CN102699247B - 一种超导钽棒的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超导钽棒的锻造方法，其特点是，包括如下步骤：(1)取超导专用钽锭作为原料，在150～180℃预热，保温20～40分钟，然后将已加热的钽锭取出，在表面均匀涂上抗氧化涂层，涂覆厚度2～3mm，之后自然晾干；然后加热，加热温度450～500℃，保温时间210～240分钟后取出；(2)第一次径向墩粗，第一次径向拔长；(3)第二次径向墩粗，第二次径向拔长；(4)第三次径向墩粗，停止锻造，空冷5～10分钟降温，第三次径向拔长即可。本发明的方法通过对超导产品用钽铸锭进行锻造加工，配合合适的热锻造加热工艺，从而得到晶粒度等级及横截面组织均匀性满足前期组织准备要求的组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种超导钽棒的锻造方法。
背景技术
目前在电磁应用的超导体领域几乎都为NbTi合金和Nb3Sn复合物构成，NbTi及Nb3Sn超导体主要应用分类为：强电应用、弱电应用和强磁场及磁屏蔽应用。强电应用主要是在多芯超导复合线制备超导电缆用于电能输送，此技术方法对于电能输送过程中的能量损失降低具有划时代意义，还有超导储能及超导发电应用。
超导用钽棒是生产多芯超导复合线材的关键和重要组件，其主要用作挤压复合组件中的内衬支撑体。多芯超导线材内衬钽芯支撑体的变形均匀性对终端产品来说非常重要，这取决于内衬钽支撑体的晶粒等级范围及棒材横断面平均晶粒尺寸波动范围，在晶粒越细小越均匀，钽芯支撑体的变形就越规则，加工到细径超导线材后横截面的内衬钽芯支撑体呈现越为完美的圆形截面。
现有技术主要采用热锻造加工，每道次加工率较低，总加工率也较低，通过此锻造工艺所得到的锻造坯料铸造态组织破碎程度低，内部不良组织消除不彻底，导致后续超导线加工过程中内衬钽支撑体发生不规则变形，出现挤占超导线体团絮位置，影响超导性能及出现断线等质量问题，是高成本超导线材生产中不能够接受的。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导钽棒的锻造方法，能够明显改善铸造态组织的不均匀程度同时对材料起到细晶强化作用。
一种超导钽棒的锻造方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)取外圆直径≥
150mm，化学成分Ta≥99.95％的超导专用钽锭作为原料，在150～180℃预热，保温20～40分钟，然后将已加热的钽锭取出，在表面均匀涂上抗氧化涂层，涂覆厚度2～3mm，之后自然晾干；然后加热，加热温度450～500℃，保温时间210～240分钟后取出；
(2)第一次径向墩粗，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；第一次径向拔长，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；
(3)第二次径向墩粗，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；第二次径向拔长，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；
(4)第三次径向墩粗，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃，停止锻造，空冷5～10分钟降温；第三次径向拔长，热锻，电液落锤锻造，加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃即可。
步骤(1)中抗氧化涂层配比为低温玻璃粉∶水玻璃∶水＝1Kg∶2升∶0.5升，使用前按比例均匀搅拌混合后使用毛刷均匀的在热铸锭外表面进行涂装。
步骤(1)中预热和加热是在箱式电阻炉中进行。
步骤(4)之后还要找圆，表面无刻痕、台阶等影响后续加工缺陷，尺寸正公差2mm，通根尺寸均匀，表面光滑即合格。
本发明的锻造方法所要加工的产品为超导线材芯部内衬钽支撑体的锻造坯料，通过对超导产品用钽铸锭进行锻造加工，配合合适的热锻造加热工艺，从而得到晶粒度等级及横截面组织均匀性满足前期组织准备要求的组织。本发明方法通过对铸锭径向大加工率加工使得中部及心部的柱状晶区得到充分破碎，增加铸锭中心部的柱状晶区金属向圆周方向流动的程度，在通过铸锭外圆周向面接触方式下的均匀受力，使得流动鼓出部分柱状晶组织向横向心部及径向两端进一步流动，从而明显改善铸造态组织的不均匀程度，反复进行以上锻造加工循环，消除钽铸锭铸造态的枝晶、晶带、非等轴晶及粗晶等不良组织的存在。而且同时对材料起到细晶强化作用，并对后续加工得到横向截面整体平均晶粒尺寸波动范围在±5μm范围内及超导线材生产芯部内衬钽支撑体不发生不规则变形，且横向截面呈现完美圆形做好前期组织准备。
附图说明
附图1为采用背景技术中的方法锻造的钽棒组织照片；
附图2为采用本发明方法锻造的钽棒组织照片。
具体实施方式
实施例1：
(1)铸锭(外圆直径×长度)φ153×250mm，铸锭化学成分满足表1所示：
表1：超导钽铌化学成分表 不大于，wt％
| 元素 | C | O | N | H | Nb | W |
