RU2624564C2 - Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis - Google Patents

Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis Download PDF

Info

Publication number
RU2624564C2
RU2624564C2 RU2015147824A RU2015147824A RU2624564C2 RU 2624564 C2 RU2624564 C2 RU 2624564C2 RU 2015147824 A RU2015147824 A RU 2015147824A RU 2015147824 A RU2015147824 A RU 2015147824A RU 2624564 C2 RU2624564 C2 RU 2624564C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
nickel
alloy
texture
temperature
Prior art date
Application number
RU2015147824A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015147824A (en
Inventor
Дмитрий Петрович Родионов
Юрий Николаевич Акшенцев
Ирина Владимировна Гервасьева
Юлия Валентиновна Хлебникова
Теона Романиевна Суаридзе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН)
Priority to RU2015147824A priority Critical patent/RU2624564C2/en
Publication of RU2015147824A publication Critical patent/RU2015147824A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624564C2 publication Critical patent/RU2624564C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the manufacture methods of biaxial textured support plates for epitaxial application on it the buffering and high-temperature superconducting layers for the band high temperature superconductors (HTSC) of the second generation. The manufacturing method of biaxially textured support plate on the copper-nickel basis includes the melting of the triple alloy, forging, cold reverse rolling upto the deformation degree of ≥ 97% and recrystallization annealing at the temperature of ≥ 1000°C, while iron, or vanadium, or chromium is introduced into the alloy on the copper-nickel basis as the alloying element with the following component ratio, at. %: iron ≤ 3 at. %, or vanadium ≤ 1.1 at. %, or chromium ≤ 3 at. %, nickel - 40-45 at. %, copper - the rest.
EFFECT: method allows to increase the strength of the textured support plate from the triple alloy on the copper-nickel basis, while maintaining the non-magnetization and the texturization degree.
1 ex, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения биаксиально текстурированных подложек.The invention relates to metallurgy, in particular to methods for producing biaxially textured substrates.

Биаксиально текстурированная подложка служит основой для эпитаксиального нанесения на нее буферных и высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) слоев. Готовая многослойная лента может быть использована для передачи электроэнергии с наименьшими потерями, создания сильных магнитных полей в безгелиевых ВТСП соленоидах, для проектирования экономичных, с улучшенными массогабаритными характеристиками изделий для электроэнергетики и других отраслей экономики.The biaxially textured substrate serves as the basis for the epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting (HTSC) layers on it. The finished multilayer tape can be used to transfer electricity with the least loss, create strong magnetic fields in helium-free HTSC solenoids, to design economical, with improved mass and size characteristics of products for the electric power industry and other sectors of the economy.

Проблема получения металлических лент-подложек с высокой степенью совершенства кубической текстуры {100}<001> возникла в конце 90-х гг. в связи с появлением технологии получения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения, основанной на эпитаксиальном нанесении керамического ВТСП через буферные слои на текстурованную металлическую подложку [Goyal A., Norton D.P., Budai J.D., Phavantham N., et. al. High Critical Current Density Superconductors Tapes by Epitaxial Deposition of YBa2Cu3Ox Thick Films on Biaxially Texturated Metals // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, №. 16. P. 1795-1797].The problem of obtaining metal substrate tapes with a high degree of perfection of the cubic texture {100} <001> arose in the late 90s. in connection with the advent of technology for the production of second-generation high-temperature superconductors (HTSCs) based on the epitaxial deposition of ceramic HTSCs through buffer layers onto a textured metal substrate [Goyal A., Norton DP, Budai JD, Phavantham N., et. al. High Critical Current Density Superconductors Tapes by Epitaxial Deposition of YBa 2 Cu 3 O x Thick Films on Biaxially Texturated Metals // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, No. 16. P. 1795-1797].

Основной характеристикой ленточных многослойных ВТСП является величина критического тока, которая в значительной степени определяется остротой кристаллографической текстуры в материале сверхпроводника, наследуемой от кубической текстуры металлической подложки. Кроме того, на величину критического тока влияет магнитное состояние материала подложки. Чем меньше магнитная проницаемость подложки, тем больше критический ток, поэтому желательно, чтобы материал подложки был немагнитен при рабочей температуре ВТСП. Для производства длинных лент в промышленности необходимо также иметь достаточно высокие прочностные свойства несущей металлической ленты, которая обеспечивает структурную целостность слоя ВТСП.The main characteristic of multilayer HTSC tapes is the critical current value, which is largely determined by the sharpness of the crystallographic texture in the superconductor material, inherited from the cubic texture of the metal substrate. In addition, the magnitude of the critical current is affected by the magnetic state of the substrate material. The lower the magnetic permeability of the substrate, the greater the critical current; therefore, it is desirable that the substrate material is non-magnetic at the operating temperature of the HTSC. For the production of long tapes in industry, it is also necessary to have sufficiently high strength properties of the supporting metal tape, which ensures the structural integrity of the HTSC layer.

