CN103639200B - 一种涂层导体用NiW合金基带的轧制方法 - Google Patents

Abstract

一种涂层导体用NiW合金基带的轧制方法属于金属材料轧制技术领域。本发明采用直径不小于10mm的圆柱形NiW合金坯锭，其中W为5～7at.%，坯锭中心轴垂直于工作轧辊中心轴所在平面，以轴向为轧制方向进行往复轧制；轧制时满足每道次坯锭横截面积变形量维持在5%；当总坯锭横截面积变形量大于98%，且带材厚度为60～100μm时停止轧制，获得NiW合金基带。本发明能够尽量降低由长方体形初始NiW合金坯锭制备NiW合金基带所产生的消极影响，提高NiW合金基带成材率，在表面双轴织构、长度和轴向质量等方面获得较理想的结果。

Description

一种涂层导体用NiW合金基带的轧制方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体专用NiW合金基带（W为5～7at.%）的轧制方法，属于金属材料轧制技术领域。

背景技术

作为第二代高温超导涂层导体的代表，YBCO具有脆性陶瓷结构，需将其涂覆在具有双轴织构的韧性金属基带上才可以外延生长并满足应用需求。因此获得高性能涂层超导线带材的基础是制备出表面具有良好双轴织构、单根长度长、轴向质量均匀的韧性金属基带。

NiW合金是多年来科学工作者采用压延辅助双轴织构基板法（RABiTS）所选定的金属合金基带材料，具有良好的机械性能。它通过对NiW合金坯锭（W为5～7at.%）进行大变形量的轧制和再结晶热处理，获得表面具有高质量双轴织构、厚度约为60～100μm的NiW合金基带。但是传统轧制方法选用长方体形初始NiW合金坯锭进行轧制，很难在表面双轴织构、长度和轴向质量等方面都获得理想的结果，其原因是：

1.若要获得高质量双轴织构的NiW合金基带，就必须满足冷轧总厚度变形量大于98%、每道次厚度变形量维持在5%左右的轧制工艺，中间不能退火处理；

2.在保证最终成品基带厚度约为60～100μm不变的情况下，要获得单根长度较长且符合1要求的基带，就必须增加初始坯锭的厚度，这会导致NiW合金坯锭总变形量的增加，造成严重的加工硬化，容易在带材两个侧边产生裂纹源，引起带材断裂。虽然可以通过频繁裁边的方法去除两侧裂纹源，但这会增加工作量和工作时间，也会增加材料的耗损。更为重要的是，当坯锭变形量达到一定程度后其变形效果不再明显，必须提供更大的、使其发生形变的轧制力，这样既耗能又增加轧机的耗损，甚至需要更换更大吨位的轧机，大大增加生产成本；

3.对于长方体形初始NiW合金坯锭，由于在冷轧前的热锻和热轧等加工过程中，使得大量应力集中在轴向侧棱上，这也为之后的冷轧变形加工产生2中描述的裂纹埋下隐患；

4.根据轧制原理，NiW合金坯锭在轧制形变过程中宽高比要满足一定的比例关系，才可以顺利完成轧制过程，即如果满足2中提到的增加厚度，就必须要相应增加坯锭的宽度。换言之，原材料质量增加时，宽度的增加会影响长度的增加，对预期获得的基带长度有消极影响，也对轧制设备的轧制力提出更高要求；

5.对于长基带的轧制过程，最终成品基带的长度和初始坯锭的长度差异越小越有利于成品基带轧向质量的均匀分布，即最终成品基带的长度由初始坯锭长度的贡献越大越好，而由初始坯锭厚度的贡献越大越不利。

综合以上原因，传统轧制方法选用长方体形初始NiW合金坯锭进行轧制，会产生一些不利于基带制备的因素，还会造成制备成本的增加，这对于长基带的制备而言尤为明显，因此NiW合金坯锭的选取及轧制方法还有改进空间。

发明内容

本发明涉及一种涂层导体专用NiW合金基带（W为5～7at.%）的轧制方法，能够尽量降低由长方体形初始NiW合金坯锭制备NiW合金基带所产生的消极影响，提高NiW合金基带成材率，在表面双轴织构、长度和轴向质量等方面获得较理想的结果。

本发明所提供的一种涂层导体专用NiW合金基带（W为5～7at.%）的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用直径不小于10mm的圆柱形NiW合金坯锭，其中W为5～7at.%，坯锭中心轴垂直于工作轧辊中心轴所在平面，以轴向为轧制方向进行往复轧制；

轧制时满足每道次坯锭横截面积变形量维持在5%；当总坯锭横截面积变形量大于98%，且带材厚度为60～100μm时停止轧制，获得NiW合金基带。

轧制时满足每道次坯锭横截面积变形量维持在5%。由于两者初始横截面形状不同，不能简单套用长方体形初始坯锭的厚度变化轧制参数，需采用面积变形量作为轧制参数。通过计算可得到近似道次厚度变形量如表1所示，其变化规律如图1所示，由于圆柱形NiW合金坯锭的道次厚度变形量随道次数量的增加，逐步靠近其道次面积变形量5%，因此在轧制圆柱形NiW合金坯锭到第25道次以后，可采用道次厚度变形量5%替代道次面积变形量5%继续进行轧制；

