JPS6333534A - 超電導Ｎｂ―Ｔｉ合金及びその製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、超電導マグネットを構成するＮｂ−Ｔｉ合
金極細線（フィラメント）の製造素材とじて好適な超電
導Ｎｂ−Ｔｉ合金、並びにその製造方法に関するもので
ある。

く背景技術〉 多フイラメント超電導線は、優れた安定特性を有すると
ともに交流損失が少ないことで知られており、従って最
近では核融合炉、高エネルギー加速器、磁気浮上列車（
リニアモーターカー）或いは医療用機器等の超電導マグ
ネット部材として広い用途を誇るようになってきた。

ところで、このような超電導線材としては、比較的安価
なことに加えて工業的規模での製造が可能な程度に延性
を備えているとの理由で、現在、Ｎｂ　−Ｔｉ合金（Ｔ
ｉ：４０〜７５ａｔχ）が多用されている。

従来、Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線は、アーク溶解又は電子
ビーム溶解で作成したＮｂ−Ｔｉ合金インゴットを鍛造
並びにその他の熱間加工によって棒状とした後、その多
数本を安定化用のＣｕ母材中に埋込んで（具体的にはＣ
ｕ管内に多数本のＮｂ−Ｔｉ合金棒状素材を挿入し）母
材とともに線引き加工してＣｕマトリックスＮｂ−Ｔｉ
多芯線を得ると言う方法で製造されるのが普通であり、
その際、断面減少率１０６以上の強加工をしてから３５
０〜４５０℃で時効熱・処理をすることで“超電導特性
を示す臨界電流密度（ＪＣ）　　“の改善を図っている
。

しかしながら、前記線引き加工は非常に過酷な加工であ
るので、Ｃｕ母材で保護されているとは言え、加工中に
おけるＮｂ−Ｔｉ合金線の断線事故を拭い去ることは極
めて困難であった。そして、線引き加工時に断線を生じ
ると、様々な工夫を凝らしたとしても臨界電流密度（Ｊ
Ｃ）が著しく低下するのをどうすることも出来なかった
のである。

そこで、多フイラメント超電導線製造時における断線事
故を防止する手段として、極細超電導線の束を可撓性に
冨む金属の箔や薄肉条で固定してからＣｕマトリックス
に包み込む方法も提案されたが（特開昭５０−２５１９
０号）、この方法では格別な金属箔や金属薄肉条を準備
しなければならない上、特定の条件で極細超電導線の束
を固定するのに多大な手間を必要とし、工業生産上火し
て好ましい手段とは言えなかった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、Ｎｂ−Ｔｉ合金
超電導線の綿引き加工時の断線事故を確実に解消し性能
の良い超電導線を能率良く安定して製造し得る方法を見
出すべく、そのためにはＮｂ−Ｔｉ合金超電導線の線引
き素材そのものの特性改善が欠かせないとの認識の下に
該線引き素材たる“Ｎｂ−Ｔｉ合金棒”の製造条件、並
びにそれに伴う伸線加工性等の諸性能に関する種々の試
験を試みながら研究を行ったところ、以下に示される如
き知見が得られたのである。皿ち、 （ａｌ　　約１０龍φのＮｂ−Ｔｉ合金棒をＣｕ管内に
挿入して約１０μｍφにまで伸線加工する過程における
Ｎｂ−Ｔｉ合金材破断形態の詳細な観察結果から明らか
になったことであるが、極細線状態でのＮｂ−Ｔｉ合金
材破断は「初期には断面形状が真円（○）であったもの
が伸線加工により矩形（ロ）或いは楕円形（０）となり
、その結果破断に至る」との過程をたどるものであり、
上記異形断面への変形が破断の大きな原因となっている
こと。

（ｂ）　　ところが、加工進行後の極細線状態でのＮｂ
−Ｔｉ合金材断面形状はＮｂ　　Ｔｉ合金丸棒素材の集
合組織と極めて密接な関係を有しており、該集合組織が
、特に軸方向が＜１１０〉、（１００）面が円周方向に
均一に分布する“＜１１０＞繊維組織”又は“＜１１０
＞円錐組織”になっていると、加工が終了するまで前記
断面形状の真円状態には殆ど変化が見られず、そのまま
の形状が保たれ易いこと。

なお、ここで“＜１１０〉繊維集合組織”とは、第１図
（ａ）で示す如くにｒ＜１１０＞繊維軸が線材の軸方向
に完全に平行であるもの」を言い（図中の矢印は＜ｉｉ
ｏ＞繊維軸の方向を示している）、また“＜１１０＞円
錐集合組織”とは、第１図（ｂ）又は第１図（ｃ）に示
す如くに「素材中心部においては＜１１０＞繊維軸が線
材軸に完全に平行であり、それよりも円周部に近づくに
したがって該繊維軸は傾きはするが、その傾き角が円周
方向に一定であるような結晶集合組織」を言う。