Кубическая текстура после рекристаллизационного отжига получается только в тех металлах и сплавах с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК), которые имеют достаточно высокие значения энергии дефектов упаковки (ЭДУ). Величина ЭДУ определяет тип многокомпонентной текстуры деформации. Текстуры деформации ГЦК металлов содержат три основные компоненты: S {123}<634>, С {112}<111> и В {110}<112> [Вишняков Я.Д., Бабарэко А.А., Владимиров С.А., Эгиз И.В. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М.: Наука. 1979. 343 с.]. Считается, что в материалах с низкой ЭДУ, таких как α-латунь, получает развитие только компонента (В). В материалах с высокой ЭДУ, таких как А1 и Ni, преобладают в текстуре деформации компоненты S и С. В материалах со средними значениями ЭДУ, например, в Сu, присутствуют все компоненты - С, S и В. В материалах с текстурой деформации «типа меди» (материалы со средней и высокой ЭДУ) после первичной рекристаллизации формируется кубическая текстура {100}<001>, а в материалах с текстурой деформации «типа латуни», т.е. с низкой ЭДУ, кубическая текстура не образуется. При легировании металла с высоким и средним значением ЭДУ происходит снижение ЭДУ сплава и после рекристаллизационного отжига кубическая текстура будет образовываться только в тех сплавах, в которых не произошел текстурный переход от текстуры деформации «типа меди» к текстуре деформации «типа латуни». Этот переход происходит, когда сумма объемных долей компонент C (112}<111> и S {123}<634> примерно равна удвоенной объемной доле компоненты B {110}<112> [Гервасьева И.В., Соколов Б.К., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В. Образование текстуры в сплавах никеля с некоторыми d - переходными металлами. 1. Текстура деформации // ФММ. 2003. Т. 95. №1. C. 77-84; Гервасьева И.В., Соколов Б.К., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В., Подкин Я.В. Образование текстуры в сплавах никеля с некоторыми d-переходными металлами. 2. Текстура рекристаллизации // ФММ. 2003. T. 96. №2. C. 95-101].The cubic texture after recrystallization annealing is obtained only in those metals and alloys with a face-centered cubic lattice (FCC) that have sufficiently high values of the stacking fault energy (EDU). The magnitude of the EMF determines the type of multicomponent deformation texture. The deformation textures of fcc metals contain three main components: S {123} <634>, C {112} <111> and B {110} <112> [Vishnyakov Y.D., Babareko AA, Vladimirov S.A. , Egiz I.V. Theory of texture formation in metals and alloys. M .: Science. 1979. 343 p.]. It is believed that in materials with low EDU, such as α-brass, only component (B) is developed. In materials with high EDF, such as A1 and Ni, components S and C prevail in the deformation texture. In materials with average EDF, for example, in Cu, all components C, S and B are present. In materials with a “type copper ”(materials with medium and high EDU) after primary recrystallization, a cubic texture {100} <001> is formed, and in materials with a deformation texture of“ brass type ”, i.e. with low EDU, a cubic texture does not form. When alloying a metal with a high and average value of the EDF, the EDF of the alloy decreases and after recrystallization annealing, the cubic texture will be formed only in those alloys in which there has not been a texture transition from the “copper type” deformation texture to the “brass type” deformation texture. This transition occurs when the sum of the volume fractions of the components C (112} <111> and S {123} <634> is approximately equal to the doubled volume fraction of the component B {110} <112> [Gervasyeva IV, Sokolov B.K., Rodionov D.P., Khlebnikova Yu.V. Texture formation in nickel alloys with some d - transition metals 1. Deformation texture // FMM 2003. T. 95. No. 1. P. 77-84; I. Gervasieva ., Sokolov B.K., Rodionov D.P., Khlebnikova Yu.V., Podkin Y.V. Texture formation in nickel alloys with some d-transition metals 2. Texture of recrystallization // FMM. 2003. T. 96 . No. 2. C. 95-101].

Подложка может быть текстурирована с применением деформационных процессов, таких как деформация с использованием прокатки и рекристаллизационного отжига подложки. Примером такого процесса является процесс биаксиального текстурирования подложки с помощью прокатки (RABiTS-процесс, от англ. «rolling-assisted biaxially textured substrate»). В этом случае большие количества металла могут быть экономично обработаны путем деформации холодной прокаткой и рекристаллизационного отжига, в результате чего приобретают высокую степень текстурированности [Патенты США №5739086, №5741377, №5898020].The substrate can be textured using deformation processes, such as deformation using rolling and recrystallization annealing of the substrate. An example of such a process is the process of biaxial texturing of a substrate using rolling (RABiTS process, from the English. "Rolling-assisted biaxially textured substrate"). In this case, large amounts of metal can be economically processed by cold rolling and recrystallization annealing, resulting in a high degree of texturing [US Patents No. 5739086, No. 5741377, No. 5898020].

Известен способ изготовления биаксиально текстурированной подложки, включающий выплавку, ковку, холодную прокатку и последующий рекристаллизационный отжиг, в котором используются различные чистые металлы: Ni, Cu, Pd, Pt, Ag и некоторые сплавы перечисленных металлов [Патент США №6180570].A known method of manufacturing a biaxially textured substrate, including smelting, forging, cold rolling and subsequent recrystallization annealing, which uses various pure metals: Ni, Cu, Pd, Pt, Ag and some alloys of these metals [US Patent No. 6180570].

