CN103219459B - 超导铌管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料技术领域。本发明提供了一种超导铌管及其制备方法，制备超导铌管的过程具体为：将超导铌锭进行锻造，所述锻造的过程中温度小于等于60℃；将锻造后的超导铌锭进行第一次热处理；在第一次热处理后的超导铌锭表面涂覆润滑剂，然后进行反挤压；将反挤压后的超导铌管坯进行第二次热处理，得到超导铌管。本发明在锻造过程中，通过控制锻造的温度，并且由于在挤压过程中，在铌锭表面涂覆润滑剂，有效地避免了铌锭在加工过程中的吸碳、吸氢与吸氧，使制备的超导铌管的残余电阻率降幅较小。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及超导铌管及其制备方法。
背景技术
自1911年氦气液化成为可能发现超导电以来，至今已经发现数千种超导体。超导体可使电流处于无电阻流动，给电能利用和电磁工艺领域带来了很好的应用前景。铌是一种重要的稀有高熔点金属，由于具有加工性能好、超导转变温度高、预热传导性能好等优点，使铌在冶金、化工、航天、原子能、电子、超导等领域有着极为重要的应用。金属铌是较好的低温超导体，但本身并不能传导大电流，因此限制了其在强电领域的超导应用。研究表明，高纯的铌材料具有较好的超导性能，因此高纯铌材料成为超导领域研究的热点。
高纯铌管即超导铌管，与普通铌管相比，其铌的含量大于等于99.99wt%。超导铌管对残余电阻率（RRR）的要求较高，同时由于超导铌管多用于加速器等装置的连接管，规格不一，长度较短。为了保证超导铌管的残余电阻率，在加工时需要尽可能的减少碳、氢、氧的污染。现有技术制备超导铌管主要采用锭坯车削加工工艺，由于车削温度较高，需要冷却剂，导致加入的碳、氢、氧增多，降低最终的残余电阻率；并且车削工艺加工超导铌管材料利用率较低，浪费原料。由此，本发明提供了一种超导铌管的加工工艺。
发明内容
本发明解决的技术问题在于一种超导铌管的制备方法，通过本发明的制备方法使超导铌管的残余电阻率降幅较小。
有鉴于此，本发明提供了一种超导铌管的制备方法，包括以下步骤：
将超导铌锭进行锻造，所述锻造的过程中温度小于等于60℃；
将锻造后的超导铌锭进行第一次热处理；
在第一次热处理后的超导铌锭表面涂覆润滑剂，然后进行反挤压；
将反挤压后的超导铌管坯进行第二次热处理，得到超导铌管。
优选的，所述超导铌锭中铌的含量大于等于99.99wt%。
优选的，所述第一次热处理的温度为700℃～900℃，时间为50～70min。
优选的，所述第二次热处理的温度为700～900℃，时间为50～70min。
优选的，所述润滑剂为拉丝油。
优选的，所述反挤压之后所述第二次热处理之前还包括：
将所述反挤压后的超导铌管坯进行酸洗。
本发明还提供了一种上述方案所制备的超导铌管。
优选的，所述超导铌管的铌含量大于等于99.99wt%。
本发明提供了一种超导铌管的制备方法，首先将超导铌锭进行锻造；然后将超导铌锭进行热处理；最后在超导铌锭的表面涂覆润滑剂后进行反挤压，并将反挤压后的管坯进行热处理，从而得到超导铌管。为了避免超导铌管在加工过程中的吸碳、吸氢与吸氧，本发明在制备超导铌管的过程中，使锻造的温度小于等于60℃，同时在反挤压之前，在铌锭表面涂覆润滑剂，润滑剂在起到润滑作用的同时，还在反挤压模具凸模与凹模之间形成密闭环境，阻止了超导铌锭在反挤压过程中直接与大气的接触，并且由于润滑剂的冷却作用，保证铌锭在反挤压的过程中不超过60℃，有效地避免了超导铌管在制备过程中受到碳、氢或氧污染的问题，保证制备的超导铌管具有较低的残余电阻率降幅。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种超导铌管的制备方法，包括以下步骤：
将超导铌锭进行锻造，所述锻造的过程中温度小于等于60℃；
将锻造后的超导铌锭进行第一次热处理；
在第一次热处理后的超导铌锭表面涂覆润滑剂，然后进行反挤压；
将反挤压后的超导铌管坯进行第二次热处理，得到超导铌管。
残余电阻率是衡量超导材料的一个重要的指标。为了保证制备的超导铌管具有较低降幅的残余电阻率，本发明在制备超导铌管的过程中，限定了锻造加工中的温度，并在超导铌锭表面涂覆了润滑剂，从而阻止了超导铌管在加工过程中的吸碳、吸氢与吸氧，使制备的超导铌管具有较小的残余电阻率降幅。
