KR101231936B1 - Nickel-based semifinished product having a cube recrystallization texture, corresponding method of production and use - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 큐브 재결정 집합조직을 가지는 니켈-기초 반제품 및 이들의 제조 방법과 용도에 관계한다. 반제품은 예컨대, 고도의 마이크로 구조 배열을 가지는 물리화학적 코팅을 위한 서포트로서 사용될 수 있다. 이러한 서포트는 예컨대, 고온 초전도체 분야에서 사용되는 것과 같은 세라믹 코팅을 위한 기판으로서 적절하다. 이러한 경우, 제품은 초전도 자석, 트랜스포머, 모터, 단층촬영기 및 초전도 전류 경로에서 사용된다. 본원 발명의 목적은 고도의 마이크로 구조 배열을 가지는 물리화학적 코팅을 위한 서포트로서 사용될 때 개선된 성능 특성을 가지는 니켈-기초 반제품을 제공하는 것이다. 특히 반제품은 실질적으로 결정 입도 그루빙의 형성을 저해하면서, 고급의, 열적으로 보다 안정한 큐브 구조를 가져야 한다. 이를 위하여, 마이크로합금 범위의 Ag가 반제품 재료에 첨가되고, 상기 첨가된 Ag는 0.3 원자% 이하이다. 본원 발명의 반제품은 예컨대, 고도의 마이크로 구조 배열을 가지는 물리화학적 코팅을 위한 서포트로서 적합하다. The present invention relates to nickel-based semifinished products having a cube recrystallized texture, and methods and uses for their preparation. Semifinished products can be used, for example, as a support for physicochemical coatings having a high microstructural arrangement. Such a support is suitable as a substrate for ceramic coatings, for example as used in the field of high temperature superconductors. In these cases, the product is used in superconducting magnets, transformers, motors, tomography and superconducting current paths. It is an object of the present invention to provide a nickel-based semifinished product having improved performance characteristics when used as a support for physicochemical coatings having a high microstructural arrangement. In particular, the semifinished product should have a higher, thermally more stable cube structure, substantially inhibiting the formation of grain size grooving. For this purpose, Ag in the microalloy range is added to the semifinished material, and the added Ag is 0.3 atomic% or less. The semifinished products of the invention are suitable, for example, as supports for physicochemical coatings having a high microstructural arrangement.
Description
본 발명은 큐브 재결정 집합조직을 갖는 니켈-기초 반제품 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nickel-based semifinished product having a cube recrystallized texture and a method for producing the same.
반제품은 예컨대 고도의 마이크로 조직구조로 정렬된 물리 화학적 코팅을 위한 베이스로 이용될 수 있다. 상기 베이스는 예를 들어 고온 초전도 분야에서 사용되는 것과 같은 세라믹 코팅용 기판으로 적합하다. 이러한 경우에 상기 반제품은 초전도 자석, 트랜스포머, 모터, 단층촬영기(tomograph) 또는 초전도 전류 경로에서 사용된다. Semifinished products can be used, for example, as a base for physicochemical coatings arranged in highly microstructured structures. The base is suitable as a substrate for ceramic coating, for example as used in high temperature superconducting applications. In this case the semifinished product is used in superconducting magnets, transformers, motors, tomographs or superconducting current paths.
