CN103031503B - 一种NiW合金基长带材料的坯锭制备方法 - Google Patents

Abstract

一种NiW合金基长带材料的坯锭制备方法，属于金属加工技术领域。先制备NiW初始合金坯料，然后热挤压成直径Φ不小于10mm的棒材，挤压比为5~15，再进行连续扩散退火，棒材以v=5L/12Φ的速度通过温度为1300℃~1400℃的加热区，随炉冷却，使NiW初始铸锭中元素进行充分扩散，成分均匀化，去除表面的氧化皮，盘圆保存。本发明工艺简单且制备的初始坯锭稳定、损耗少、质量均匀。

Description

一种NiW合金基长带材料的坯锭制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体用NiW合金长带材料的坯锭制备方法，属于金属加工技术领域。

背景技术

高温超导体在磁悬浮、电缆、限流器、电机等众多方面有着潜在的应用，需要研发高性能的百米量级甚至千米量级的长带材。以YBCO（YBa₂Cu₃O_7-x）为代表的第二代高温涂层超导带材在实际应用化的研发中，采用压延辅助双轴织构基板法（RABiTS）工艺路线制备具有高织构度、低（无）磁性、高强度的长金属基带是获得高性能涂层超导体应用的关键。由于镍基合金比较容易获得强立方织构，广泛用于涂层导体用基带材料的研究。特别是NiW合金，W的加入大大提高合金强度的同时，还降低了其磁性，被认为是涂层导体理想的基板材料。在本发明之前，专利ZL201010135096.4公开了一种涂层超导Ni-W合金线材的制备方法，其坯锭的制备方法为：将镍块和钨块按照W原子百分比为5%的配比采用真空感应熔炼法获得元素分布均匀的Ni5at.%W(Ni5W)合金铸锭，在1500℃高温锻造、热轧、最后去氧化皮得到最终的合金坯锭。但是由于镍和钨元素的密度和熔点相差较大，制备较大体积的铸锭时，成分的均匀性难以控制；由于基带制备中含有冷轧工艺，轧制前后样品主要在长度方向延展，宽度方向基本无延展，即宽度一定则只能改变厚度或长度，那么厚度增加影响道次量的增加，最终影响基带的质量；增加长度导致锻造、热轧加工时间增长，不可控因素变多、组织成分不易均匀，坯锭损耗严重；除此之外，上述坯料的制备工艺较复杂，需要多种大型的设备成本过高，不利于大规模稳定化生产。

因此，需要一种制备工艺简单且稳定、损耗少、质量均匀的长带初始坯锭的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种满足YBCO高温涂层超导使用的高立方织构NiW合金基带所需的长带初始坯锭的制备方法。该制备方法在大规模生产时工艺简单且稳定、损耗少，可得到轴向质量均匀的长带初始坯锭。

本发明提供一种高温涂层超导用NiW合金长基带所需初始坯锭的制备方法。具体工艺步骤如下：

（1）初始合金坯料的制备

采用绝氧熔炼技术，将镍块和钨块或镍粉和钨粉按照一定百分比混合，其中钨的摩尔百分比在5%~7%，再进行熔融、精炼、除渣后，得到成分较为均匀的NiW初始合金坯料。

（2）初始坯料的热挤压

将NiW初始合金坯料在950℃~1350℃之间利用热挤压成形，挤压比为5~15，最终挤压得到直径Φ不小于10mm的棒材，以保证最终冷轧基带厚度为60~120μm时总轧制变形量大于98%。

（3）初始合金坯料的扩散退火

经步骤（2）得到的棒材在Ar-H₂混合气体（其中H₂体积分数不大于5%）保护或真空条件（真空度高于10^-4Pa）下，进行连续扩散退火，连续扩散退火即连续均匀化退火，如图1所示：棒材以一定的速度连续通过加热区，棒材在加热区的温度为1300℃~1400℃温度，棒材的移动速度v=5L/12Φ（单位mm/min），其中L为加热区域长度；随炉冷却，使NiW初始铸锭中元素进行充分扩散，成分均匀化。