Однако перечисленные чистые металлы обладают в текстурированном состоянии очень низким значением предела текучести. К тому же изготовление ленты-подложки в промышленных масштабах из биаксиально текстурированного палладия (или платины) невозможно из-за высокой стоимости металла. В описанном способе изготовления подложки не все металлы обеспечивают после соответствующих технологических процедур формирование острой кубической текстуры и необходимого уровня прочности. Например, в серебре при прокатке при комнатной температуре образуется текстура деформации такого компонентного состава, что становится невозможно получить кубическую текстуру рекристаллизации при последующем отжиге [Вассерман Г., Гревен И. Текстуры металлических материалов. М.: Металлургия, 1969. 655 с.]. В чистой меди, а также в чистом никеле, после высоких степеней холодной прокатки образуется текстура такого компонентного состава, что обеспечивается формирование в ленте после первичной рекристаллизации острой кубической текстуры, но низкие прочностные свойства не позволяют производить длинные ленты.However, the listed pure metals have a very low yield strength in the textured state. In addition, the manufacture of a tape substrate on an industrial scale from biaxially textured palladium (or platinum) is impossible due to the high cost of the metal. In the described method of manufacturing the substrate, not all metals provide, after appropriate technological procedures, the formation of a sharp cubic texture and the required level of strength. For example, when silver is rolled at room temperature, a deformation texture of such a component composition is formed that it becomes impossible to obtain a cubic recrystallization texture upon subsequent annealing [Wasserman G., Greven I. Textures of metallic materials. M .: Metallurgy, 1969. 655 p.]. In pure copper, as well as in pure nickel, after high degrees of cold rolling, a texture of such component composition is formed that ensures the formation of a sharp cubic texture in the ribbon after primary recrystallization, but low strength properties do not allow the production of long ribbons.

Известен способ производства биаксиально текстурированной подложки, включающий выплавку, ковку, холодную реверсивную прокатку до степени деформации более 97% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥1000°C, в котором используют различные бинарные сплавы на основе никеля, наиболее предпочтительным из которых является бинарный сплав на основе Ni с 5 мас. % W [Патент РФ №2408956].A known method for the production of biaxially textured substrates, including smelting, forging, cold reverse rolling to a degree of deformation of more than 97% and recrystallization annealing at a temperature of ≥1000 ° C, which use various binary alloys based on nickel, the most preferred of which is a binary alloy based on Ni with 5 wt. % W [RF Patent No. 2,408956].

Такой сплав обладает высокой степенью совершенства кристаллографической текстуры и необходимой прочностью, но никель сильный ферромагнетик и при 77 К, т.е. рабочей температуре ВТСП, сплав Ni с 5 мас. % W является ферромагнитным. Поскольку на величину критического тока в сверхпроводящем слое влияет магнитное состояние материала подложки (чем меньше магнитная проницаемость подложки, тем больше критический ток), необходимо, чтобы материал подложки был немагнитен при рабочей температуре ВТСП. К тому же использование в качестве легирующего элемента тугоплавкого вольфрама создает ряд технологических трудностей на стадии выплавки сплава, в частности при изготовлении лигатур.Such an alloy has a high degree of perfection of the crystallographic texture and the necessary strength, but nickel is a strong ferromagnet at 77 K, i.e. HTSC operating temperature, Ni alloy with 5 wt. % W is ferromagnetic. Since the magnitude of the critical current in the superconducting layer is affected by the magnetic state of the substrate material (the lower the magnetic permeability of the substrate, the greater the critical current), it is necessary that the substrate material be non-magnetic at the operating temperature of the HTSC. In addition, the use of refractory tungsten as an alloying element creates a number of technological difficulties at the stage of alloy smelting, in particular in the manufacture of alloys.

Известен также способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из медно-никелевого сплава, включающий выплавку, ковку, холодную реверсивную прокатку до степени деформации более 95% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥800°C, в котором в качестве медно-никелевого сплава используют бинарные сплавы с содержанием меди от 30 до 55 ат. %, предпочтительным из которых является немагнитный при температуре 77 К бинарный сплав Ni-55 ат. % Cu. [Патент США 5964966]. Такой медно-никелевый сплав обладает трехкратным упрочнением (по σ0,2) в сравнении с чистой медью.There is also known a method of manufacturing a biaxially textured substrate from a copper-nickel alloy, including smelting, forging, cold reverse rolling to a degree of deformation of more than 95% and recrystallization annealing at a temperature of ≥800 ° C, in which binary alloys are used as a copper-nickel alloy copper from 30 to 55 at. %, of which the preferred is non-magnetic at a temperature of 77 K binary alloy Ni-55 at. % Cu. [US Patent 5,964,966]. Such a copper-nickel alloy has three hardening (σ 0.2 ) in comparison with pure copper.