큐브 표면 센터링된 그리드를 포함하는 다결정 금속, 즉 니켈, 구리 및 알루미늄 등은 롤링에 의해 선행하는 강한 냉간 단조 후 후속 재결정시 큐브 상태를 갖는 집합조직을 형성할 수 있음이 공지되어 있다(G. Wassermann: 금속 재료의 집합조직, Springer 출판사, 베를린, 1939). 상기 방식으로 집합조직된 금속 스트립, 특히 니켈 스트립은 금속 코팅, 세라믹 완충층(buffer layer) 및 세라믹 초전도층용 베이스로 이용된다. 상기 금속 스트립의 기판 재료로서 적합성은 주로 집합조직의 달성 정도 및 코팅 과정을 실행하는 온도 범위 내에서 집합조직의 안정성에 의존한다.It is known that polycrystalline metals comprising cube surface centered grids, ie nickel, copper and aluminum, etc., can form an aggregate with a cube state upon subsequent recrystallization after a strong cold forging preceded by rolling (G. Wassermann : Aggregation of Metallic Materials, Springer Press, Berlin, 1939. Metal strips assembled in this manner, in particular nickel strips, are used as bases for metal coatings, ceramic buffer layers and ceramic superconducting layers. Suitability of the metal strip as a substrate material mainly depends on the degree of achievement of the texture and the stability of the texture within the temperature range in which the coating process is carried out.
고온 초전도체의 제조를 위한 반제품이 공지되어 있으며, 상기 반제품은 Ni-Cr, Ni-Cr-V, Ni-Cu 및 유사한 합금으로 구성된다(US 5, 964, 966; US 6, 106, 615).Semi-finished products for the production of high temperature superconductors are known, which are composed of Ni-Cr, Ni-Cr-V, Ni-Cu and similar alloys (US 5, 964, 966; US 6, 106, 615).
이를 위해 Mo 및 W를 포함하는 Ni 합금도 공지되어 있다(DE 100 05 861 C1).Ni alloys containing Mo and W are also known for this purpose (
공지된 반제품은 하기 단점을 갖는다.Known semifinished products have the following disadvantages.
- 니켈은 냉간 단조 및 재결정 어닐링 후 고도의 큐브 집합조직을 달성하는데 바람직하지 않은 거친 구조를 형성하는 경향이 매우 강하다. Nickel has a very strong tendency to form coarse structures that are undesirable to achieve high cube texture after cold forging and recrystallization annealing.
- 냉간 단조된 Ni 스트립은 재결정 가열 처리 시, 특히 더 높은 온도(800 내지 1500℃)에서 결정 입도(grain boundary) 그래브(grave)가 형성되는 경향이 매우 강하다.Cold forged Ni strips have a very strong tendency to form grain boundary grabs, especially at higher temperatures (800-1500 ° C.) during recrystallization heat treatment.
- 결정 입도 그래브는 고도의 양축방향 큐브 집합조직의 형성을 뚜렷하게 저지할 수 있다.Grain size grabs can significantly prevent the formation of highly biaxial cube textures.
- 결정 입도 그래브를 포함하는 기판 재료는 애피텍셜 층 증착용, 예컨대 완충층 및 초전도층용 베이스로서 그다지 적합하지 않다.Substrate materials comprising grain size grabs are not very suitable as bases for epitaxial layer deposition, such as buffer and superconducting layers.
본 발명의 목적은 마이크로 조직구조로 정렬된 물리 화학적 코팅을 위한 베이스로 사용하기 위한 개선된 사용 특성을 갖는 니켈-기초 반제품을 제공하는 것이다. 특히 반제품은 고도의 그리고 열에 의한 안정된 큐브 집합조직을 가져야하고 결정 입도 그래브의 형성이 가능한 방지 되어야 한다. 상기 반제품의 제조 방법 제공도 상기 목적에 포함된다. It is an object of the present invention to provide a nickel-based semifinished product having improved use properties for use as a base for physicochemical coatings arranged in a microstructure. In particular, the semifinished product shall have a highly and thermally stable cube texture and should be prevented to form grain size grabs. It is also included in the object to provide a method for producing the semifinished product.
상기 목적은 반제품의 재료가 마이크로 합금 범위의 Ag 첨가제를 포함함으로써 달성되고, 이때 Ag 첨가제는 최대 0.3 atom-% 이다.This object is achieved by the material of the semifinished product comprising Ag additives in the microalloy range, wherein the Ag additive is at most 0.3 atom-%.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 Ni 합금은 합금 요소로서 Mo 및/또는 W를 포함할 수 있다. According to a preferred embodiment of the invention the Ni alloy may comprise Mo and / or W as the alloying element.
