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DE2011581C - Process for the production of a niobium titanium superconductor - Google Patents

Process for the production of a niobium titanium superconductor

Info

Publication number
DE2011581C
DE2011581C DE2011581C DE 2011581 C DE2011581 C DE 2011581C DE 2011581 C DE2011581 C DE 2011581C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
niobium
aging
temperature
hours
stage
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Takuya Ikeda Masaru Tokio Furuto Yoshio Yokohama Nagata Yukihiro Miura Takeshi Tokio Suzuki, (Japan)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Publication date

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Description

nium, Tantai, Hafnium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, einzeln oder zu mehreren, enthalten, wobeii die dem raschen Abkühlvorgang vorhergehende Wärmebehandlung der Ausgangslegierung bei einer Temperatur zwischen 800 und 1000° C und die zweite Stufe der abschließenden Alterung über 0,5 bis 6 Stunden vorzugsweise vorgenommen werden, ergibt sich aus den folgenden Beispielen. nium, tantai, hafnium, carbon, oxygen and nitrogen, individually or in groups, where the heat treatment of the starting alloy preceding the rapid cooling process at a temperature between 800 and 1000 ° C and the second stage of the final aging over 0.5 to 6 hours are preferably undertaken, results from the following examples.

Beispiel iExample i

...E5ne Ni°b-65<Vo Titan-Legierung wurde zunächst über 1 Stunde auf 9500C erhitzt, dann rasch abgekühlt und anschließend unter einer Flächenreduzie rung von 99,9% zu einem Draht eezoeen. Dieser ... E5ne ° Ni b-65 <Vo titanium alloy was initially heated for 1 hour at 950 0 C, then rapidly cooled and then under a Flächenreduzie tion of 99.9% eezoeen to a wire. This

LMiuii wuiuc uann in vakuum über 127 Stunden auf 300° C und schließlich über 1 Stunde auf 375° C erhitzt. Der erhaltene Leiter ergab bei einer Temperatur von 4,2° K eine kritische Stromdichte von 2,5 · 10" Amp./cm2 in einem äußeren Magnetfeld von 30 kG, und seine Zugfestigkeit betrug 175 kg/mm-1. Dieselbe Ausgangslegierung wurde zum Vergleich nach der Kaltverformung über 1 Stunde auf 400° C erhitzt. Der Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,8· 105 Amp./cm2 in einem äußeren Magnetfeld von 30 kG und hatte eine Zugfestigkeit von 160 kg/mm2.LMiuii wuiuc uann heated in vacuum to 300 ° C for 127 hours and finally to 375 ° C for 1 hour. The conductor obtained gave a critical current density of 2.5 x 10 6 "Amp./cm 2 at a temperature of 4.2 ° K in an external magnetic field of 30 kG, and its tensile strength was 175 kg / mm- 1 . The same starting alloy became for comparison, after cold forming, heated for 1 hour to 400 ° C. The conductor showed a critical current density of 1.8 · 105 Amp./cm 2 in an external magnetic field of 30 kG and had a tensile strength of 160 kg / mm 2 .

Beispiel 2Example 2

Eine Niob-35% Titan-Legierung wurde zunächst über 1 Stunde auf 950° C erhitzt und dann rasch abgekühlt. Anschließend wurde die Legierung mit Kupfer überzogen und dann zu einem Draht mit einem Niob-Titan-Kern eines Durchmessers von 0,25 mm und eines Außendurchmessers von 0,33 mm unter einer Flächenreduzierung von 99,9% kaltgezogen. Dieser Draht wurde dann in Vakuum über 250 Stunden auf 250° C und schließlich über 1 Stunde auf 400° C erhitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 2,15-105 Amp./cm2 in einem äußeren Magnetfeld von 30 kG und hatte eine Zugfestigkeit von 120 kg/mm2.A niobium-35% titanium alloy was first heated to 950 ° C. for 1 hour and then rapidly cooled. The alloy was then coated with copper and then cold-drawn to form a wire with a niobium-titanium core with a diameter of 0.25 mm and an outside diameter of 0.33 mm with a reduction in area of 99.9%. This wire was then heated in vacuo to 250 ° C. for 250 hours and finally to 400 ° C. for 1 hour. The resulting conductor showed a critical current density of 2.15-10 5 amps / cm 2 in an external magnetic field of 30 kG and had a tensile strength of 120 kg / mm 2 .

Dieselbe Legierung wurde zum Vergleich nach der Kaltverformung über 1 Stunde auf 425° C erhitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,65 ■ 10' Amp./cm2 in einem äußeren Magnetfeld von 30 kG und hatte eine Zugfestigkeit von 110 kg/mm2.For comparison, the same alloy was heated to 425 ° C. for 1 hour after cold working. The resulting conductor showed a critical current density of 1.65 · 10 'Amp./cm 2 in an external magnetic field of 30 kG and had a tensile strength of 110 kg / mm 2 .