Однако стремление уменьшить толщину металлической подложки с целью уменьшения веса конструкции ВТСП-провода диктует необходимость дальнейшего увеличения прочности ленты. Увеличение прочности медно-никелевого сплава за счет увеличения содержания в нем никеля невозможно, поскольку содержанием никеля 45-46 ат. % является предельным для сохранения парамагнитного состояния сплава (немагнитного при температуре жидкого азота 77 К). Следовательно, нет возможности достичь необходимого уровня прочности, используя двойные медно-никелевые сплавы.However, the desire to reduce the thickness of the metal substrate in order to reduce the weight of the structure of the HTSC wire dictates the need for a further increase in the strength of the tape. An increase in the strength of the copper-nickel alloy due to an increase in the nickel content in it is impossible, since the nickel content is 45-46 at. % is the limit for maintaining the paramagnetic state of the alloy (non-magnetic at a temperature of liquid nitrogen of 77 K). Therefore, it is not possible to achieve the required level of strength using double copper-nickel alloys.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из тройного сплава на медно-никелевой основе - константана, включающий выплавку, ковку, холодную реверсивную прокатку до степени деформации более 95% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥900°C [Varanasi C.V., Brunke L., J Burke, Maartense I., Padmaja N., Efstathiadis H., Chaney A. and Barnes P.N. Biaxially textured constantan alloy (Cu 55 wt%, Ni 44 wt%, Mn 1 wt%) substrates for YBa2Cu3O7-x coated conductors // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. P. 896-901.] Этот сплав по составу близок к промышленному константану Cu-43% Ni-1,5% Mn (американский стандарт С - 72150).Closest to the claimed technical essence is a method for manufacturing a biaxially textured triple alloy substrate on a copper-nickel basis - constantan, including smelting, forging, cold reverse rolling to a degree of deformation of more than 95% and recrystallization annealing at a temperature of ≥900 ° C [Varanasi CV , Brunke L., J Burke, Maartense I., Padmaja N., Efstathiadis H., Chaney A. and Barnes PN Biaxially textured constantan alloy (Cu 55 wt%, Ni 44 wt%, Mn 1 wt%) substrates for YBa 2 Cu 3 O 7-x coated conductors // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. P. 896-901.] This alloy is close in composition to the industrial constantan Cu-43% Ni-1.5% Mn (American standard C - 72150).

Однако введение в медно-никелевую основу такого третьего элемента как марганец не дает преимуществ с точки зрения упрочнения сплава. Присутствующий в промышленном константане марганец является технологической добавкой при раскислении жидкого металла во время выплавки. Марганец при введении его в медный твердый раствор оказывается в 5-6 раз менее эффективным упрочнителем в расчете на 1% легирующего элемента, чем такие элементы, как хром и железо [Мальцев М.В., Барсукова Т.А., Борин Ф.А. Металлография цветных металлов и сплавов. М.: ГНТИ по черной и цветной металлургии, 1960. 372 с. (с. 15)]. Следовательно, марганец, присутствующий в данном тройном сплаве на медно-никелевой основе, не позволяет достичь необходимого уровня прочности.However, the introduction of such a third element as manganese into the copper-nickel base does not give advantages in terms of alloy hardening. Manganese present in industrial constantan is a technological additive in the deoxidation of liquid metal during smelting. When introduced into copper solid solution, manganese is 5-6 times less effective hardener per 1% alloying element than elements such as chromium and iron [Maltsev MV, Barsukova TA, Borin F.A . Metallography of non-ferrous metals and alloys. M .: GNTI for ferrous and non-ferrous metallurgy, 1960.372 s. (p. 15)]. Therefore, the manganese present in this ternary alloy on a copper-nickel basis does not allow reaching the required level of strength.

В основу изобретения положена задача повышения прочности биаксиально текстурированной подложки из тройного сплава на медно-никелевой основе для эпитаксиального нанесения высокотемпературных сверхпроводящих слоев, при сохранении остроты кристаллографической текстуры и немагнитности при рабочей температуре высокотемпературного сверхпроводника 77 К.The basis of the invention is to increase the strength of a biaxially textured triple alloy substrate on a copper-nickel basis for epitaxial deposition of high-temperature superconducting layers, while maintaining the sharpness of the crystallographic texture and non-magnetism at the operating temperature of a high-temperature superconductor of 77 K.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления биаксиально текстурированной подложки из тройного сплава на медно-никелевой основе для эпитаксиального нанесения высокотемпературных сверхпроводящих слоев, включающем выплавку тройного сплава, ковку, холодную реверсивную прокатку ленты до степени деформации ≥97% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥1000°C, согласно изобретению в качестве при выплавке в сплав на медно-никелевой основе в качестве легирующего элемента вводят железо, или ванадий, или хром при следующем соотношении компонентов, ат. %:The problem is solved in that in the method of manufacturing a biaxially textured triple alloy substrate on a copper-nickel basis for epitaxial deposition of high-temperature superconducting layers, including triple alloy smelting, forging, cold reverse rolling of the tape to a degree of deformation ≥97% and recrystallization annealing at a temperature ≥ 1000 ° C, according to the invention, when smelted into an alloy based on copper-nickel, iron or vanadium or chromium is introduced as an alloying element in the following ratio of components, at. %:

железо ≤ 3 ат. %, или iron ≤ 3 at. %, or

ванадий ≤ 1.1 ат. %, или vanadium ≤ 1.1 at. %, or

хром ≤ 3 ат. %,chrome ≤ 3 at. %

никель - 40-45 ат. %,nickel - 40-45 at. %

медь - остальное.copper is the rest.

Для создания тройных сплавов на медной основе, в которых можно получить острую кубическую текстуру, целесообразно использовать сплавы с содержанием никеля не более 45 ат. %, поскольку они немагнитные при температуре жидкого азота 77 К.To create triple copper-based alloys in which a sharp cubic texture can be obtained, it is advisable to use alloys with a nickel content of not more than 45 at. %, since they are non-magnetic at a temperature of liquid nitrogen of 77 K.