반제품에는 본 발명에 따라 90%를 넘는 집합조직의 양을 갖는 큐브 집합조직된 NiO 층이 제공될 수 있다. 상기 층은 확산 차단물로 적합하고 특히 산화 조건에서 질적으로 고품질의 코팅층을 형성할 수 있다.The semifinished product may be provided with a cube textured NiO layer having an amount of texture greater than 90% in accordance with the present invention. The layer is suitable as a diffusion barrier and can form a high quality coating layer, especially under oxidizing conditions.
본 발명에 따른 Ag 첨가제에 의해 고도의 큐브 집합조직의 형성이 지지되고 반제품의 Ni 표면에서 결정 입도 그래브의 형성이 방지된다. 또한, Ag 첨가제는 반제품에서 큐브 집합조직을 갖는 NiO 층에 의한 고도의 에피택셜 성장을 가능하게 한다. The Ag additive according to the present invention supports the formation of high cube texture and prevents the formation of grain size grabs on the Ni surface of the semifinished product. Ag additives also allow for high epitaxial growth by NiO layers with cube texture in semi-finished products.
반제품의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은 먼저 기계접 합금법(mechanical alloying)을 고려하여 제련 야금 또는 분말 야금 방법으로 반제품이 제조되는 것을 특징으로 하며, 상기 반제품은 기술적으로 마이크로 합금 범위의 Ag 첨가제가 포함된 순 Ni 또는 Ni 합금으로 구성되고, 상기 첨가제는 최대 0.3 atom-% 이다. 그리고 나서 상기 반제품은 열간 단조를 통해 80%가 넘는 두께 감소의 후속하는 고도의 냉간 단조에 의해 스트립 또는 평면 와이어로 가공된다. 최종적으로 상기 제품은 큐브 집합조직을 달성하기 위해 재결정화 어닐링될 수 있다. The method according to the invention for the production of semifinished products is characterized in that the semifinished products are first produced by smelting metallurgy or powder metallurgy, taking into account mechanical alloying, the semifinished products technically having an Ag additive in the microalloy range. It is composed of a pure Ni or Ni alloy containing, the additive is 0.3 atom-% at the maximum. The semifinished product is then processed into strips or flat wires by subsequent high cold forging with a thickness reduction of more than 80% through hot forging. Finally the product can be recrystallized annealed to achieve a cube texture.
재결정 어닐링 후 또는 중에 상기 제조된 반제품은 본 발명에 따라 큐브 집합조직된 NiO 층의 에피택셜 성장을 위해 산화 분위기에서 열처리될 수 있다. After or during recrystallization annealing, the semifinished product prepared above may be heat treated in an oxidizing atmosphere for epitaxial growth of the cube textured NiO layer according to the present invention.
반제품은 본 발명에 따라, 특히 와이어 또는 스트립 형태의 고온 초전도체를 제조하기 위해 고도의 마이크로 조직구조로 정렬된 물리 화학적 코팅을 위한 베이스로 사용될 수 있다. The semifinished product can be used according to the invention, in particular as a base for physicochemical coatings arranged in highly microstructured structures for the production of high temperature superconductors in the form of wires or strips.
본 발명은 하기에서 실시예에 의해 상세히 설명되고, 상기 실시예는 본 발명의 성공적인 실시를 나타낸다. 실시 결과의 일부는 도 1 및 도 2 및 하기 표 1에 기록되어 있다. The invention is illustrated in detail by the examples which follow, which illustrate the successful implementation of the invention. Some of the implementation results are recorded in FIGS. 1 and 2 and Table 1 below.
