CN103658172B

CN103658172B - 一种涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法

Info

Publication number: CN103658172B
Application number: CN201310664694.4A
Authority: CN
Inventors: 马麟; 索红莉; 赵跃; 王毅; 刘敏; 田辉; 梁雅儒; 孟易辰; 陈立佳
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Shenchuang Superconductor Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103658172A

Abstract

一种涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法属于金属材料轧制技术领域。本发明结合了二辊轧机和四辊轧机的各自优势，二辊轧机用于开坯和中间轧制，四辊轧机用于终轧，避免了二辊轧机终轧或者四辊轧机开坯等加工困难的问题，可提高生产效率，降低轧机损耗。同时采用四辊轧机终轧，其轧制出的带材厚度较二辊轧机均匀，带材板型好，轧向质量分布均匀。本发明的三段式轧制的每段第一道次均采用10～20%的压下量，三段式轧制中对轧辊表面粗糙度的要求依次递进。本发明能够最大化利用现有生产企业的设备，生产出高附加值的产品，提高其生产效率，增加良品率，降低轧机损耗，满足工业化生产需求。

Description

一种涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体专用的百米量级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法，属于金属材料轧制技术领域。

背景技术

以钇钡铜氧（YBa₂Cu₃O_7-x，简称YBCO）为代表的第二代高温超导涂层导体，可实现大电流传输应用，几乎无传输损耗。但因其具有脆性陶瓷结构，需以涂覆的方式在具有双轴织构的韧性金属基带上外延生长YBCO超导材料才可满足应用需求。但在实际应用中，超导材料不同于普通导体，无法像普通导体那样将两段导线直接接触进行连接来增加超导导线的长度，由于接触电阻的阻抗比超导材料大几个数量级，因此超导导线中承载的大电流会在接触点聚积大量的热能，导致超导导线烧毁，整条超导线缆失超。目前超导导线的连接多采用扩散连接等方法，成本很高，因此生产出单根长度长，又具有良好双轴织构和表面粗糙度的韧性金属基带是实现YBCO超导材料应用的前提。由于采用压延辅助双轴织构基板法（RABiTS）对金属Ni进行形变加工和热处理，极容易实现YBCO所需的双轴织构，加入5at.%的W在不影响织构形成的前提下还可大大提高Ni基合金的机械性能，因此国际上多家科研机构将工业化生产百米级Ni-5at.%W合金基带作为目前的研发目标。

申请专利201210489278.0和201210592643.0均是涉及Ni-W合金长基带的制造方法，但其中对于轧制过程的描述有着本质的区别：前者采用精密二辊轧机，将10～20mm厚的初始坯锭轧制到40～80μm，后者采用精密四辊轧机将10～12mm厚的初始坯锭轧制到80～100μm。由于二辊轧机是直接承受轧制力，辊径相对较大，与轧件接触面积较大，轧制力也较大，但对轧件的最小厚度有所限制；而四辊轧机则是在二辊轧机基础上增加了两个大的支撑辊，提高了整体辊系的刚度，工作辊辊径相对较小，与轧件接触面积较小，轧制力也较小，但可以把轧件轧得更薄，因此只用其中一种轧机进行轧制，如采用二辊轧机进行终轧，或者采用四辊轧机进行开坯，都会对轧机产生很大损耗，也不利于生产效率的提高。

为了提高生产效率，通过调整轧制工艺，结合二辊轧机和四辊轧机的优势：二辊轧机用于开坯和中间轧制，四辊轧机用于终轧，可以提高涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带的生产效率，增加良品率，降低轧机的损耗，满足工业化生产需求。结合目前生产线带材企业常用的轧机规格，进一步优化轧制工艺，则可最大化利用现有生产设备，生产出高附加值的涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带产品。

发明内容

本发明涉及一种涂层导体专用的百米量级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法，能够最大化利用现有生产企业的设备，生产出高附加值的涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带产品，提高其生产效率，增加良品率，降低轧机损耗，满足工业化生产需求。

本发明所提供的一种涂层导体专用的百米量级Ni-5at.%W合金基带的轧制方法，结合二辊轧机和四辊轧机的优势，采用三段式轧制完成冷轧过程，其特征在于，包括以下步骤：

1.以长度L≥1m、厚度H为8～12mm的长方体Ni-5at.%W合金作为初始坯锭，在辊径R₁≥300mm的二辊轧机上进行开坯轧制，轧辊表面粗糙度Ra₁≤5μm，第一道次压下量为10～20%，第二道次及之后的道次压下量控制在5%，往复轧制至厚度h₁为3～4mm时停止；

辊径越大，轧辊的曲率半径越大，轧制效果越好，但是设备也随之越大，保证轧辊表面粗糙度的要求就越困难，企业的成本越高，因此这需要视企业现有条件来定。

2.将轧件转移到辊径R₂为70～150mm的二辊轧机上进行中间轧制，轧辊表面粗糙度Ra₂≤0.3μm，使用该轧机的第一道次压下量为10～20%，第二道次及之后的道次压下量控制在5%，牵引往复轧制至厚度h₂为0.3～0.4mm时停止；

3.将轧件转移到工作辊辊径R₃为20～45mm的四辊轧机上进行终轧，工作辊表面粗糙度Ra₃≤0.01μm，使用该轧机的第一道次压下量为10～20%，第二道次及之后的道次压下量控制在5%，牵引往复轧制至厚度h₃为0.06～0.1mm、总厚度变形量达到99%时停止，盘圆保存以备后续热处理使用；