（Ｃ）　　従って、伸線用超電導Ｎｂ−Ｔｉ合金素材の
集合組織を軸方向が＜１１０〉、（１００）面が円周方
向に均一に分布する“＜１１０＞繊維Ｕ織”又は“＜１
１０＞円錐組織”にすると、格別な手立てを講じなくて
も断線の懸念が無い安定した伸線作業を実施することが
出来、高性能の超電導線を能率良く高い歩留の下で製造
することが可能となること。

（ｄ＋　　上述のような“＜１１０＞繊維集合組織”又
は“＜１１０＞円錐集合組織”を備えた伸線用超電１Ｎ
ｂ−Ｔｉ合金素材は、Ｎｂ−Ｔｉ合金素材の調整のため
の熱間加工として少な（ともその最終仕上げ段階が“円
周方向に均一でメタルフローが軸対象となるような熱間
加工”を、即ち“円周方向を拘束した熱間加工（例えば
押出し、スウエージング、３０−ルの孔型圧延等）″を
採用することで実現されること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、 伸線用超電導Ｎｂ−Ｔｉ合金を、２５〜６０％（以下、
成分割合を表わす％は重量％とする）のＮｂを含むとと
もに残部が実質的にＴｉから成る成分組成にするととも
に、その集合組織を軸方向が＜　１１０　〉、（１００
）面が円周方向に均一に分布する＜１１０＞繊維組織又
は＜１１０＞円錐組織に構成することにより、格別な子
守てを要しなくても、断線の懸念無く高性能の超電導線
を作業性良く製造し得るようにした点、 を特徴とするものであり、更には、 ２５〜６０％のＮｂを含むとともに残部が実質的にＴｉ
から成る合金に、円周方向に均一で軸対象なメタルフロ
ーとなり、かつ加工度が１０％以上の最終仕上げ段階を
包含した熱間加工を施すことによって、その集合組織が
、軸方向が＜１１０〉、（１００）面が円周方向に均一
に分布する＜１１０＞繊維組織又は＜１１０＞円錐組織
であるところの、断線の懸念無く高性能の超電導線を作
業性良く製造し得る伸線用超電導Ｎｂ−Ｔｉ合金素材を
、工業的規模で安定に量産できるようにした点、をも特
徴とするものである。

なお、この発明においてＮｂ−Ｔｉ合金のＮｂ含有割合
を２５〜６０％と定めたのは、Ｎｂ含有割合が２５％未
満であったり、６０％を越えたりすると所望の超電４特
性を示さなくなるからである。

また、前記「熱間加工」は、少なくとも最終の仕上げが
円周方向に均一で軸対象なメタルフローとなる加工（例
えば熱間押出し、スウエージング、３０−ル孔型圧延等
）を含むものであれば良く、もちろん熱間加工の全部が
このような加工であっても良いが、少なくとも最終の仕
上げ段階で“円周方向に均一で軸対象なメタルフローと
なる加工”を１０％以上の加工度で施すことが肝要であ
る。

なぜなら、最終の仕上げ段階での上記のような加工の加
工度が１０％未満であると、前記所望の集合組織の確実
な実現が困難だからである。そして該加工度の上限は設
備能力によって定まるものでしかなく　（例えば加工度
：９０％の加工でも何ら差し支えない）、技術的な臨界
を見出すことはできない。

次に、この発明を実施例により更に具体的に説明する。

〈実施例〉 実施例　１ まず、常法通りの真空アーク溶解（３回溶解）にて、Ｎ
ｂ　：　５２．０％を含有するとともに残部がＴｉ及び
不可避的不純物から成るＮｂ−Ｔｉ合金インゴット（１
７Ｋｇ）を溶製し、次いで１０００℃に加熱した後、７
０鰭φにまで鍛伸した。

続いて、これを８００℃に加熱してから再度熱間加工を
施し、２０寵φの２種類の伸線用素材としたが、このと
きの熱間加工方法としてはそれぞれ次のうちの一方を採
用した。

■　押出し加工、 ■　通常の２０−ル孔型圧延。

次いで、上記各伸線用素材を常温にて１０ｗｍφにまで
スウェージ加工してから内径：　１０．５ｍφ、外径：
　１２．５１１φのＣｕ管内に挿入し、外径：　　１．
４ｍφまで伸線加工を行い、得られた単芯線を束ねて再
度Ｃｕ管に挿入し伸線加工を行って（束伸法）、約１０
μｍφの極細線とした。