실시예 1Example 1
99.9 atom-% Ni의 순도를 갖는 기능상 순 니켈은 0.01 atom-% 은의 합금하에 다이 캐스트에 옮겨 부어진다. 잉곳(ingot)은 1000℃에서 입방체 구조(22 x 22)㎟ 로 롤링되고, 균일화되면서 어닐링되고 야금된다. 후속하여 입방체 재료는, 롤링에 의한 후속 냉간 단조를 위한 결함없는 표면을 얻기 위해 커팅 수정된다. 냉간 롤링은 80% 이상, 이 경우 99.6% 두께 감소의 롤링 정도로 실행된다. 얻어지는 니켈 스트립은 80 ㎛의 두께를 갖고 고도로 롤링된 집합조직을 갖는다. 이어서 550 ℃에서 30 분간 비산화 가스 분위기에서 어닐링 처리된다.Functionally pure nickel with a purity of 99.9 atom-% Ni is transferred to the die cast under an alloy of 0.01 atom-% silver. The ingot is rolled into a cube structure (22 × 22) mm 2 at 1000 ° C., annealed and metallized while homogenized. Subsequently the cube material is cut and modified to obtain a defect free surface for subsequent cold forging by rolling. Cold rolling is carried out to a degree of rolling of at least 80%, in this case 99.6% thickness reduction. The resulting nickel strip has a thickness of 80 μm and has a highly rolled texture. The annealing treatment is then performed at 550 ° C. for 30 minutes in a non-oxidizing gas atmosphere.
결과는 도 1에 따른 스트립에 알 수 있는 바와 같이, 매우 날카로운 큐브 재결정 집합조직이다. 큐브 상태를 갖는 미세결정의 양은 98% 이고 소각 결정 입도의 양은 마찬가지로 98% 이다. X-선 회절시 (111)-극의 강도의 반치폭은 FWHM = 4.4 °이다. The result is a very sharp cube recrystallized texture, as can be seen in the strip according to FIG. 1. The amount of microcrystals with a cube state is 98% and the amount of incinerated crystal grains is 98% as well. The full width at half maximum of the (111) -pole intensity upon X-ray diffraction is FWHM = 4.4 °.
실시예 2Example 2
99.9 atom-% Ni의 순도를 갖는 기능상 순 니켈은 0.01 atom-% 은의 합금하에 진공 유도로에서 용융되고 다이 캐스트에 옮겨 부어진다. 잉곳(ingot)은 1000℃에서 입방체 구조(22 x 22)㎟ 로 롤링되고, 균일 어닐링되고 야금된다. 후속하여 입방체 재료는, 롤링에 의한 후속 냉간 단조를 위한 결함없는 표면을 얻기 위해 커팅 수정된다. 냉간 롤링은 80% 이상, 이 경우 99.6% 두께 감소의 롤링 정도로 실행된다. 얻어지는 니켈 스트립은 80 ㎛의 두께를 갖고 고도로 롤링된 집합조직이다. 이어서 550 ℃에서 30분 동안 감소 가스 분위기에서 어닐링 처리된다.Functionally pure nickel with a purity of 99.9 atom-% Ni is melted in a vacuum induction furnace under an alloy of 0.01 atom-% silver and transferred to the die cast. The ingot is rolled into a cube structure (22 × 22) mm 2 at 1000 ° C., uniformly annealed and metallized. Subsequently the cube material is cut and modified to obtain a defect free surface for subsequent cold forging by rolling. Cold rolling is carried out to a degree of rolling of at least 80%, in this case 99.6% thickness reduction. The resulting nickel strip is a highly rolled texture with a thickness of 80 μm. It is then annealed in a reduced gas atmosphere at 550 ° C. for 30 minutes.
결과는 거의 완전한 큐브 재결정 집합조직이다. 후속하여 스트립은 순 산소 가스에서 1150 ℃에서 5분 동안 산화물에 노출된다. The result is a nearly complete cube recrystallization assembly. The strip is subsequently exposed to the oxide for 5 minutes at 1150 ° C. in pure oxygen gas.
