CN109961899B - 一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，将青铜法Nb3Sn棒材经过冷拉拔后，置于真空热处理炉中进行中间退火，得到青铜法Nb3Sn线材；将青铜法Nb3Sn线材从加热的管式炉内穿过；青铜法Nb3Sn线材经过管式炉一侧的拉拔模具，进行在线热拉；经过反复多次在线热拉，获得青铜法Nb3Sn超导线材。本发明实现了青铜法Nb3Sn线材的在线退火，操作方便，退火时间短，降低预反应生成的Nb3Sn相，线材整体变形均匀，线材临界电流较高。

Description

一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，特别涉及一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn 超导线材的方法。
背景技术
青铜法Nb3Sn线材是制造10T以上磁体的一种低温超导材料，它是由青铜、无氧铜、Nb等材料复合加工而成。为了获得具有高临界电流的青铜法Nb3Sn线材，需要采用高锡含量的青铜提供充足的锡源，但是高锡青铜会在冷加工过程中产生极快的加工硬化，无法连续拉拔，一般在总加工率达到50％左右进行中间退火提高材料的加工塑性。目前青铜法Nb3Sn线材的生产均采用大型真空热处理炉来进行中间退火，即将拉伸的棒材或线材置于热处理炉中，在设定温度保温一段时间后降温，整个过程包含装炉、加热、保温、降温和出炉等工序，热处理周期约12h/每炉。青铜法Nb3Sn 线材在加工中需要退火十余炉次，这样多次退火的总时间很长，效率较低。同时，脆性Nb3Sn相在较低温度就能生成，过程的热处理时间导致在Nb芯丝表面过早的生成 Nb3Sn层，冷加工过程中易断芯或断线，线材的临界电流降低。因此找到一种可以在线退火并拉伸的加工工艺，可以缩短退火时间，在提高生产效率的同时获得具有较高的临界电流水平的青铜法Nb3Sn线材。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，该工艺操作方便、热处理时间短，解决青铜法Nb3Sn线材加工需大量中间退火、不能连续拉拔的问题。
为达到上述目的，本发明采用制备方法包括以下步骤：
步骤1：将待加工的青铜法Nb3Sn棒材经过总加工率不超过50％的冷拉拔后，置于真空热处理炉中进行中间退火，降温后出炉，多次冷拉拔退火后，得到青铜法Nb3Sn 线材1；
步骤2：将青铜法Nb3Sn线材1从管式炉2内穿过并经管式炉2后端的拉拔模具 3进行在线热拉；
步骤3：重复步骤2反复多次在线热拉，获得直径为0.5mm～1.5mm的青铜法Nb3Sn超导线材。
所述步骤1的青铜法Nb3Sn棒材的直径为30mm～60mm，每道次冷拉拨加工率为12％～20％，经过多次的中间退火和冷拉拔的青铜法Nb3Sn线材直径要小于Φ15mm。
所述步骤1的中间退火采用真空热处理炉抽真空至低于1×10-2Pa，然后充入氮气，加热至400℃～550℃，保温1h～3h，降温后出炉。
所述步骤2的管式炉长度为2.5m～5m，温度为400℃～600℃。
所述步骤2在线热拉的青铜法Nb3Sn线材每道次拉拔的加工率为12％～20％，拉拔速度为1m/min～15m/min。
本发明的有益效果是实现青铜法Nb3Sn线材的在线退火，操作方便，退火时间短，降低预反应生成的Nb3Sn相，线材整体变形均匀，线材临界电流较高。
附图说明
图1是在线热拉加工示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
步骤1：取直径为30mm～60mm青铜法Nb3Sn棒材经过2～3道次12％～20％的冷拉拔后，置于温度精度为±10℃真空热处理炉中，抽真空至1×10-2Pa以下，充入氮气，加热至400℃～550℃，保温1h～3h，降温后出炉，多次冷拉拔退火后，得到直径小于 15mm的青铜法Nb3Sn线材1；
步骤2：参见图1，将长度为2.5m～5m、温度精度为±10℃的管式炉2加热至400℃～600℃，将青铜法Nb3Sn线材从管式炉2内穿过，经管式炉后侧的拉拔模具3，经过一道加工率为12％～20％的拉拔，拉拔速度为1m/min～15m/min；
步骤3：重复步骤2反复多次在线热拉，获得直径为0.5mm～1.5mm的青铜法Nb3Sn超导线材。
下面结合实例对本发明的方法作进一步说明。
实施例1：
步骤1：取直径为45mm青铜法Nb3Sn棒材经过2道次20％的冷拉拔后，置于温度精度为±10℃真空热处理炉中，抽真空至6.0×10-3Pa，充入氮气，加热至500℃，保温2h，降温后出炉，经过5次相同的拉拔和退火，得到直径为14.7mm的青铜法 Nb3Sn线材1；
步骤2：参见图1，将长度为3m、温度精度为±10℃的管式炉2加热至500℃，将青铜法Nb3Sn线材从管式炉2内穿过，经管式炉后侧的拉拔模具3，经过一道加工率为20％的拉拔，拉拔速度为5m/min；
步骤3：重复步骤2反复26次在线热拉，获得直径为0.81mm的青铜法Nb3Sn 超导线材。
采用冷拉拔和退火的工艺，需要拉伸时间14h，需要退火13炉次共156h(每炉12h)，总计170h。采用热拉的方式加工，拉伸共需要110h。可见，热拉的效率高。对线材的临界电流进行测试，采用冷拉拔和退火的工艺的线材的临界电流在12T、 4.2K下为248A，采用热拉工艺的线材的临界电流在12T、4.2K下为254A，由于热拉过程的总退火时间减少，线材的性能提高。
实施例2：
步骤1：取直径为40mm青铜法Nb3Sn棒材经过3道次15％的冷拉拔后，置于温度精度为±10℃真空热处理炉中，抽真空至7.0×10-3Pa，充入氮气，加热至520℃，保温2h，降温后出炉，经过5次相同的拉拔和退火，得到直径为11.8mm的青铜法 Nb3Sn线材1；
步骤2：参见图1，将长度为3m、温度精度为±10℃的管式炉2加热至550℃，将青铜法Nb3Sn线材从管式炉2内穿过，经管式炉后侧的拉拔模具3，经过一道加工率为15％的拉拔，拉拔速度为14m/min；
步骤3：重复步骤2反复33次在线热拉，获得直径为0.81mm的青铜法Nb3Sn 超导线材。
采用冷拉拔和退火的工艺，需要拉伸时间18h，需要退火10炉次共120h(每炉12h)，总计138h。采用热拉的方式加工，拉伸共需要51h。可见，热拉的效率高。对线材的临界电流进行测试，采用冷拉拔和退火的工艺的线材的临界电流在12T、4.2K 下为241A，采用热拉工艺的线材的临界电流在12T、4.2K下为252A，由于热拉过程的总退火时间减少，线材的性能提高。
实施例3：
步骤1：取直径为32mm青铜法Nb3Sn棒材经过3道次14％的冷拉拔后，置于温度精度为±10℃真空热处理炉中，抽真空至4.0×10-3Pa，充入氮气，加热至450℃，保温2h，降温后出炉，经过5次相同的拉拔和退火，得到直径为7.1、mm的青铜法 Nb3Sn线材1；
步骤2：参见图1，将长度为3m、温度精度为±10℃的管式炉2加热至450℃，将青铜法Nb3Sn线材从管式炉2内穿过，经管式炉后侧的拉拔模具3，经过一道加工率为14％的拉拔，拉拔速度为10m/min；
步骤3：重复步骤2反复26次在线热拉，获得直径为1.0mm的青铜法Nb3Sn超导线材。
采用冷拉拔和退火的工艺，需要拉伸时间6h，需要退火6炉次共72h(每炉12h)，总计78h。采用热拉的方式加工，拉伸共需要24h。可见，热拉的效率高。对线材的临界电流进行测试，采用冷拉拔和退火的工艺的线材的临界电流在12T、4.2K下为 360A，采用热拉工艺的线材的临界电流在12T、4.2K下为383A，由于热拉过程的总退火时间减少，线材的性能提高。