Легирование медно-никелевого твердого раствора некоторыми 3d-переходными элементами 4 периода, такими как хром, железо и ванадий, существенно повысит прочностные свойства прокатанной ленты, поскольку упрочняющая способность этих металлов выше, чем у марганца, содержащегося в известном тройном сплаве на медно-никелевой основе [Varanasi C.V., Brunke L., J Burke, Maartense I., Padmaja N., Efstathiadis H., Chaney A. and Barnes P.N. Biaxially textured constantan alloy (Cu 55 wt%, Ni 44 wt%, Mn 1 wt%) substrates for YBa2Cu3O7-x coated conductors // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. P. 896-901].Alloying a copper-nickel solid solution with some 4-period transition elements, such as chromium, iron and vanadium, will significantly increase the strength properties of the rolled strip, since the hardening ability of these metals is higher than that of manganese contained in the known copper-nickel ternary alloy [Varanasi CV, Brunke L., J Burke, Maartense I., Padmaja N., Efstathiadis H., Chaney A. and Barnes PN Biaxially textured constantan alloy (Cu 55 wt%, Ni 44 wt%, Mn 1 wt%) substrates for YBa 2 Cu 3 O 7-x coated conductors // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. P. 896-901].

Легирование медно-никелевого сплава любым из перечисленных элементов: железо, ванадий, хром, не приводит к изменению типа текстуры деформации в сторону снижения склонности к образованию кубической текстуры рекристаллизации при отжиге сплава. Нами был исследован процесс изменения компонентного состава текстуры деформации и образования кубической ориентировки после первичной рекристаллизации в тройных сплавах на медно-никелевой основе с добавками хрома, железа или ванадия, а также для сравнения в чистых меди, никеле и двойном медно-никелевом сплаве.Alloying a copper-nickel alloy with any of the following elements: iron, vanadium, chromium, does not lead to a change in the type of deformation texture towards a decrease in the tendency to form a cubic recrystallization texture during annealing of the alloy. We have studied the process of changing the component composition of the texture of deformation and the formation of a cubic orientation after primary recrystallization in ternary alloys based on copper-nickel with the addition of chromium, iron or vanadium, as well as for comparison in pure copper, nickel and a double copper-nickel alloy.

Для всех тройных сплавов сумма основных деформационных компонент C и S больше удвоенного количества компоненты В (табл. 1) и после рекристаллизационного отжига при температуре ≥1000°C в прокатанных лентах из этих сплавов формируется острая кубическая текстура с объемной долей зерен, имеющих ориентацию {001}<100>±10° более 99% (фиг. 1).For all ternary alloys, the sum of the main deformation components C and S is more than twice the amount of component B (Table 1), and after recrystallization annealing at a temperature of ≥1000 ° C, a sharp cubic texture with a volume fraction of grains with orientation {001) is formed in rolled strips of these alloys } <100> ± 10 ° more than 99% (Fig. 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

В таблице 1 приведена объемная доля (±10°) основных компонент текстуры деформации в образцах меди, никеля, сплава Cu-40% Ni и тройных сплавов на медно-никелевой основе, %.Table 1 shows the volume fraction (± 10 °) of the main components of the deformation texture in samples of copper, nickel, Cu-40% Ni alloy and ternary copper-nickel based alloys,%.