按照本发明，首先提供了超导铌锭，所述超导铌锭中铌的含量优选大于等于99.99wt%，更优选大于等于99.995wt%。所述超导铌锭可以按照本领域技术人员熟知的方式制备，本发明没有特别的限制。所述超导铌锭的残余电阻率大于等于350。在制备超导铌管的过程中，本发明首先将超导铌锭进行锻造，使铌锭发生变形，将较大直径的铌锭锻造为较小直径的铌锭。为了保证铌管的残余电阻率，需要避免空气中碳、氢与氧的污染，本发明在锻造的过程中控制锻造温度不超过60℃。
为了将锻造后的超导铌锭加工至适合进入挤压机模具的反挤压尺寸，本发明优选在进行第一次热处理之前将所述超导铌锭进行车削加工，所述车削加工的加工量较小且为粗加工，因此在车削加工过程中仍需要避免碳、氢与氧的引入，车削加工过程的车削温度优选小于等于60℃。
将经过车削加工的超导铌锭进行第一次热处理，以消除加工过程中的残余应力，同时使超导铸锭发生再结晶，以获得较小的晶粒度。所述第一次热处理的温度优选为700℃～900℃，保温时间优选为50min～70min。
按照本发明，将所述第一次热处理后的超导铌锭在进行反挤压之前，先在超导铌锭的表面涂覆润滑剂。所述润滑剂具有润滑作用的同时，还可以在反挤压模具的凸模与凹模之间形成密闭环境，阻止超导铌锭在反挤压过程中直接与大气接触，避免超导铌锭在加工过程中吸入碳、氢或氧；所述润滑剂还具有冷却作用，能保证在反挤压过程中材料的温度不超过60℃。所述润滑剂优选为拉丝油，所述拉丝油为市售产品。
在所述超导铌锭表面涂覆润滑剂后则将超导铌锭进行反挤压。反挤压是使坯料的一部分沿着凸模与凹模之间的间隙流出，其流动方向与凸模运动方向相反。本发明优选采用万吨油压机或其他油压机慢速压下对超导铌锭进行反挤压，此处可视为静压力。所述反挤压在超导铌锭的截面上与长度上的变形比正挤压更均匀，使超导铌锭的截面上与长度上的组织与性能更加均匀。
将超导铌锭进行反挤压后得到超导铌管坯，将所述超导铌管坯优选进行酸洗，以去除加工过程中管坯表面的杂质。最后将超导铌管坯进行第二次热处理，得到超导铌管。所述第二次热处理的温度优选为700～900℃，更优选为800℃，保温时间优选为50min～70min，更优选为60min。
本发明还提供一种上述方法制备的超导铌管。所述超导铌管的铌的含量优选大于等于99.99wt%。
本发明提供了一种超导铌管的制备方法，首先将超导铌锭进行锻造；然后将超导铌锭进行第一次热处理；最后在超导铌锭的表面涂覆润滑剂后进行反挤压，并将反挤压后的铌锭进行第二次热处理，从而得到超导铌管。为了避免超导铌管在加工过程中发生吸氢吸氧，本发明在锻造过程中限制了加工的温度小于等于60℃，同时在反挤压之前，在铌管坯表面涂覆润滑剂，所述润滑剂在起到润滑作用的同时，在反挤压模具凸模与凹模之间形成密闭环境，能够阻止超导铌管坯在反挤压过程中直接与大气的接触，并且润滑剂的冷却作用，保证铌管坯在反挤压的过程中不超过60℃，因此保证制备的超导铌管坯具有较低的残余电阻率降幅。实验结果表明，超导铌锭在加工前的残余电阻率大于等于350，制备的超导铌管的残余电阻率大于等于330；超导铌管的晶粒度为5.5～6.5级。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的超导铌管及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1）超导铌锭经过电子束熔炼得到，超导铌锭的直径为290mm，长度为600mm，超导铌锭中铌的含量为99.995wt%，残余电阻率（RRR）为350，在所述超导铌锭上截取第一超导铌锭，使所述第一超导铌锭的底面面积为所述超导铌锭底面面积的四分之一，长度为40mm；
2）将步骤1）得到的第一超导铌锭在60℃以下进行锻造，得到直径为90mm，长度为55mm的超导铌锭；
3）将步骤2）得到的超导铌锭车削外径，得到直径为84mm，长度为50mm的超导铌锭；
4）将步骤3）得到的超导铌锭进行热处理：热处理的温度为800℃，保温60min，随炉冷却；
5）在步骤4）得到的超导铌锭表面涂覆由中国石化股份有限公司提供的拉丝油，然后采用万吨油压机慢速压下进行反挤压，同时用红外测温仪测量铌锭表面温度小于60℃，得到外径为84mm，内径为78mm，长度为140mm的超导铌管坯；
