专利名称：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I。，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. I)，磁滞损耗为430mJ/cm3(12T，4. I)，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I。的情况下有效地降低磁滞损耗，而得到一种高 I。，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Φ 100 X 200mm Φ 200 X 600mm的高锡青铜坯锭上钻37个孔，将 Φ 10 Φ 30mm铌合金棒插入孔内，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°C的软化温度下对坯锭进行热挤压，将坯锭由Φ 100 Φ 200mm减径到Φ 30 Φ 80mm ；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°C 500 °C，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φ 100 Φ200πιπι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插入铌管，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°C的软化温度下对坯锭进行热挤压，将二次坯锭由Φ 100 Φ 200mm减径到Φ 30 Φ 80mm;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°C 500 °C，将Φ30 Φ80πιπι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. 004 μ m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I。的情况下有效地降低磁滞损耗，得到一种高I。，低磁滞损耗的股线，以满足ITER对股线更高的要求。
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。
具体实施例方式现结合实施例对本发明作进一步描述实例1 采用Φ 100 X 210mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ 13mm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φ 100的一次坯锭挤压到φ 35mm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Φ 35mm的棒料减径到Φ 5mm，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Φ 130mm无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再热挤压二次坯锭，将Φ 130mm的二次坯锭挤压到Φ52πιπι，采用一次坯锭拉伸退火工艺将Φ 52mm的拉伸坯料加工到Φ 1mm，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Φ 160 X 400mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ 18mm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Φ 160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Φ 55mm的棒料减径到Φ 7mm，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Φ 180mm无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再经过热挤压将Φ180πιπι的二次坯锭挤至Φ60πιπι，采用一次坯锭拉伸退火工艺将 Φ60πιπι的拉伸坯料加工到Φ 1mm，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Φ 185 X 550mm的青铜坯锭，钻37个通孔，之后将Φ 25mm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Φ 185mm的坯锭挤压到Φ65πιπι，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Φ65πιπι的棒料减径到Φ8πιπι，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Φ185πιπι无氧铜包套中，封焊得到二次坯锭，再经过热挤压将Φ185πιπι的二次坯锭挤至Φ65πιπι，采用一次坯锭拉伸退火工艺将 Φ65πιπι的拉伸坯料加工到Φ 1mm，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)。
权利要求
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φ 100 X 200mm Φ 200 X 600mm的高锡青铜坯锭上钻37个孔，将Φ 10 Φ30πιπι铌合金棒插入孔内，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°C的软化温度下对坯锭进行热挤压，将坯锭由Φ 100 Φ 200mm减径到Φ 30 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°C 500°C，将Φ 30 Φ 80mm的坯料减径到Φ 8 Φ 5mm，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Φ 100 Φ 200mm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插入铌管，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°C的软化温度下对坯锭进行热挤压，将二次坯锭由Φ 100 Φ 200mm减径到Φ 30 Φ 80mm ；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°C 500 °C，将Φ30 Φ80πιπι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. 004 μ m厚度的镀铬工序，得到TF环向场线圈用的Φ0. 82mmNb3Sn线。
全文摘要
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。
文档编号H01B12/08GK102222547SQ20111000514
公开日2011年10月19日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者冯勇, 刘向宏, 张丰收, 张平祥, 张科, 王天成, 贾晶晶, 郭建华 申请人:西部超导材料科技有限公司