（4）合金圆棒的清洗与盘圆

将热处理完毕的长合金圆棒通过酸洗或碱洗等工艺去除表面的氧化皮，最终得到表面缺陷少、轴向质量分布均匀的长带用合金坯锭，然后将其盘圆保存。

上述步骤（3）中铸锭移动速度v=5L/12Φ（单位mm/min），即：在铸锭沿直径方向上以0为基础，直径每增加5mm，则热处理的时间增加12min。

本发明与现有NiW合金坯锭制备技术工艺和所得的坯锭质量相比，具有以下特点：

1、本发明采用热挤压制备工艺降低了材料的损耗和加工时间，坯锭制备工艺简化。

2、本发明采用连续均匀化退火使得制备的合金坯锭的成分更加均匀。

3、本发明涉及的合金坯锭，主要用于长基带的制备，如百米级，甚至千米级长带，按照轧制前后体积不变原理，即使NiW基带长度增加导致所需坯锭的体积增加时，也不再需要更换坯锭制备所需要的大型设备。

附图说明

图1为初始合金坯料的扩散退火示意图；

L：加热区长度，mm

Φ：挤压件直径，mm。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

将纯度均为99.99%的Ni块与W块按摩尔百分含量比为95:5的比例进行称量配料，然后放入真空感应熔炼炉中精炼后，浇注到铸型模中空冷获得元素分布较为均匀的Ni5W合金铸锭；用车床车去表面缺陷，经过热挤压成型，截面为圆形，直径为10mm，长度为1.5m的合金坯锭；将上述铸锭在Ar-H₂混合气体保护下于1300℃，以25mm/min的速度通过600mm的加热区后随炉冷缺，利将上述样品酸洗去除表面的氧化层得到最终的合金坯锭。对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为4%~5%，总变形量99%，最终得厚度为80μm，长度为50m冷轧基带；截取尺寸为10mm×10mm冷轧基带在Ar-H₂混合气体保护气氛下退火，其退火工艺为：1150℃保温60min，其中H₂体积占Ar-H₂混合气体总体积的4%。该合金基带具有强立方织构，其表面的立方织构平均含量与现有工艺相比高或低1~2%。

实施例2

将纯度均为99.99%的Ni块与W块按摩尔百分含量比为93:7的比例进行称量配料，然后放入真空感应熔炼炉中精炼，浇注到铸型模中空冷获得元素分布较为均匀的Ni7W合金铸锭；利用车床车去表面缺陷，经过热挤压成型截面为圆形直径为15mm，长度为3m的合金坯锭，将上述挤压件在Ar-H₂混合气体保护下于1350℃，以18mm/min的速度通过600mm的加热区后随炉冷却，；将上述样品酸洗去除表面的氧化层得到最终的合金坯锭。对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为4%~5%，总变形量99.5%，最终得厚度为80μm，长度为100m冷轧基带；截取尺寸为10mm×10mm冷轧基带在Ar-H₂混合气体保护气氛下退火，其退火工艺为：1150℃保温60min，其中H₂体积占Ar-H₂混合气体总体积的4%。该合金基带具有强立方织构，其表面的立方织构平均含量与现有工艺相比高或低1~2%。

Claims (2)

1.一种NiW合金基长带材料的坯锭制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始合金坯料的制备

采用绝氧熔炼技术，将镍块和钨块或镍粉和钨粉按照一定百分比混合，其中钨的摩尔百分比在5％～7％，再进行熔融、精炼、除渣后，得到NiW初始合金坯料；

(2)初始坯料的热挤压

将NiW初始合金坯料在950℃～1350℃之间利用热挤压成形，挤压比为5～15，最终挤压得到直径Φ不小于10mm的棒材，以保证最终冷轧基带厚度为60～120μm时总轧制变形量大于98％；

(3)合金棒材的扩散退火

经步骤(2)得到的棒材在Ar-H₂混合气体保护或真空条件下，进行连续扩散退火，连续扩散退火即连续均匀化退火，棒材以一定的速度连续通过加热区，棒材在加热区的温度为1300℃～1400℃温度，棒材的移动速度v＝5L/12Φ，单位mm/min，其中L为加热区域长度；随炉冷却，使NiW初始铸锭中元素进行充分扩散，成分均匀化，L和Φ的单位均为mm；

(4)合金圆棒的清洗与盘圆

将热处理完毕的长合金圆棒通过酸洗或碱洗工艺去除表面的氧化皮，最终得到轴向质量分布均匀的长带用合金坯锭，然后将其盘圆保存。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤(3)Ar-H₂混合气体，其中H₂体积分数不大于5％；真空条件为真空度高于10^-4Pa。