발생되는 산화니켈층은 큐브 집합조직을 갖고, 입자의 97%는 큐브 상태를 갖는다. 상기 집합조직은 니켈 스트립의 집합조직에 대해 45°회전된다(도 2 참조). (111)-극의 반치폭은 6.2 °이다. The nickel oxide layer generated has a cube texture, and 97% of the particles have a cube state. The texture is rotated 45 ° relative to the texture of the nickel strip (see FIG. 2). The half width of the (111) -pole is 6.2 °.
실시예 3Example 3
기능상 순 니켈은 0.1 -% 은의 합금하에 용융되고 다이 캐스트에 옮겨 부어진다. 잉곳(ingot)은 1000℃에서 입방체 구조(22 x 22)㎟ 로 롤링되고, 균일 어닐링되고 야금된다. 후속하여 입방체 재료는, 롤링에 의한 후속 냉간 단조를 위한 결함 없는 표면을 얻기 위해 커팅 수정된다. 냉간 롤링은 85% 두께 감소의 롤링 정도로 실행된다. 얻어지는 니켈 스트립은 3mm 두께를 갖고 후속하여 재결정을 위해 850 ℃에서 30분 동안 어닐링 처리된다. 그리고 나서 표면이 세척되고 스트립은 80㎛ 두께로 냉간 변형된다. 후속하여 큐브 집합조직을 형성하기 위해 850℃에서 45분 이상 감소 분위기에서 어닐링된다. Functionally pure nickel is melted under an alloy of 0.1-% silver and transferred to the die cast. The ingot is rolled into a cube structure (22 × 22) mm 2 at 1000 ° C., uniformly annealed and metallized. Subsequently the cube material is cut and modified to obtain a defect free surface for subsequent cold forging by rolling. Cold rolling is carried out with a rolling degree of 85% thickness reduction. The resulting nickel strip is 3 mm thick and subsequently annealed at 850 ° C. for 30 minutes for recrystallization. The surface is then cleaned and the strip is cold deformed to 80 μm thickness. Subsequently anneal in a reducing atmosphere at 850 ° C. for at least 45 minutes to form a cube texture.
실시예 4Example 4
기능상 순 니켈 분말은 4.0 atom-% 텅스텐 분말 및 0.1 atom-% 은 분말을 첨가하여 분말 야금 공정된다. 가압, 템퍼링 및 열간 단조 후 (12 x 12)㎟의 바아(bar) 재료가 얻어진다. 롤링에 의한 후속 냉간 단조를 위한 결함 없는 표면을 얻기 위해 표면은 커팅 수정된다. 냉간 롤링은 (10 x 10)㎟의 크기로부터 80 ㎛ 두께의 제조크기까지 실행된다. 스트립의 에지 영역은 분리되어 흩어진다. 얻어지는 니켈 스트립은 재결정화를 위해 먼저 550 ℃에서 30분 동안 감소 가스 분위기에서 어닐링 처리된다. 그리고 나서 스트립은 열에 의한 높은 부하를 받을 수 있는 큐브 상태를 얻기 위해 8분 동안 1100 ℃에서 감소 분위기에서 제 2 어닐링 처리된다. Functionally pure nickel powder is a powder metallurgical process by adding 4.0 atom-% tungsten powder and 0.1 atom-% silver powder. After pressing, tempering and hot forging a bar material of (12 × 12) mm 2 is obtained. The surface is cut and modified to obtain a defect free surface for subsequent cold forging by rolling. Cold rolling is carried out from a size of (10 × 10) mm 2 to a manufacturing size of 80 μm thick. The edge regions of the strip are separated and scattered. The resulting nickel strip is first annealed in a reduced gas atmosphere at 550 ° C. for 30 minutes for recrystallization. The strip is then second annealed in a reduced atmosphere at 1100 ° C. for 8 minutes to obtain a cube state that can be subjected to high thermal loads.
하기 표 1에서 기판 5번 및 6번의 값은 선행 기술(기판 1번-4번)과 달리 FWHM(111) 값에 미치는 본 발명에 따른 Ag 첨가제의 긍적적 작용을 보여준다.In Table 1, the values of
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