Beispiel 3Example 3

Eine Niob-50°/o Titan-Legierung mit einem Zusatz von 1 Gewichtsprozent Tantal, 0,28 GewichtsprozentA niobium 50% titanium alloy with an additive of 1 percent by weight tantalum, 0.28 percent by weight Sauerstoff und 0,12 Gewichtsprozent Stickstoff wurde über 1 Stunde auf 1000° C erhitzt und dann rasch abgekühlt Die Legierung wurde anschließend unter einer Flächenreduzierung von 99,5 °/o zu einem Draht gezogen, der dann in Vakuum zunächst überOxygen and 0.12 weight percent nitrogen heated over 1 hour to 1000 ° C and then quickly cooled The alloy then became a wire with a reduction in area of 99.5% pulled, which then in vacuum initially over 120 Stunden auf 250° C und schließlich über ι Stunde auf 400° C erhitzt wurde. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 2,3 ■ 10s AmpVcm2 in einem äußeren Magnetfeld vonWas heated to 250 ° C and finally over ι hour to 400 ° C for 120 hours. The resulting conductor showed a critical current density of 2.3 · 10 s AmpVcm 2 in an external magnetic field of 3OkG.3OkG.

uicsciuc Legierung wurae zum vergieicn nacnuicsciuc alloy was used for casting after

der Kaltverformung über 1 Stunde auf 425° C erhitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,75 · lü·"1 Amp./cm2.the cold forming heated to 425 ° C over 1 hour. The resulting conductor exhibited a critical current density of 1.75 · lü · " 1 amp./cm 2 .

Beispiel 4Example 4

Eine Niob-30%> Titan-Legierung mit einem Zusatz von 1,5 Gewichtsprozent Zirkonium und 2,5 Gewichtsprozent Tantal sowie weniger als 350 ppm Sauerstoff wurde über 1 Stunde auf 950° C erhitztA niobium 30%> titanium alloy with an addition of 1.5 percent by weight of zirconium and 2.5 percent by weight Tantalum and less than 350 ppm oxygen were heated to 950 ° C. over 1 hour

a5 und dann rasch abgekühlt. Die Legierung wurde dann unter einer Flächenreduzierung von 99,8% zu einem Draht gezogen, der anschließend in Vakuum zunächst über 200 Stunden auf 375° C und schließlich über 1,5 Stunden auf 4800C erhitzt wurde. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,2· 105 AmpVcm- in einem äußeren Magnetfeld von 75 kG.a 5 and then rapidly cooled. The alloy was then drawn under an area reduction of 99.8% to a wire, which was then heated in vacuum initially for 200 hours at 375 ° C and finally for 1.5 hours at 480 0 C. The resulting conductor exhibited a critical current density of 1.2 · 10 5 AmpVcm- in an external magnetic field of 75 kG.

Dieselbe Legierung zeigte bei einer nur einstufigen Alterung anschließend an die Kaltverformung eine kritische Stromdichte von 0,5 · 105 Amp./cm-.The same alloy showed a critical current density of 0.5 · 10 5 Amp./cm- with only one-stage aging following cold deformation.

Beispiel 5Example 5

Eine Niob-30% Titan-Legierung mit einem Zusatz von 0,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 1,1 Gewichtsprozent Sauerstoff wurde über 1 Stunde auf 950° C erhitzt und dann rauch abgekühlt. Die Legierung wurde anschließend unter einer Flächenreduzierung von 99,5% zu einem Draht kaltgezogen, der schließlich zunächst über 130 Stunden auf 300° C und dann über 5 Stunden auf 430° C erhitzt wurde. Dt resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,5 · 105 AmpVcm2 in einem äußeren Magnetfeld von 75 kG.A niobium 30% titanium alloy with an addition of 0.2 percent by weight carbon and 1.1 percent by weight oxygen was heated to 950 ° C. for 1 hour and then cooled with smoke. The alloy was then cold-drawn with a reduction in area of 99.5% to form a wire, which was finally heated first to 300 ° C. over 130 hours and then to 430 ° C. over 5 hours. The resulting conductor exhibited a critical current density of 1.5 · 10 5 AmpVcm 2 in an external magnetic field of 75 kG.