Легирование меди никелем приводит не к уменьшению, а, наоборот, к некоторому увеличению ЭДУ чистого металла [Gallagher P.C.J. The Influence of Alloying, Temperature, and Related Effects on the Stacking Fault Energy // Met. Trans. 1970. V. 1. P. 2429-2460], что, в свою очередь, приводит к изменению типа текстуры деформации в сторону усиления склонности к образованию кубической текстуры рекристаллизации при отжиге двойного медно-никелевого сплава. Комплексное легирование меди никелем и 3 d-переходным металлом 4 периода при создании тройного сплава на медно-никелевой основе позволяет добиться существенного упрочнения ленты, при сохранении немагнитности и склонности двойных медно-никелевых сплавов к образованию совершенной кубической текстуры рекристаллизации. Добавка в качестве третьего элемента хрома, железа или ванадия в двойной медно-никелевый сплав, приводящая к четырехкратному упрочнению ленты-подложки (табл. 2), позволяет уменьшить толщину ленты-подложки и, следовательно, вес всей конструкции ВТСП-провода. Нами установлены пороговые значения содержания легирующего элемента (Cr, Fe или V) в тройных сплавах на медно-никелевой основе, вес. %: 0.5≤Cr≤3; 0.5≤Fe≤3; 0.5≤V≤1.1. При содержании в тройном сплаве на медно-никелевой основе Cu-Ni-Me (Me=Cr, Fe, V) менее 0.5 вес. % легирующей добавки не будет достигаться необходимый уровень прочности ленты-подложки. С другой стороны, количество хрома 3 вес. % в тройном сплаве на медно-никелевой основе соответствует его предельной растворимости в ГЦК медно-никелевой матрице и превышение этого значения может привести к появлению частиц второй фазы, что в свою очередь может привести к деградации кубической текстуры. Аналогичная ситуация наблюдается и для сплава Cu-Ni-V с той разницей, что величина предельной растворимости ванадия в медно-никелевой ГЦК-матрице ниже и составляет ≤1.1 вес. %. При создании тройного сплава Cu-Ni-Fe необходимо учитывать еще и тот факт, что добавки ферромагнитного железа повышают температуру Кюри сплава и при содержании железа более 3% подложка из тройного сплава на медно-никелевой основе будет магнитной при рабочей температуре сверхпроводника.Alloying copper with nickel does not lead to a decrease, but, on the contrary, to a certain increase in the ED of a pure metal [Gallagher P.C.J. The Influence of Alloying, Temperature, and Related Effects on the Stacking Fault Energy // Met. Trans. 1970. V. 1. P. 2429-2460], which, in turn, leads to a change in the type of deformation texture in the direction of increasing the tendency to form a cubic recrystallization texture during annealing of a double copper-nickel alloy. The complex alloying of copper with nickel and a 3 d-transition metal of 4 periods when creating a triple alloy on a copper-nickel basis allows one to achieve significant hardening of the tape, while maintaining the non-magnetism and tendency of double copper-nickel alloys to form a perfect cubic recrystallization texture. The addition of chromium, iron, or vanadium as a third element in a double copper-nickel alloy, which leads to four-fold hardening of the substrate tape (Table 2), makes it possible to reduce the thickness of the substrate tape and, consequently, the weight of the entire structure of the HTSC wire. We have established threshold values for the content of the alloying element (Cr, Fe or V) in ternary alloys based on copper-nickel, weight. %: 0.5≤Cr≤3; 0.5≤Fe≤3; 0.5≤V≤1.1. When the content of the Cu-Ni-Me (Me = Cr, Fe, V) ternary alloy on a copper-nickel base is less than 0.5 weight. % dopant will not achieve the required level of strength of the tape substrate. On the other hand, the amount of chromium is 3 weight. % in a copper-nickel-based ternary alloy corresponds to its extreme solubility in the fcc copper-nickel matrix and exceeding this value can lead to the appearance of particles of the second phase, which in turn can lead to degradation of the cubic texture. A similar situation is observed for the Cu – Ni – V alloy with the difference that the limiting solubility of vanadium in the copper – nickel fcc matrix is lower and amounts to ≤1.1 wt. % When creating a Cu-Ni-Fe ternary alloy, it is also necessary to take into account the fact that ferromagnetic iron additives increase the Curie temperature of the alloy and, when the iron content is more than 3%, the copper-nickel-based ternary alloy substrate will be magnetic at the working temperature of the superconductor.

Степень совершенства кубической текстуры рекристаллизации исследованных нами тройных сплавов Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Cr, Cu-Ni-V представлена на фиг. 1 и в табл. 2.The degree of perfection of the cubic texture of recrystallization of the ternary alloys Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Cr, Cu-Ni-V studied by us is presented in FIG. 1 and tab. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

В таблице 2 приведен химический состав, механические свойства и параметры кубической текстуры исследованных тройных сплавов на медно-никелевой основе.Table 2 shows the chemical composition, mechanical properties, and parameters of the cubic texture of the investigated copper-nickel-based ternary alloys.

На фиг. 1. показаны гистограммы разориентировки границ зерен и полюсные фигуры {001} для лент из сплавов Cu - 40% Ni - 1.4% Fe (а), Cu - 40% Ni - 1.2% Cr (б), Cu - 40% Ni - 1.1% V (в) после рекристаллизационного отжига 1100°C, 1 ч. Объемная доля кубических зерен с рассеянием ±10° составляет более 99%.In FIG. 1. histograms of misorientation of grain boundaries and pole figures {001} are shown for ribbons from alloys Cu - 40% Ni - 1.4% Fe (a), Cu - 40% Ni - 1.2% Cr (b), Cu - 40% Ni - 1.1 % V (c) after recrystallization annealing of 1100 ° C, 1 h. The volume fraction of cubic grains with scattering of ± 10 ° is more than 99%.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Тройные сплавы на медно-никелевой основе выплавляют в алундовых тиглях в атмосфере аргона в вакуумной индукционной печи. Используют бескислородную медь чистотой 99.95%, никель чистотой 99.99%, карбонильное переплавленное железо чистотой 99.94%, хром и ванадий чистотой не ниже 99.93%. Слитки подвергают ковке при температуре в интервале 1000-800°C на прутки сечением 10×10 мм. После шлифовки получают заготовки 9×9×150 мм, которые отжигают при 550-600°C в течение 1.5 ч. Средняя величина зерна в заготовках не должна превышать 40-50 мкм. Холодную прокатку заготовок осуществляют в два этапа: 1 этап на прокатном стане с диаметром валков 180 мм (деформация ~90%, число проходов 35-40); 2 этап - на двухвалковом прокатном стане с полированными валками диаметром 55 мм до ленты толщиной 80-100 мкм, степень холодной деформации составляет 98-99%. Прокатка реверсивная. Рекристаллизационный отжиг для получения биаксиальной текстуры проводят в течение 1 часа в вакуумной печи (3⋅10-5 мм рт. ст.) при температурах 900, 950, 1000, 1050 или 1100°C. Нагрев ленточных образцов, помещенных в вакуумный контейнер, осуществляют посадкой в печь, нагретую до требуемой температуры, охлаждение образцов после отжига - вне печного пространства. После рекристаллизационного отжига при температуре ≥1000°C в прокатанных лентах из всех сплавов формируется острая кубическая текстура с объемной долей зерен, имеющих ориентацию {001}<100>±10° более 99%.Copper-nickel-based triple alloys are melted in alundum crucibles in an argon atmosphere in a vacuum induction furnace. Oxygen-free copper with a purity of 99.95%, nickel with a purity of 99.99%, carbonyl remelted iron with a purity of 99.94%, chromium and vanadium with a purity of at least 99.93% are used. The ingots are forged at a temperature in the range of 1000-800 ° C on bars with a cross section of 10 × 10 mm. After grinding, preforms of 9 × 9 × 150 mm are obtained, which are annealed at 550-600 ° C for 1.5 hours. The average grain size in the preforms should not exceed 40-50 microns. Cold rolling of billets is carried out in two stages: Stage 1 on a rolling mill with a roll diameter of 180 mm (deformation ~ 90%, number of passes 35-40); Stage 2 - on a two-roll rolling mill with polished rolls with a diameter of 55 mm to a tape with a thickness of 80-100 microns, the degree of cold deformation is 98-99%. Reverse rolling. Recrystallization annealing to obtain a biaxial texture is carried out for 1 hour in a vacuum oven (3⋅10 -5 mm Hg) at temperatures of 900, 950, 1000, 1050 or 1100 ° C. The heating of tape samples placed in a vacuum container is carried out by planting in a furnace heated to the required temperature, the samples are cooled after annealing outside the furnace space. After recrystallization annealing at a temperature of ≥1000 ° C, a sharp cubic texture with a volume fraction of grains with an orientation {001} <100> ± 10 ° of more than 99% is formed in the rolled strips from all alloys.