当总坯锭横截面积变形量大于98%，且带材厚度为60～100μm时停止轧制，获得NiW合金基带；上述整个轧制过程中不能对NiW合金进行退火处理。

将所获得的NiW合金基带进行裁边分条处理，盘圆以备后续热处理使用。

本发明与传统方法采用长方体形初始NiW合金坯锭制备NiW合金基带的工艺相比，具有如下优点：

1.在圆柱形NiW合金坯锭的轧制过程中，以道次面积变形量5%、总面积变形量大于98%，轧制过程中间无退火处理的轧制工艺，获得的NiW合金基带与采用长方体形初始NiW合金坯锭制备NiW合金基带的表面质量相近，均可获得良好的表面双轴织构。但在二者具有相同初始厚度时，采用圆柱形NiW合金坯锭以道次面积变形量5%轧制获得相同厚度最终基带的总道次数要少于采用长方体形NiW合金坯锭以道次厚度变形量5%轧制所需的总道次数，生产效率高。如图2所示，达到某一总厚度变化量时，采用道次面积变化的浅色线都是出现在采用道次厚度变化的深色线左侧，表明其用的道次数量少。比如当达到厚度变形量90%时，采用面积变形量的圆柱形坯锭，大约用40道次（A点），而采用厚度变形量的长方体形坯锭大约用45道次（B点）；

2.由于圆柱形NiW合金坯锭的初始横向截面是圆形，因此在轧制到最终获得NiW合金基带时，其沿基带横向宽度上各部分的总厚度变形量是不同的，中间的最大，两侧的最小。这种不同变形量的好处是：1）轧制过程中，带材两侧NiW合金的变形量远小于中间部分的变形量，这样其加工硬化的情况得到极大缓解，减少裂纹源的产生，降低带材断裂的风险，减少频繁裁边带来的材料损耗和工作量、工时的增加，尽管这样会由于变形量不够造成两侧部分的带材在后续处理中不能产生所需的表面双轴织构，但是在获得最终带材时需要将其裁边去除，因此对所制备的带材几乎没有影响，反而有利于加工过程的顺利进行；2）通常采用圆柱形NiW合金坯锭轧制完成后宽展大于10%，裁边去除两侧多余宽展部分后，中间与初始圆柱形坯锭同宽度的部分其总面积变形量均大于98%，并随着宽展量的增加，变形量呈增加的趋势，如图3所示，这样就保证了所制备的带材可以形成很好的表面双轴织构；

3.圆柱形NiW合金坯锭，其初始横向截面是圆形，在该截面上是各向同性的，不存在长方体形NiW合金坯锭在热加工等过程中产生的侧棱应力集中的情况，有利于后期冷轧变形加工；

4.为了获得长度较长的最终NiW合金基带，采用圆柱形NiW合金坯锭可以将增加的原材料用于增加坯锭长度，有效用于增加最终NiW合金基带的长度，而现有采用长方体形NiW合金坯锭则需要把增加相同质量的原材料分摊到长度、厚度和宽度上，不利于增加最终NiW合金基带的长度；

5.由于最终成品基带的长度和长方体形NiW合金坯锭的初始长度差异大于和圆柱形NiW合金坯锭的初始长度差异，长方体形NiW合金坯锭的长度对最终NiW合金基带长度的贡献太小，不利于最终成品基带轧向质量的均匀分布；而对于圆柱形NiW合金坯锭，可用热挤压或者热旋锻等方法获得长度较长的初始坯锭，其沿轴向的初始状态是相近的，且其初始长度对最终NiW合金基带长度的贡献较大，这对于最终获得的成品基带轧向质量的均匀分布大有裨益。

附图说明

图1为圆柱形NiW合金坯锭的道次面积变形量和道次厚度变形量与道次数量的关系曲线；

图2为具有相同初始坯锭厚度和最终基带厚度时，分别采用圆柱形坯锭以道次面积变形量5%轧制和采用长方体形坯锭以道次厚度变形量5%轧制，坯锭总厚度变化量与轧制道次数量关系的示意图；

图3为采用圆柱形NiW合金坯锭获得最终NiW合金基带，在去除两侧多余宽展部分后，中间与初始圆柱形坯锭相同宽度部分的总面积变形量分布；

图4为W为5at.%、100μm厚的NiW合金基带表面（111）面极图；

图5为W为7at.%、60μm厚的NiW合金基带表面（111）面极图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明内容做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

采用直径为10mm的圆柱形NiW合金坯锭（W为5at.%）作为初始坯锭，根据表1的道次厚度变形量进行往复轧制，轧制至厚度为100μm时停止轧制，此时总面积变形量约为98.1%，裁边处理后，获得NiW合金基带。

利用X射线衍射仪对退火后的NiW合金基带表面进行织构表征，得到如图4所示的该基带表面的（111）面极图。该极图表明此NiW合金基带表面具有高度集中的立方织构，能够满足YBCO超导材料对韧性金属基带的要求。

实施例2

采用直径为12mm的圆柱形NiW合金坯锭（W为7at.%）作为初始坯锭，根据表1的道次厚度变形量进行往复轧制，轧制至厚度为60μm时停止轧制，此时总面积变形量约为99.0%，裁边处理后，获得NiW合金基带。

利用X射线衍射仪对退火后的NiW合金基带表面进行织构表征，得到如图5所示的该基带表面的（111）面极图。该极图表明此NiW合金基带表面具有高度集中的立方织构，能够满足YBCO超导材料对韧性金属基带的要求。

表1为圆柱形NiW合金坯锭在保持道次面积变形量为5%时，通过计算得到的近似道次厚度变形量。

表1

Claims (1)

1.一种涂层导体用NiW合金基带的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用直径不小于10mm的圆柱形NiW合金坯锭，其中W为5～7at.%，坯锭中心轴垂直于工作轧辊中心轴所在平面，以轴向为轧制方向进行往复轧制；

轧制时满足每道次坯锭横截面积变形量维持在5%；当总坯锭横截面积变形量大于98%，且带材厚度为60～100μm时停止轧制，获得NiW合金基带。