步骤1～3均为室温冷轧，整个过程中不能对轧件进行退火处理；

进一步，步骤1和2在洁净间中完成，步骤3需要在千级超净间中完成。

本发明在制备涂层导体专用的百米量级Ni-5at.%W合金基带过程中的关键和优点是：

1.三段式轧制结合了二辊轧机和四辊轧机的各自优势，二辊轧机用于开坯和中间轧制，四辊轧机用于终轧，避免了二辊轧机终轧或者四辊轧机开坯等加工困难的问题，可提高生产效率，降低轧机损耗。同时采用四辊轧机终轧，其轧制出的带材厚度较二辊轧机均匀，带材板型好，轧向质量分布均匀；

2.三段式轧制的每段第一道次均采用10～20%的压下量，可以有效降低由于变更轧辊直径而引起施加在轧件上轧制力方向的突变，从而导致轧制带材容易断裂的问题，保证带材长度，同时还不会影响最终带材在再结晶退火后形成的良好双轴织构，增加良品率；

3.三段式轧制中对轧辊表面粗糙度的要求依次递进，降低了使用一种轧机对轧辊表面粗糙度过高的要求，也减少了终轧精轧时对轧辊表面的磨损，可以减少对轧辊的抛光维护过程，降低生产成本；

4.二辊轧机的轧制在洁净间中完成，四辊轧机终轧在千级超净间中完成，减少了千级超净间的建设面积，极大降低生产成本；

5.本发明所提供的轧机轧辊尺寸，是生产线带材企业常用的轧机规格，只需对轧辊进行优化和对轧机进行少许改进，就可最大化利用现有生产设备生产出高附加值的涂层导体用百米级Ni-5at.%W合金基带产品，具有实际操作意义。

附图说明

图1为制备的百米级Ni-5at.%W合金基带的轧向厚度和表面粗糙度分布图；

图2为制备的百米级Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明内容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

采用长度L为1m、厚度H为10mm、宽度W为20mm的Ni-5at.%W合金作为初始坯锭，在辊径R₁为340mm的二辊轧机上进行开坯轧制，轧辊表面粗糙度Ra₁为1μm，第一道次压下量为18%，随后道次压下量控制在5%，共经过17道次，厚度h₁达到3.6mm时停止；

将轧件继续在辊径R₂为100mm的二辊轧机上进行中间轧制，轧辊表面粗糙度Ra₂为0.2μm，第一道次压下量为10%，随后道次压下量控制在5%，共经过42道次，厚度h₂达到0.4mm时停止；

将轧件继续在工作辊辊径R₃为25mm的四辊轧机上进行终轧，工作辊表面粗糙度Ra₃为0.005μm，第一道次压下量为10%，随后道次压下量控制在5%，共经过31道次，厚度h₃达到0.078mm时停止，此时总厚度变形量为99.22%，宽度约为25.2mm，长度约为101.75m。

以上轧制过程，开坯轧制和中间轧制均是在洁净间中完成，终轧在千级超净间中完成。

将获得的Ni-5at.%W带材裁边分条成两条10mm宽的成品带材，随机选取其中一条进行后续测试。

如图1所示，该条百米长度的Ni-5at.%W合金基带，其沿轧向长度上厚度分布在77.5～79.0mm之间，波动率为±2%，说明整条长带厚度均匀；在中间部分每隔10米处选取一个样品用原子力显微镜做表面粗糙度分析，其粗糙度达到7～9nm级别，说明长带表面质量很好；随机选取一处带材样品，利用X射线衍射仪对再结晶退火处理后的Ni-5at.%W合金基带表面进行织构表征，得到如图2所示的该样品表面（111）面极图，表明此Ni-5at.%W合金基带表面具有高度集中的双轴织构，能够满足YBCO超导材料等涂层导体对韧性金属基带的要求。

Claims

1.一种涂层导体用百米级Ni-5at.％W合金基带的轧制方法，其特征在于，步骤如下：

1)以长度L≥1m、厚度H为8～12mm的长方体Ni-5at.％W合金作为初始坯锭，在辊径R₁≥300mm的二辊轧机上进行开坯轧制，轧辊表面粗糙度Ra₁≤5μm，辊径R₁≥300mm的二辊轧机的第一道次压下量为10～20％，第二道次及之后的道次压下量控制在5％，往复轧制至厚度h₁为3～4mm时停止；

2)将轧件转移到辊径R₂为70～150mm的二辊轧机上进行中间轧制，轧辊表面粗糙度Ra₂≤0.3μm，使用辊径R₂为70～150mm的二辊轧机的第一道次压下量为10～20％，第二道次及之后的道次压下量控制在5％，牵引往复轧制至厚度h₂为0.3～0.4mm时停止；

3)将轧件转移到工作辊辊径R₃为20～45mm的四辊轧机上进行终轧，工作辊表面粗糙度Ra₃≤0.01μm，使用辊径R₃为20～45mm的四辊轧机的第一道次压下量为10～20％，第二道次及之后的道次压下量控制在5％，牵引往复轧制至厚度h₃为0.06～0.1mm、总厚度变形量达到99％时停止；

步骤1)～3)均为室温冷轧。

2.根据权利要求1所述的一种涂层导体用百米级Ni-5at.％W合金基带的轧制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1)和2)在洁净间中完成，步骤3)在千级超净间中完成。