Пример 1Example 1

Сплав: Ni - 40%, V - 1,1%, Cu - остальное, выплавлен в атмосфере аргона в вакуумной индукционной печи. Используется бескислородная медь чистотой 99.95 вес. %, никель чистотой 99.99 вес. % и ванадий чистотой не ниже 99.93 вес. %. Слиток весом 500 г прокован при 1000-800°C на пруток сечением 10×10 мм. Полученный пруток подвергался шлифовке до размера 9×9×150 мм. Далее проводили отжиг прутка при температуре 600°C в течение 1.5 ч для создания однородной мелкозернистой структуры. Отожженный пруток шлифовался на сечение 6×6 мм. Исходный размер зерна перед холодной прокаткой составлял 40 мкм. Реверсную прокатку осуществляли при комнатной температуре. Степень деформации составляла 98.6%, конечная толщина ленты ~85 мкм. Сумма объемных долей компонент текстуры деформации составляла: S+C=42.5%, 2B=24,2% (табл. 1). Сумма объемных долей компонент S и С намного превышает удвоенную объемную долю компоненты В, что говорит о реализации в ленте острой кубической текстуры после рекристаллизационного отжига. В результате рекристаллизационного отжига в вакууме при температуре 1000°C в течение 1 ч в сплаве сформировалась острая кубическая текстура с содержанием зерен ориентации {001}<100>±10°≥99% (см. фиг. 1в).Alloy: Ni - 40%, V - 1.1%, Cu - the rest, smelted in an argon atmosphere in a vacuum induction furnace. Oxygen-free copper with a purity of 99.95 weight is used. %, nickel with a purity of 99.99 weight. % and vanadium with a purity of not less than 99.93 weight. % An ingot weighing 500 g is forged at 1000-800 ° C per bar with a cross section of 10 × 10 mm. The resulting bar was subjected to grinding to a size of 9 × 9 × 150 mm. Then, the rod was annealed at a temperature of 600 ° C for 1.5 h to create a homogeneous fine-grained structure. The annealed rod was ground to a section of 6 × 6 mm. The initial grain size before cold rolling was 40 μm. Reverse rolling was carried out at room temperature. The degree of deformation was 98.6%, and the final thickness of the tape was ~ 85 μm. The sum of the volume fractions of the components of the strain texture was: S + C = 42.5%, 2B = 24.2% (Table 1). The sum of the volume fractions of the components S and C far exceeds the doubled volume fraction of component B, which indicates the realization of a sharp cubic texture in the ribbon after recrystallization annealing. As a result of recrystallization annealing in vacuum at a temperature of 1000 ° C for 1 h, an acute cubic texture with the content of orientation grains {001} <100> ± 10 ° ≥99% was formed in the alloy (see Fig. 1c).

Сплав: Ni - 40%, V - 1,1%, Cu - остальное, обладает высокой термической устойчивостью к развитию вторичной рекристаллизации. Предел текучести готовой ленты составляет 100 МПа (см. табл. 2), что почти в 4 раза превышает предел текучести ленты из чистой меди и на 15 МПа выше предела текучести тройного сплава на медно-никелевой основе с добавкой марганца (см. табл. 2). Сплав является немагнитным при рабочих температурах высокотемпературного сверхпроводника.Alloy: Ni - 40%, V - 1.1%, Cu - the rest, has high thermal stability to the development of secondary recrystallization. The yield strength of the finished tape is 100 MPa (see table. 2), which is almost 4 times higher than the yield strength of pure copper tape and 15 MPa higher than the yield strength of a ternary alloy on a copper-nickel basis with the addition of manganese (see table. 2 ) The alloy is non-magnetic at the operating temperatures of a high-temperature superconductor.

