JPH0440806B2

JPH0440806B2 -

Info

Publication number: JPH0440806B2
Application number: JP57207642A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Wada; Kyoji Tachikawa; Minoru Yamada; Akira Murase
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1982-11-29
Publication date: 1992-07-06
Also published as: EP0113186B2; EP0113186B1; EP0113186A2; DE3367303D1; EP0113186A3; JPS5998411A; US4508578A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はHf、Ta、Ｗを少なくとも１種以上を
含むNbTi系合金材からなる極細多芯Nb−Ti系
超電導線の製造方法の改良に関する。（従来の技術）超電導線は、液体ヘリウム温度（4.2K）にお
いて使用されることが前提であつたため、4.2K
での特性のみが間われた。このため８〜９テスラ
までのマグネツトにはNbTi二元合金線、９テス
ラを越え13テスラまでにはNb₃SnやV₃Ga等の化
合物線を使用する考え方が主流であつた。ところで、最近の冷凍冷却技術の進歩により
4.2K以下の温度を容易に達成できる状況になつ
たこと、およびマグネツトの大型化にともない化
合物線材の応力劣化が深刻になつてきたために
NbTi合金に第三元素、第四元素を添加した合金
材が注目されてきた。理論的にはNbTiにHf、
Ta、Ｗ等の重い元素を添加すると、超流動ヘリ
ウム温度域で高い上部臨界磁界（Hc₂）を持つこ
とが予想されるので従来もバルク材で実験が行な
われていた。しかしながら、単純な熱処理のみではNbTi線
材を上回る性能は得られない。このため、実用線
材として供するに十分な電流容量を持たせるため
の製造方法の確立が望まれていた。（発明が解決しようとする課題）本発明は、極低温、例えば超流動ヘリウム温度
域（2.2K以下）において従来のNbTi線を上回る
超電導特性（臨界電流特性）を有する極細多芯
Nb−Ti系超電導線の製造方法を提供しようとす
るものである。（課題を解決するための手段および作用）以下、本発明を詳細に説明する。まず、Nb10〜50原子％、Ti40〜75原子％及び
Hf、Ta、Ｗのうちから選ばれる１種以上の元素
30原子％以下の組成の合金材を線引き等の加工を
施して線状合金材を造る（第１の工程）。前記合金材中のNb量を限定した理由は、その
量が10原子％未満であつたり、50原子％を越えた
りすると、十分な臨界温度、臨界磁場を有する超
電導線が得られないからである。前記合金材中のTi量を限定した理由は、その
量が40原子％未満では限界電流を高めるのに必要
な微細な析出物は得られず、一方Tiの量が75原
子％を越えると、加工性の悪化を招くからであ
る。前記合金材中のHf等の元素の量を限定した理
由は、その量が30原子％を越えると、加工性が著
しく悪化し、臨界電流の低下を招くからである。
なお、Hf、Ta、Ｗの元素の下限値は超流動ヘリ
ウム温度で十分高い臨界磁場を有する超電導線を
得る観点から0.5原子％とすることが望ましい。次いで、前記線状合金材と銅（Cu）からなる
安定化材とを冷間減面加工して安定化材被覆線材
を形成した後、これら線材を束ねて安定化材と共
に冷間減面加工を施す工程を繰り返して所望数の
芯線を有する多芯線を造る（第２工程）。次いで、前記多芯線を250〜600℃の温度で中間
熱処理を施した後、100〜300℃の温度の温間で30
〜99.9％の加工率範囲で減面加工を行う（第３の
工程）。こうした第３の工程を１回、又は２回以
上繰り返し行うことにより極細多芯Nb−Ti系超
電導線を製造する。前記第３の工程で中間熱処理の温度を限定した
理由は、その温度を250℃未満にすると、臨界電
流を向上させるに十分な高密度の析出物を生成さ
せることができず、かといつてその温度が600℃
を越えると、析出物が粗大化して臨界電流の低下
を招くからである。この熱処理は、通常、２〜
1000時間程度の範囲で行えばよい。前記第３の工程における減面加工（温間減面加
工）の温度を限定した理由は、その温度を100℃
未満にすると心線切れの抑制効果を十分に発揮で
きず、かといつて300℃を越えると、減面加工に
より導入された転位が減少して臨界電流の向上化
を達成できないからである。前記第３の工程における30〜99.9％の加工率範