Claims (5)

1.一种在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将待加工的青铜法Nb3Sn棒材经过冷拉拔后，置于真空热处理炉中进行中间退火，降温后出炉；然后根据上述冷拉拔工艺，经过多次冷拉拔退火，得到青铜法Nb3Sn线材(1)；总加工率不超过50％；
步骤2：将青铜法Nb3Sn线材(1)从管式炉(2)内穿过并经管式炉(2)后端的拉拔模具(3)进行在线热拉；
步骤3：重复步骤2反复多次在线热拉，获得直径为0.5mm～1.5mm的青铜法Nb3Sn超导线材。
2.根据权利要求1所述的在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，其特征在于：所述步骤1的青铜法Nb3Sn棒材的直径为30mm～60mm，每道次冷拉拨加工率为12％～20％，经过多次的中间退火和冷拉拔的青铜法Nb3Sn线材直径小于Φ15mm。
3.根据权利要求1所述的在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，其特征在于：所述步骤1的中间退火采用真空热处理炉抽真空至低于1×10-2Pa，然后充入氮气，加热至400℃～550℃，保温1h～3h，降温后出炉。
4.根据权利要求1所述的在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，其特征在于：所述步骤2的管式炉长度为2.5m～5m，温度为400℃～600℃。
5.根据权利要求1所述的在线热拉制备青铜法Nb3Sn超导线材的方法，其特征在于：所述步骤2在线热拉的青铜法Nb3Sn线材每道次拉拔的加工率为12％～20％，拉拔速度为1m/min～15m/min。
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