在30T张力矫直机上热矫直后采用常温循环水进行水冷，最后棒材在无心磨床上磨削到Φ18.40mm，最终将Φ18.40mm按Φ18.40*570mm定尺并抛光到Φ18.35mm的NbTi棒，棒材经过不直度检测及表面检验合格，即达到表观检验合格，随后对棒材进行力学性能测试，抗拉强度为220MPa，断后伸长率为45％，均满足后续长线拉伸要求。当测试的抗拉强度≥200MPa，断后伸长率≥40％则可以满足后续长线的拉伸要求。

实施例2

采用Φ190/Φ160*600mm的T2铜管加工到Φ185/Φ155*595mm，并加工Φ185*30mm上盖及下盖，将包套、上下盖及锻制好的Φ154*594mm的NbTi棒坯采用质量浓度为6％的精密金属清洗剂进行脱脂除油、再用体积浓度为35％的硝酸进行酸洗、随后采用工业酒精脱水并在烘箱中烘干，烘干的温度为80℃、时间为2h，最后将NbTi棒坯组装棒坯到包套中，在真空电子束(EB)焊机中抽空到10^-3Pa后盖盖封焊，封焊好的单芯棒坯再通过箱式电阻炉加热到700℃±20℃加热3h，随后在热挤压机中挤压，挤压比为16，挤压速率为20mm/s，挤出的棒材直径Φ60*Lmm，挤压后的棒材通过70T拉床多道次拉伸至Φ29mm，道次加工率为25％，拉伸速率为5mm/s，最后经过三倍尺裁断，裁断的短棒加热至650℃在30T张力矫直机上热矫直后采用常温循环水进行水冷，最后棒材在无心磨床上磨削到Φ21.00mm，最终将Φ21.00mm按Φ21.00*570mm定尺并抛光到Φ20.5mm的NbTi棒，棒材经过不直度检测及表面检验合格，即达到表观检验合格，随后对棒材进行力学性能测试，测试的抗拉强度为232MPa，断后伸长率为43％，可以满足后续长线的拉伸要求。

实施例3

采用Φ285/Φ260*805mm的T2铜管加工到Φ280/Φ255*800mm，并加工Φ280*30mm上盖及下盖，将包套、上下盖及锻造好的Φ254*799mm的NbTi棒坯采用质量浓度为5％的精密金属清洗剂进行脱脂除油、再用体积浓度为20％的硝酸进行酸洗、随后采用工业酒精脱水并在烘箱中烘干，烘干的温度为70℃、时间为3h，最后将NbTi棒坯组装棒坯到包套中，在真空电子束(EB)焊机中抽空到10^-3Pa后盖盖封焊，封焊好的单芯棒坯再通过箱式电阻炉加热到780℃±20℃加热1h，随后在热挤压机中挤压，挤压比为13，挤压速率为30mm/s，挤出的棒材直径Φ80*Lmm，挤压后的棒材通过70T拉床多道次拉伸至Φ27mm，道次加工率为18％，拉伸速率为10mm/s，最后经过三倍尺裁断，裁断的短棒加热至550℃在30T张力矫直机上热矫直后采用常温循环水进行水冷，最后棒材在无心磨床上磨削到Φ20.40mm，最终将Φ20.40mm按Φ20.40*670mm定尺并抛光到Φ20.10mm的NbTi棒，棒材经过不直度检测及表面检验合格，即达到表观检验合格，随后对棒材进行力学性能测试，测试的抗拉强度为228MPa，断后伸长率为44％，可以满足后续长线的拉伸要求。

Claims (9)

1.一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，首先加工铜包套，将铜包套与NbTi棒坯进行组装封焊，得到封焊的NbTi单芯棒坯；将封焊的NbTi单芯棒坯加热并挤压获得NbTi/Cu复合单芯棒；将NbTi/Cu复合单芯棒冷拉伸得到NbTi/Cu单芯棒；NbTi/Cu单芯棒经过倍尺裁断、热矫直、磨削及抛光得到所需尺寸的NbTi棒。

2.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：采用铜管作为包套材料，对铜管进行加工，得到一定直径及长度的包套；

步骤2：将NbTi棒坯与所述步骤1得到的包套进行脱脂、酸洗、脱水及烘干，最后将NbTi棒坯组装到包套中并采用真空电子束焊接封盖，得到封焊的NbTi单芯棒坯；

步骤3：将所述步骤2得到的封焊的NbTi单芯棒坯在500℃～800℃的温度下加热1～5h，然后进行挤压，得到NbTi/Cu复合单芯棒；

步骤4：将所述步骤3得到的NbTi/Cu复合单芯棒去头尾及制头、随后多道次拉伸至所需尺寸，最后进行定尺裁断，将裁断的NbTi/Cu单芯棒矫直后水冷，最后进行粗磨、精磨及抛光处理，得到NbTi棒。

3.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤1中包套的外径为130～280mm、内径为110～255mm、长度为500～800mm。

4.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2中脱脂使用质量浓度为3％～6％的精密金属清洗剂，酸洗使用体积浓度为10％～35％的硝酸。

5.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2中烘干的温度为60℃～80℃、时间为2～4h。

6.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤3中挤压的温度为500℃～800℃、速率为20～40mm/s、挤压比为10～16。

7.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤4中拉伸的道次加工率为10％～25％，拉伸速率为5～15mm/s。

8.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤4中矫直的温度为450℃～650℃。

9.如权利要求1所述的一种低温超导线材用NbTi棒的制备方法，其特征在于，所述步骤4中NbTi棒的直径不大于30mm。