囲で減面加工を行うことにより、合金組成範囲内
に多量の転位が導入され、中間熱処理により生じ
た析出物と相乗されて特に臨界磁場近傍の臨界電
流を大幅に向上することができる。その結果、
2.2K以下の超流動ヘリウム温度域で使用した場
合、高磁界で優れた臨界電流特性を持つようにな
る。この減面加工での加工率を限定した理由は、
その加工率を30％未満にすると、転位の導入が不
十分となり、一方99.9％を越えると芯線切れが顕
在化するからである。（実施例）次に、本発明の実施例を詳細に説明する。実施例１下記表に示す組成を有する９種のNbTi系の合
金棒（直径7.6mm）を夫々について３本、合金27
本作製した（第１の工程）。次いで、各NbTi合金棒を外径10mm、内径８mm
の銅管（安定化材）に挿入して冷間減面加工を施
して外径２mmの銅管被覆線材とした後、これら線
材を７本束ねて外径８mm、内径６mmの銅管に再び
挿入して同様に冷間減面加工を施して外径２mmの
多芯材を作製した。更に、この工程を繰り返し行
なつて343本のNbTi系合金芯からなる多芯線を
作製した（第２の工程）。次いで、各々の多芯線について下記表に示す条
件の第３の工程を行なつて27種の極細多芯Nb−
Ti系超電導線を得た。但し、この第３の工程に
おいて下記表中の1A、2A、3A、4A、5A、6A、
7A、8A、9Aを除く1B、1C〜9B、9Cは減面加工
度（加工断面積比）10⁴の段階から最終の断面積
減少比を約10⁶とした。しかして、前記各超電導線の製造工程中での芯
線切れ数及びそれら超電導線の1.8K、10テスラ
の磁場中での臨界電流値を調べた。その結果を同
表に併記した。

【表】上表より明らかな如く合金材として本発明の範
囲外のものを用いて製造したNbTi系超電導線
（No.7A、7B、7C〜9A、9B、9C）は加工性が悪
いため、芯線切れが著しく増え、臨界電流も低下
することがわかる。特に、こうした合金材から作
製された多芯線を本発明と同様な第３の工程を施
して得た超電導線（No.、7B、7C、8B、8C、9B、
9C）にあつても、臨界電流値は中間熱処理
（HT）を施した超電導線（No.7A、8A、9A）と
それほど変わらない。これに対し、Nb10〜50原子％、Ti40〜75原子
％およびHf、Ta、Ｗのうちから選ばれる少なく
とも１種の元素30原子％以下からなるNbTi系合
金材を用い、この合金材から作製された多芯線を
（HT＋CD）を３回繰り返す第３の工程を施すこ
とにより得られたNbTi系超電導線（No.1B、2B、
3B、4B、5B、6B）は、これらと同組成の合金
材から作製された多芯線をHTのみの第３の工程
を施すことにより得られた超電導線（No.、1A、
2A、3A、4A、5A、6A）に比べて芯線切れは若
干増えるが、多量の転位が導入されるため、臨界
電流は著しく向上する。また、同組成の合金材から作製された多芯線に
対して（HT＋WD）を３回繰り返す第３の工程
を施すことにより得られたNbTi系超電導線（No.
1C、2C、3C、4C、5C、6C）は芯線切れを生じ
ることなく転位を導入できるので、臨界電流を大
幅に向上できる。実施例２実施例１と同様な方法によりNb35原子％、
Ti62原子％及びHf3原子％の組成の合金材から多
芯線（芯数：343本）を作製した。次いで、前記多芯線を異なる第３の工程を施し
て５種の極細多芯Nb−Ti−Hf超電導線を得た。得られた各超電導線について1.8Kの異なる磁
場中での臨界電流値を調べたところ、第１図に示
す特性図となつた。なお、第１図のＡは減面加工
度10⁶まで冷間加工した多芯線を350℃、500時間
の中間熱処理（第３の工程）を行なうことにより
得た超電導線の特性線である。Ｂは、前記実施例
１と同様な方法によりNb35原子％、Ti62原子％
及びHf3原子％の組成の合金材から作製した多芯
線（芯数：343本）を同様な中間熱処理と加工率
50％の冷間減面加工とを３回繰り返す第３の工程
を行うことにより得た超電導線の特性線である。
C₁〜C₃は、それぞれ前記実施例１と同様な方法
によりNb35原子％、Ti62原子％及びHf3原子％
の組成の合金材から作製した多芯線（芯数：343
本）を同様な中間熱処理と加工率50％、温度200
℃の温間減面加工とを１回、２回、３回行うこと
により得た超電導線の特性線である。第１図より明らかなように、本発明の第３の工
程を施すことにより得た超電導線Ｂ，C₁〜C₃は
中間熱処理のみを行なうことにより得た超電導線
Ａに比べて各磁場中での臨界電流が大幅に向上す
ることがわかる。実施例３実施例１と同様な方法によりNb20原子％、
Ti65原子％及びTa15原子％の組成の合金材から
多芯線（芯数：343本）を作製した。次いで、前記減面加工度10⁴の多芯線を異なる