6）将步骤5）得到的超导铌管坯进行酸洗；
7）将步骤6）得到的超导铌管坯在真空退火炉中进行热处理：热处理的温度为800℃，保温60min，随炉冷却，得到超导铌管。
将本实施例制备的超导铌管进行检验，结果显示：超导铌管的晶粒度为5.5级，残余电阻率为320。
实施例2
1）超导铌锭经过电子束熔炼得到，超导铌锭的直径为300mm，长度为600mm，超导铌锭中铌的含量为99.995wt%，残余电阻率（RRR）为360，在所述超导铌锭上截取第一超导铌锭，使所述第一超导铌锭的底面面积为所述超导铌锭底面面积的四分之一，长度为35mm；
2）将步骤1）得到的第一超导铌锭在60℃以下进行锻造，得到直径为90mm，长度为45mm的超导铌锭；
3）将步骤2）得到的超导铌锭车削外径，得到直径为84mm，长度为40mm的超导铌锭；
4）将步骤3）得到的超导铌锭进行热处理：热处理的温度为700℃，保温50min，随炉冷却；
5）在步骤4）得到的超导铌锭表面涂覆由中国石化股份有限公司提供的拉丝油，然后采用万吨油压机慢速压下进行反挤压，同时用红外测温仪测量铌锭表面温度小于60℃，得到外径为84mm，内径为78mm，长度为105mm的超导铌管坯；
6）将步骤5）得到的超导铌管坯进行酸洗；
7）将步骤6）得到的超导铌管坯在真空退火炉中进行热处理：热处理的温度为900℃，保温70min，随炉冷却，得到超导铌管。
将本实施例制备的超导铌管进行检验，结果显示：超导铌管的晶粒度为6.5级，残余电阻率为335。
实施例3
1）超导铌锭经过电子束熔炼得到，超导铌锭的直径为320mm，长度为600mm，超导铌锭中铌的含量为99.995wt%，残余电阻率（RRR）为370，在所述超导铌锭上截取第一超导铌锭，使所述第一超导铌锭的底面面积为所述超导铌锭底面面积的四分之一，长度为5mm；
2）将步骤1）得到的第一超导铌锭在60℃以下进行锻造，得到直径为90mm，长度为10mm的超导铌锭；
3）将步骤2）得到的超导铌锭车削外径，得到直径为84mm，长度为6mm的超导铌锭；
4）将步骤3）得到的超导铌锭进行热处理：热处理的温度为900℃，保温50min，随炉冷却；
5）在步骤4）得到的超导铌锭表面涂覆由中国石化股份有限公司提供的拉丝油，然后采用万吨油压机慢速压下进行反挤压，同时用红外测温仪测量铌锭表面温度小于60℃，得到外径为84mm，内径为79mm，长度为22mm的超导铌管坯；
6）将步骤5）得到的超导铌管坯进行酸洗；
7）将步骤6）得到的超导铌管坯在真空退火炉中进行热处理：热处理的温度为700℃，保温50min，随炉冷却，得到超导铌管。
将本实施例制备的超导铌管材料进行检验，结果显示：超导铌管的晶粒度为6级，残余电阻率为348。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种超导铌管的制备方法，包括以下步骤：
将超导铌锭进行锻造，所述锻造的过程中温度小于等于60℃；
将锻造后的超导铌锭进行第一次热处理；
在第一次热处理后的超导铌锭表面涂覆润滑剂，然后进行反挤压，所述反挤压的过程中材料表面的温度不超过60℃；所述润滑剂为拉丝油；
将反挤压后的超导铌管坯进行第二次热处理，得到超导铌管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超导铌锭中铌的含量大于等于99.99wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次热处理的温度为700℃～900℃，时间为50～70min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次热处理的温度为700～900℃，时间为50～70min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反挤压之后所述第二次热处理之前还包括：
将所述反挤压后的超导铌管坯进行酸洗。
6.权利要求1～5任一项所制备的超导铌管。
7.根据权利要求6所述的超导铌管，其特征在于，所述超导铌管的铌含量大于等于99.99wt％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |