JPS60199522A - 合金系超電導線の製造方法 - Google Patents

合金系超電導線の製造方法

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JPS60199522A
JPS60199522A JP59053444A JP5344484A JPS60199522A JP S60199522 A JPS60199522 A JP S60199522A JP 59053444 A JP59053444 A JP 59053444A JP 5344484 A JP5344484 A JP 5344484A JP S60199522 A JPS60199522 A JP S60199522A
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JP
Japan
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alloy
wire
wire rod
loss
magnetic field
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JP59053444A
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English (en)
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Kikuo Ito
伊藤 喜久男
Kyoji Tachikawa
恭治 太刀川
Hitoshi Wada
仁 和田
Minoru Yamada
穣 山田
Misao Koizumi
小泉 操
Akira Murase
村瀬 暁
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Toshiba Corp
National Research Institute for Metals
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Toshiba Corp
National Research Institute for Metals
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、合金系超電導線の製造方法に係り、特に、外
部磁界の変動による交流損失が少なく、しかも安定で高
磁界を発生させ得る合金系超1に導線を歩留りよく製造
する方法に関する。
〔発明の背景技術とその問題点〕
超電導線は大きく分けて、合金系超電導線と、化合物超
電導線とに大別される。化合物超電導線は応力劣化の点
で問題があり、最近では大型のマグネット等では合金系
超電導lIDを使用する傾向におる。
ところで、合金系超゛鳴尋りメの多くは、第1図に示す
ように1銅やアルミニウム等の高21に性のマトリック
ス1内に複数のNbTIIMの芯To2を組込んだ極細
多芯構造に形成されている。マトリックス1は、芯線2
の超電導状態が破れたときの電流バイパス路および8轟
2に生じたジュール熱を速やかに除去するだめのもので
安定性を確保するのに不可欠のものである。
しかし、上記のように高導電性のマトリックス1内に単
に多数の芯線2を平行に配置した構造では、外部磁界が
変動したとき、電磁気的な結合作用によって芯線群が1
本の太い等価超電尋体としてふるまい、通常、安定化を
達成することが困難である。
そこで、上述した結合損失を減少させるために第2図に
示すように8憇2をツイストしたり、また第3図に示す
ように芯紐2とマトリックス1の禍取材との間に高抵抗
材、たとえば銅ニツケル合金のバリア3を介在させるよ
うにした構造が考えられている。このような構造を採用
すると確かに結合損失を減少させることができる。
しかし、交流損失には結合損失の他にヒステリシス損失
がある。このヒステリシス損失は、芯線の特性によって
左右され、条件によっては、交流損失全体の40〜50
%を占める場合もある。このため、ヒステリシス損失を
減少させるKは芯線の特性そのものを改善する必要があ
る。
しかしながら、使用範囲を拡大するには、ヒステリシス
損失に限らず交流損失全体を低減できなければ意味がな
く、また、これに加えて高磁界での臨界電流特性に勝れ
ていなければ意味がない。このため、上述した要望を満
し得る製造方法の出現が望まれているのが実情である。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、交流損失が少なく1.かつ安定
で、しかも高磁界発生可能な超電導線を歩留りよく製造
できる合金系超電導線の製造方法を提供することにある
〔発明の概要〕
本発明に係る製造方法は、Ta’i1〜15原子%含ん
だNb−Tf−Ta合金またはHfを1〜10原子%含
んだNb−Ti−Hf合金を鍛造して線状化する第1の
工程と、この工程によって得られた線状化物に被覆材を
装着した後、冷間減面加工を施し、続いてこれら被櫟線
材を安定化材中に複数本組込み、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、この工程によって
得られた多芯線に300〜500℃の熱処理を施した後
、冷間減面加工を施す作業を複数回繰り返し、続いて再
び熱処理を施した後にツイスト加工する第3の工程から
なることを%徴としている。
〔発明の効果〕
本発明に係る製造方法では、芯線材としてNb−Ti−
Ta合金またはNb −T 1−Hf合金を用いるよう
にしている。Ta、Hfの添加は、交流損失、特にヒス
テリシス損失の低減化ならびに高磁界での臨界電流向上
化に寄与する。
Nb−Tl−Ta合金を芯線材として用いる場合、Ta
の添加量が1m子%未満であると、ヒステリシス損失の
低減にあまり効果がなく、また、15JJX子%を越え
ると硬度が増加して数10μ専の太さに加工することが
困難である。一方、Nb−Ti−Hf合金を芯線材とし
て用いる場合には、Hfの添加量が1原子%未溝である
とヒステリシス損失の低減にあまり効果がなく、シかも
10原子%を越えると、Taの添加の場合と同様に数1
0μmの太さに加工することが困難である。
しかして、本発明に係る製造方法では、上述した組成の
合金を第1の工程において鍛造して線状化した後、第2
の工程において上記線状化物に被覆材を装着し、この被
板線材に冷間減面加工を施し、続いてこれら被覆線材を
安定化材中に複数本組込み、再び冷間減面加工を施して
多芯線を形成するようにしている。したがって、上記被
覆材として、たとえば銅ニツケル合金管等の高抵抗材を
用いることによって、各芯線と安定化材との間に高抵抗
バリア層を形成することができる。このバリア層は、交
流損失のうちの結合損失の低減化に寄与する。
また、第2の工程によって得られた多芯線に第3の工程
において熱処理、冷間減面加工の工程を複数回繰り返し
、続いて熱処理した後、ツイスト加工を施すようにして
いる。上記熱処理、冷間減面加工の繰り返しは、高磁界
での特性向上に効果的である。ただし、熱処理温度が3
00℃未満の場合には、焼鈍効果を期待することができ
ず、また500℃を越える場合には、Ta。
Hf の偏析が起こる。したがって、本発明のように熱
処理温度が300〜500℃の範囲であると、臨界電流
密度を向上させるに十分な高密度の析出物を生成させる
ことができる。なお、減面加工時に1回当りの加工度を
30%以上に設定すると転位の導入が良好に行なわれ高
磁界下での臨界電流密度向上に有効である。また、この
第3の工程において最終的に多芯線にツイスト加工を施
すようにしている。したがって、このツイストによって
交流損失のうちの結合損失をさらに低減させることがで
きる。
かくして、本発明製造方法によれば、交流損失が少なく
、シかも高磁界下での臨界電流特性を向上させ得る合金
系超電導線を容易に製造することができる。
〔発明の実施例〕
実施例工。
表1の資料番号A〜Dに示される%にNb。
Ti、Ta 素材を用意し、これら素材を資料番号毎に
溶解して41類の合金インゴットを作製した。次に、各
合金インゴット毎に第4図に示す工程表にしたがって、
面側、鍛造加工を行なって線状化し、次に溶体化処理を
施して第1の工程を終了した。
次に、各線状化物に銅製の被覆管を装着し、さらに、こ
れら被り線材に冷間減面加工を施して伸線化した。この
ようにして伸線化された4穏類の線材をそれぞれ295
等分に切断した。
次に295本に切断されたものを鋼材で形成された安定
化材中に各種類毎に組込み、次に静水圧押し出し加工を
施し、伸線化して、4釉類の多芯線を得て第2の工程を
終了した。なお、上記多芯線におけるNb−Ti−Ta
合金芯りと銅との11面積比は、それぞれ1.4であっ
た。
次に、上記のようにして得られた4釉類の多芯線にそれ
ぞれ350℃、100時の熱処理を施した後、加工度6
0%の冷間減面加工を施し、これを繰り返して、太さ0
.55 aunφの4柚類の超電等&Iを得た。続いて
、これら超電−J蔵に再度熱処理を施した後、伸線加工
を施しながら10mmピッチでツイスト加工金族し、第
3工程を終了した。
表 1 また、参考例として表1の資料@号Eに示されるように
Ta添加量を大幅に増加させたNb−Ti−Ta合金お
よび資料番号F、GK示されるようにTILを全く添加
していないNb−T+金合金芯線材として用い第4図に
示す工程表にしたがって超電導線を製作した。しかし、
資料番号GKついては、Ta量が多すぎて芯糺切れが発
生していることが判った。
このようKして得られたGaI類(資料番号Eは除く)
の超電導線についてヒステリシス損失を測定したところ
第5図に示す結果を得た。なお、測定温度は4.2に、
印加磁界の変化速度は0.1T/aecX最大印加磁界
は5Tである。また、測定は、パルスマグネットによる
磁化測定法によった。
第5図から明らかなように、Taを1〜15原子%含む
超電導線(資料番号A−D)は、従来の超電導線(資料
番号F、G)に較べてヒステリシス損失が著しく少ない
。これは、Ta添加による組繊液化によるものである。
但し、T&を20原子%添加した場合には芯線切れが起
こり、実用すること唸できない。また、娼5図に示す傾
向から判るようにTaを1原子%未満添加した場合には
、それ程効果がない。したがって、交流損失のうち、ヒ
ステリシス損失を低減させるには、Taを1〜15原子