温度下で500時間の中間熱処理と加工率50％、温
度200℃の温間減面加工とを３回繰り返し行なつ
て最終加工度が８×10⁴である極細多芯Nb−Ti−
Ta超電導線を得た。しかして、得られた超電導線について1.8K、
10テスラの磁場中での臨界電流の、中間熱処理に
対する温度依存性を調べた。その結果を第２図に
示す。この第２図より中間熱処理の温度は250〜
600℃の範囲で臨界電流の向上に有効であること
がわかる。即ち、この温度範囲をはずれると、臨
界電流は低下する。実施例４実施例３と同様な減面加工度10⁴の多芯線を350
℃、異なる時間の中間熱処理と加工率50％、温度
200℃の温間減面加工とを３回繰り返し行なつて
最終加工度が８×10⁴である極細多芯Nb−Ti−
Ta超電導線を得た。しかして、得られた超電導線について、1.8K、
10ステラの磁場中での臨界電流の、中間熱処理に
対する時間依存性を調べた。その結果を第３図に
示す。この第３図より中間熱処理時間は２〜1000
時間位が臨界電流の向上に有効であることがわか
る。実施例５実施例１と同様な方法によるNb35原子％、
Ti60原子％及びW5原子％の組成の合金材から多
芯線（芯数：343本）を作製した。次いで、前記減面加工度10⁴の多芯線を350℃、
500時間の中間熱処理と異なる加工率、温度200℃
の温間減面加工とを３回繰り返し行なつて極細多
芯Nb−Ti−Ｗ超電導線を得た。得られた超電導線について、1.8K、10テスラ
の磁場中での臨界電流値の、温間減面加工に対す
る加工率依存性を調べた。その結果を第４図に示
す。この第４図より温間減面加工の加工率を30〜
99.9％の範囲にすると、臨界電流が著しく向上す
ることがわかる。なお、冷間減加工でも、上記範
囲の加工率にすることが臨界電流の向上の点で有
効であることが確認された。実施例６前記実施例５と同様な減面加工度10⁴の多芯線
を350℃、500時間の中間熱処理と加工率50％、温
度の異なる温間減面加工とを３回繰り返し行なつ
て最終加工度が８×10⁴である極細多芯Nb−Ti−
Ｗ超電導線を得た。得られた超電導線について、1.8K、10テスラ
の磁場中での臨界電流値の温間減面加工に対する
温度依存性を調べた。その結果を第５図に示す。
この第５図より温間減面加工を採用する場合、そ
の温度は100〜300℃の範囲内で臨界電流を最も効
果的に向上できることがわかる。（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、Nb、
Tiを所定の原子割合で配合したNbTi合金にHf、
Ta、Ｗの元素を所定量添加した合金材を出発材
料とし、これから作製された多芯線に特定の処理
を施すことにによつて、加工性の向上化を図るこ
とができると共に、優れた臨界電流特性、特に
2.2K以下の超流動ヘリウム温度域で、従来の
NbTi二元素線材の特性を大幅に上回る臨界電流
特性を有する極細多芯NbTi系超電導線を得るこ
とができる。その結果、超電導機器の高磁界化、
小型化が可能となる。更に応力による特性の劣化
も少ないために核融合炉、加速器などの大型超電
導マグネツトの材料として極めて有効に利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は極細多芯Nb−Ti−Hf超電導線の1.8K
における臨界電流−磁場の関係を示す特性図、第
２図は極細多芯Nb−Ti−Ta超電導線の1.8K、
10テスラの臨界電流値と中間熱処理の温度との関
係を示す特性図、第３図は同超電導線の1.8K、
10テスラの臨界電流値と中間熱処理の時間との関
係を示す特性図、第４図は極細多芯Nb−Ti−Ｗ
超電導線の1.8K、10テスラの臨界電流値と温間
減面加工の加工率との関係を示す特性図、第５図
は同超電導線の1.8K、10テスラの臨界電流値と
温間減面加工の温度との関係を示す特性図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Nb10〜50原子％、Ti40〜75原子％および
Hf、Ta、Ｗのうちから選ばれる１種以上の元素
30原子％以下の組成の合金材を加工して線状合金
材を形成する第１の工程と、この線状合金材と銅
からなる安定化材とを冷間減面加工して安定化剤
被覆線材を形成した後、これら線材を束ねて安定
化材と共に再度冷間減面加工を施して多芯線を形
成する第２の工程と、この多芯線を250〜600℃の
温度で中間熱処理を施した後、30〜99.9％の加工
率範囲で減面加工する第３の工程とを具備し、前
記第３の工程の減面加工を100〜300℃の温度の温
間で行うと共に、同工程を少なくとも１回以上行
うことを特徴とする極細多芯Nb−Ti系超電導線
の製造方法。