| 标准要求 | 0.002 | 0.0045 | 0.004 | 0.0005 | 0.005 | 0.005 |
| 实测数据 | 0.0005 | 0.003 | 0.0018 | 0.0002 | 0.003 | 0.0018 |
| 元素 | Ti | Mo | Si | Fe | Ni | Ta |
| 标准要求 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 99.9 |
| 实测数据 | 0.0001 | 0.001 | 0.001 | 0.0003 | 0.0003 | 99.97 |
(2)预加热、加热温度180℃、保温时间25分钟。
(3)用预先按照低温玻璃粉∶水玻璃∶水＝1Kg∶2升∶0.5升比例均匀搅拌混合的涂层材料，使用毛刷均匀的在热铸锭外表面进行涂装，一般涂覆2-3次，涂覆厚度2～3mm，并放置于室外自然晾干。
(4)将晾干后的铸锭重新放入箱式电阻炉中进行加热，加热温度设定为450℃、保温时间设定为210分钟，时间到后将铸锭取出进行锻造加工。
(5)一次(第一次)径向墩粗：加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。一次(第一次)径向拔长：加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。
(6)二次(第二次)径向墩粗：加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。二次(第二次)径向拔长：加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。
(7)三次(第三次)径向墩粗：加工率控制在32％～42％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。本次墩粗后停止锻造，空冷5～10分钟降温。然后三次(第三次)径向拔长：加工率控制在34％～40.8％，500Kg≤单锤重量≤750Kg，0～1000℃红外线测温仪监控温度，450℃≤温度≤600℃。
(8)找圆，表面无刻痕、台阶等影响后续加工缺陷，尺寸正公差2mm，通根尺寸均匀，表面光滑即可判定为合格。
常规钽棒的外圆直径为：φ55.5mm，φ47.5mm，φ60.8mm，φ70mm，三次径向墩粗，热锻，采用3吨电液落锤，三次径向拔长，热锻，也采用3吨电液落锤。
采用背景技术中的方法与本发明方法效果对比：
背景技术工艺：三次墩拔加工，每道次墩粗量ΔH＝20～25mm，加工率为8～12％，锻造比累计求和为6.85～7.06。
本发明工艺：三次墩拔加工，每道次墩粗量ΔH＝80～120mm，加工率为32～42％，锻造比累计求和为8.55～10.14。
钽棒组织照片对比参见附图1和2。
Claims (4)
1.一种超导钽棒的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取外圆直径≥φ150mm，化学成分Ta≥99.95%的超导专用钽锭作为原料，在150～180℃预热，保温20～40分钟，然后将已加热的钽锭取出，在表面均匀涂上抗氧化涂层，涂覆厚度2～3mm，之后自然晾干；然后加热，加热温度450～500℃，保温时间210～240分钟后取出；
（2）采用电液落锤进行第一次径向墩粗锻造，加工率控制在32%～42%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；采用电液落锤进行第一次径向拔长锻造，加工率控制在34%～40.8%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；
（3）采用电液落锤进行第二次径向墩粗锻造，加工率控制在32%～42%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；采用电液落锤进行第二次径向拔长锻造，加工率控制在34%～40.8%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃；
（4）采用电液落锤进行第三次径向墩粗锻造，加工率控制在32%～42%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃，停止锻造，空冷5～10分钟降温；采用电液落锤进行第三次径向拔长锻造，加工率控制在34%～40.8%，500Kg≤单锤重量≤750Kg，450℃≤温度≤600℃即可。
2.如权利要求1所述的一种超导钽棒的锻造方法，其特征在于：步骤（1）中抗氧化涂层配比为低温玻璃粉：水玻璃：水=1Kg：2升：0.5升，使用前按比例均匀搅拌混合后使用毛刷均匀的在热铸锭外表面进行涂装。
3.如权利要求1所述的一种超导钽棒的锻造方法，其特征在于：步骤（1）中预热和加热是在箱式电阻炉中进行。
4.如权利要求1所述的一种超导钽棒的锻造方法，其特征在于：步骤（4）之后还要找圆，表面无影响后续加工的刻痕、台阶缺陷，尺寸正公差2mm，通根尺寸均匀，表面光滑即合格。
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