%添加すればよいことがbtttyされた。また、ツイ
スト加工によって交流損失のうちの結合損失を低減させ
ることができるので、資料番号A−Dの超゛龜導緑は、
交流損失全体を低減できることになる。
一方、高磁界も性を確認するために、従来のNb−60
原子%Ti合金を芯線として用いたもの(資料番号G)
と、NbTi−7m子%Ta合金を芯線として用いたも
の(資料番号C)とについて、両者の臨界゛電流泥液を
調べてみたところシル6図に示す結果を得た。なお、測
矩諷度は、4.2にである。この第6図から明らかなよ
うに低磁界下でUNb−Ti−Ta合合金芯金用いたも
のの方がNb−Tl合金芯8を用いたものより臨界′電
流m&が低い。しかし、6T以上の高磁界になると、両
者にはほとんど差がみられない。したがって、紀6図中
Yで示す励磁曲線から判るように両者の1材を使ってマ
グネットを製作した場合、発生可能な最大磁界は同じと
なる。つまり、Nb−Tj−Ta合金芯&iの場合も十
分な高磁界物性が得られることが確認された。
実施例2 辰2の資料番号H−KK示される%にNb。
TI、Hf素祠を用意し、これら素材を資料計号毎に溶
解して4極類の合金インゴットを作製した。そして、各
合金インゴットを第4図に示した工程と全く同じ工程で
、かつ実施例1と同じ条件で加工し、最終的に4&+頬
の超奄等紛金製造した。
また、参考例として表2の資料番号りに示されるように
Hf添加緻を大幅に壜加させたNb−Ti−Hf合金を
7;線材として用い第4図に示した工程表にしたがって
超電導線を製作した。
しかし、資料番号りの芯1材を用いた超電導線は、加工
時に芯線切れが発生し、このため使用できないことが確
認された。
このようにして製造された4釉類の超電みメ線について
、実施例1で説明した条件と等しい条件でヒステリシス
損失を測定したところ泥7図に示す結果が得られた。な
お、図中F、Gは、表1の資料番号F、Gの芯1fjr
桐、つまりHfを全く含まない芯線材を用いたものの結
果を参考例として示している。この図から明らかなよう
にヒステリシス損失を低減させるためにHfの1^加も
有効であることが確認された。
また、賃料番号Iの芯線材を用いた超岨専赳について臨
界゛電流特注をA1べたところTaを添加した芯線杓を
用いたものと同じ傾向を示し、6T以上の高磁界下では
Nf −60原子%Tj合金芯ki k用いたものと同
じ値であることが確認された。
なお、上述した各実施例における第2の工程において、
被aUとして411ニッケル合金等の高抵抗高熱伝導材
を用いると、尚−施結合損失を少なくすることができる
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図は従来の合金系超電導縁の構造を説明
するための図、第4し4は本発少3の一実施例に係る製
造方法の工程を説明するための図、第5図は本発明製造
方法によって製造された超゛亀導紐のヒステリシス損失
を従来のそれと比較して示す図、第6図は向超電2!を
綜の臨界電流特性を従来のそれと比較して示す図、第7
図は本発明製造方法によって製造された他の超゛醸尋線
のヒステリシス損失を従来のそれと比較して示す図であ
る。 出軸人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 0 5 10 15 NbTi中のTa量、/!!子07゜ 第6図 λnFj(fスラ) 第1頁の続き ■InJC1,’ 識別記号 0発 明 者 小 泉 操 O発 明 者 村 瀬 暁 庁内整理番号 研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Taを1〜15XIX子%含んだNb−Ti−T
    a合金またはHf ’i1〜10原子%含んだNb−T
    i−Hf合金を鍛造して線状化する第1の工程と、この
    工程によって得られた線状化物に被覆材を装着した後、
    冷間減面加工を施し、続いてこれら被a線材を安定化材
    中に複数本組込み、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、この工程によって得られた多芯
    線に300〜500℃の熱処理を施した後、冷間減面加
    工を施す作業を複数回繰り返し、続いて再び熱処理を施
    した後にツイスト加工する第3の工程とを具備してなる
    ことを%徴とする合金系超電導線の製造方法。
  2. (2) 前記被覆材は、鋼管であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の合金系超電導線の製造方法。
  3. (3) 前記被覆材は、銅ニツケル合金管であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の合金系超電##
    の製造方法。
  4. (4)前記第3の工程における減面加工度は1回につき
    30%以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載合金系超電導線の製造方法。
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