そして、これら一連の工程中において、○　２０關φ伸
線用素材断面における反射域の（０１１）極点図、 ０１．４＋ｕφまで伸線加工したＮｂ−Ｔｉ合金線の断
面形状、 ○　約ｌＯμｍφまで伸線加工したときの断線率、 を調査したところ、第２図に示す如き結果が得られた。

第２図で示される結果からは次のことが確認できる。即
ち、 ｉ）押出し材のように、２０１ｍφの伸線用丸棒素材段
階で＜１１０＞繊維組織及びその円錐集合組織を有する
ものは、１．４鶴φにまで伸線加工した後も断面形状が
真円を保っており、１０鶴φまでの伸線加工性も優れて
いること、 ｉｉ　）一方、２０−ル孔型圧延材のように円周方向に
均一でない集合組織を有するものは、伸線加工中に断面
形状が矩形となり、１０鶴φまでの伸線加工後はかなり
の率で断線してしまうこと。

実施例　２ まず、実施例１と同様の方法にて、押出し加工材と２０
−ル孔型圧延材の２種のＮｂ−Ｔｉ合金丸棒素材（２０
ｍｍφ）を作製した。

次に、これを内径：２１龍φ、外径：２５ｍ−１φのＣ
ｕ管に挿入し、伸線加工を行って単芯綿となし、続いて
この線材の１２６本を外径ニア３鶴φ、内径：　６０　
冨＊φのＣｕビレットに挿入した後真空中での電子ビー
ム溶接にて蓋をして熱間押出しビレットを得た。

このようにして作られたビレットを５００℃に２時間加
熱・保持してから、押出しによる３０ｍφまでの減面加
工を行った。

次いで、更に伸線加工を施し、途中の時効熱処理を経て
最終線径：　０．３２１１１φ、フィラメント径：１０
μｍφの極細多芯線を作製した。

このときの ○　フィラメント径＝３０〜１０μｍφでの断線率、 Ｏフィラメント径＝３０〜１０μｍφでの臨界電流密度
、 の調査結果を第３図に示す。

第３図に示される結果からは、押出し加工にて作製され
たＮｂ−Ｔｉ合金丸棒を素材とした超電導線はフィラメ
ント断線が少なくて臨界電流密度も高く、優れた超電導
特性を示すのに対して、２０−ル孔型圧延加工材を用い
た線材ではフィラメントの断線が３０μｍφ程度の太い
サイズにおいて既に発生し、断線の増加とともに臨界電
流値も劣化することが確認できる。

く総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、優れた伸線加
工性を有し、特性の優れた超電導線を作業性良く安定製
造し得るＮｂ−Ｔｉ合金素材を提供することが可能とな
り、高性能の核融合炉、高エネルギー物理機器、磁気浮
上列車、船舶の高速推進機、電子顕微鏡、ＮＭＲ（核磁
気共鳴装置）、送電ケーブル等の開発・普及の促進に大
きく役立つことが期待できるなど、産業上極めて有用な
効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、＜１１０＞繊維軸の方向と線材軸の方向との
関係を説明した概略模式図であり、第１図（ａｌは＜１
１０＞繊維集合組織を、そして第１図（ｈｌ及び第１図
（Ｃ）は＜１１０＞円錐集合組織をそれぞれ示す、 第２図は、伸線用素材の種類による（１１０）極点図、
伸線過程の断面形状、及び伸線性の比較結果を示す図表
、 第３図は、Ｎｂ−Ｔｉ合金押出し材と２０−ル孔型圧延
材より作製した超電導線材の臨界電流密度及びフィラメ
ント断線率に及ぼすフィラメント径の影響を示すグラフ
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて２５〜６０％のＮｂを含むとともに
   残部が実質的にＴｉから成り、かつその集合組織が、軸
   方向が〈１１０〉、（１００）面が円周方向に均一に分
   布する〈１１０〉繊維組織又は〈１１０〉円錐組織であ
   ることを特徴とする伸線用超電導Ｎｂ−Ｔｉ合金。
2. （２）重量割合にて２５〜６０％のＮｂを含むとともに
   残部が実質的にＴｉから成る合金に、円周方向に均一で
   軸対象なメタルフローとなり、かつ加工度が１０％以上
   の最終仕上げ段階を包含した熱間加工を施すことを特徴
   とする、伸線用超電導Ｎｂ−Ｔｉ合金の製造方法。