Claims (2)

Способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из сплава на медно-никелевой основе, содержащего 40-45 ат.% никеля, для эпитаксиального нанесения высокотемпературных сверхпроводящих слоев, включающий выплавку сплава с введением в медно-никелевую основу легирующего элемента, ковку, холодную реверсивную прокатку ленты до степени деформации ≥97% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥1000°С, при этом выплавку сплава на медно-никелевой основе осуществляют с введением в качестве легирующего элемента железа, ванадия или хрома, при следующем содержании, ат. %: железо ≤3, или ванадий ≤1,1, или хром ≤3.A method of manufacturing a biaxially textured substrate of a copper-nickel-based alloy containing 40-45 at.% Nickel for epitaxial deposition of high-temperature superconducting layers, including alloy smelting with an alloying element introduced into the copper-nickel base, forging, cold rolling of the tape to the degree deformations of ≥97% and recrystallization annealing at a temperature of ≥1000 ° С, while the alloy is smelted on a copper-nickel basis with the introduction of iron, vanadium or chromium as an alloying element , With the following content at. %: iron ≤3, or vanadium ≤1.1, or chromium ≤3.
RU2015147824A 2015-11-06 2015-11-06 Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis RU2624564C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015147824A RU2624564C2 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015147824A RU2624564C2 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015147824A RU2015147824A (en) 2017-05-16
RU2624564C2 true RU2624564C2 (en) 2017-07-04

Family

ID=58715370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015147824A RU2624564C2 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624564C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759146C1 (en) * 2020-11-16 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111074094B (en) * 2019-12-30 2021-08-20 河南师范大学 Preparation method of high-strength cube-texture copper-based alloy baseband

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741377A (en) * 1995-04-10 1998-04-21 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same
WO1999017307A1 (en) * 1997-10-01 1999-04-08 American Superconductor Corporation Substrates with improved oxidation resistance
US6180570B1 (en) * 1998-07-09 2001-01-30 Ut-Battelle, Llc Biaxially textured articles formed by plastic deformation
RU2010144173A (en) * 2010-10-29 2012-05-10 Александр Владимирович Кацай (RU) BIAXIALLY TEXTURED TAPE SUBSTRATES FROM NICKEL ALLOYS AND METHOD FOR PRODUCING THEM

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741377A (en) * 1995-04-10 1998-04-21 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same
US5898020A (en) * 1995-04-10 1999-04-27 Goyal; Amit Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same
WO1999017307A1 (en) * 1997-10-01 1999-04-08 American Superconductor Corporation Substrates with improved oxidation resistance
US6180570B1 (en) * 1998-07-09 2001-01-30 Ut-Battelle, Llc Biaxially textured articles formed by plastic deformation
RU2010144173A (en) * 2010-10-29 2012-05-10 Александр Владимирович Кацай (RU) BIAXIALLY TEXTURED TAPE SUBSTRATES FROM NICKEL ALLOYS AND METHOD FOR PRODUCING THEM

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759146C1 (en) * 2020-11-16 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015147824A (en) 2017-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5064611B2 (en) Nickel-based metal material and method for producing the same
JP2001518564A (en) Superconductor substrate
EP2315287B1 (en) Magnetostrictive material and preparation method thereof
US11851735B2 (en) High-strength and ductile multicomponent precision resistance alloys and fabrication methods thereof
Khlebnikova et al. Perfect cubic texture, structure, and mechanical properties of nonmagnetic copper-based alloy ribbon substrates
RU2624564C2 (en) Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis
Bhattacharjee et al. Nickel base substrate tapes for coated superconductor applications
US8465605B2 (en) Method for the production and use of semi-finished products on the basis of nickel, having a recrystallization cube texture
EP1235946B1 (en) Method for producing cobalt-based alloy sputter target
JP5330725B2 (en) Superconducting wire substrate and manufacturing method thereof
KR101231936B1 (en) Nickel-based semifinished product having a cube recrystallization texture, corresponding method of production and use
RU2759146C1 (en) Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it
Nekkanti et al. Development of nickel alloy substrates for Y-Ba-Cu-O coated conductor applications
RU2451766C1 (en) Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate
Chin et al. Medium‐Coercive‐Force Permanent‐Magnet Alloys Based on the Co–Fe–Ti System
Khlebnikova et al. Creation of a sharp cube texture in ribbon substrates of Cu–40% Ni–M (M= Fe, Cr, V) ternary alloys for high-temperature second generation superconductors
Yu et al. Intermediate annealing and strong cube texture of Ni8W/Ni12W/Ni8W composite substrates
US4475961A (en) High remanence iron-manganese alloys for magnetically actuated devices
Cui et al. Effect of different deformation and annealing procedures on non-magnetic textured Cu 60 Ni 40 alloy substrates
RU2481674C1 (en) Method to manufacture substrate for high-temperature thin-film superconductors and substrate
JP5904869B2 (en) Method for producing rolled copper foil for superconducting film formation
Liu et al. A novel technique for developing composite substrates used in YBCO coated conductors
Kim et al. Effect of W addition on the microstructure and properties of Ni-W substrates for coated conductors
Gervasyeva et al. Crystallographic texture of tape substrates for HTSC from Cu-40% Ni alloy with additives of refractory elements
JP5323444B2 (en) Composite substrate for oxide superconducting wire, manufacturing method thereof, and superconducting wire