Claims (1)

I 2 ein um 99% kaltverformter Leiter nach einer Patentansprüche: Wärmebehandlung fiber 0,1 bis S Stunden eine kritische Feldstärke von mindestens SO kG und eine kritische Stromdichte von mindestens etwaI 2 a 99% cold-deformed conductor according to a patent claim: heat treatment over 0.1 to 5 hours, a critical field strength of at least 50 kG and a critical current density of at least about 1. Verfahren zur Herstellung eines Niob- 5 0,4· 10* Ampfern* in einem äußeren Magnetfeld von i itan-inipraleiters mit 30 bis 70 Gewichtsprozent 20 kG zeigt, wenn die Behandlungstemperatur mit Niob, der nach seiner auf eine Wärmebehand- etwa 2000C gewählt wird, und daß er andererseits lung der Ausgangslegierung folgenden Kaltver- bei einer Behandlungstemperatur von etwa 400° C formung zweistufig gealtert wird, wobei die erste eine kritische Feldstärke von wenigstens 70 kG und stufe im Vergleich zur zweiten Stufe in einem io eine kritische Stromdichte von wenigstens etwa niedrigeren Temperaturbereich und über eine 0,7 · 10* AmpVcm* in einem äußeren Magnetfeld von längere Zeitdauer vorgenommen wird, da- etwa 2OkG besitzt. Weiterhin findet sich in dieser durch gekennzeichnet, daß die Aus- Druckschrift der Hinweis, daß sich der Wert für die gangslegierung vor ihrer Kaltverformiino msr-h tritic-h» c»^m,i;^hto ^„rii^r τ <»;»»r a>,r ....... 1. Process for the production of a niobium 5 0.4 · 10 * Ampfern * in an external magnetic field of iitan-inipconductors with 30 to 70 weight percent 20 kG shows when the treatment temperature with niobium, which after its on a heat treatment approx 0 C is selected, and on the other hand it is aged in two stages of forming the starting alloy following cold working at a treatment temperature of about 400 ° C, the first having a critical field strength of at least 70 kG and a critical level compared to the second stage in an io Current density of at least approximately a lower temperature range and over a 0.7 · 10 * AmpVcm * in an external magnetic field of a longer period of time is carried out, since it has about 20 kG. Furthermore, this is characterized by the fact that the printout indicates that the value for the transition alloy before its cold deformation is msr-h tritic-h »c» ^ m , i; ^ ht o ^ „rii ^ r τ <»;» »R a> , r ....... aDgeicufnt und dali die erste Stufe der abschlie- 15 0,9· 105 Amp./cm-' bzw. 1,0 · 10·'Amp./cm2 in einem benclen Alterung bei einer Temperatur zwischen äußeren Magnetfeld von etwa 20 kG steigern läßt, 150 und 400 C über 5 bis 250 Stunden und die wenn einer solchen Wärmebehandlung bei 300 bzw. zweite Stufe bei einer Temperatur zwischen 350 400" C über 2,5 Stunden nach der Kaltverformung und 550 C über 0,3 bis 10 Stunden vorgenom- des Leiters eine Alterung bei Zimmertemperatur men wird 30 (I() bis 5()< >q über 5 Monate vorangestellt wird,aDgeicufnt and then the first stage of the final 15 0.9 · 105 Amp./cm- 'or 1.0 · 10 ·' Amp. / cm 2 in a benclen aging at a temperature between external magnetic fields of about 20 kG leaves, 150 and 400 C for 5 to 250 hours and if such a heat treatment at 300 or second stage at a temperature between 350 400 "C for 2.5 hours after cold forming and 550 C for 0.3 to 10 hours - aging of the conductor at room temperature men will be prefixed 30 ( I () to 5 () <> q over 5 months, I. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- wobei der Hinweis gegeben wird, daß kurze Zeitkennzeichnet daß die dem raschen Abkühl- räume für diese Alterung die Supraleitfähigkeit des Vorgang vorhergehende Wärmebehandlung der Leiters kaum beeinflussen und daß eine über meh-Ausgangslegierung bei einer Temperatur zwi- rere Monate reichende Alterung die besten Eigenschen 800 und 1000° C vorgenommen wird. 25 schäften für den Leiter erzielen läßt. I. The method according to claim 1, characterized in that the indication is given that a short time indicates that the heat treatment of the conductors preceding the rapid cooling spaces for this aging hardly affect the superconductivity of the process and that an over multiple starting alloy at a temperature between - More months of aging the best properties 800 and 1000 ° C is made. 25 shafts for the head can be achieved. J. verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, Aus der deutschen Auslegesehrift 1 188 824 istJ. method according to claims 1 and 2, from the German Auslegesehrift 1 188 824 is dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von suprader abschließenden Alterung über 0,5 bis 6 Stun- leitenden Drähten und Bändern aus Titan-Niob- A vo.';se"o,mmen Wlld- . Legierungen bekannt, bei dem das Vormaterial auscharacterized in that the second stage continues vo to a process for the preparation of suprader final aging for 0.5 to 6 STUN conductive wires and tapes made of titanium-niobium A ';.. s e "o, mmen Wl l d - alloys known where the raw material from 4 verfahren nach einem der Ansprüche 1 30 Legierungen mit 20 bis 45 Gewichtsprozent Niob, bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Supra- Rest Titan, zunächst aus dem Temperaturbereich leiter vor der abschließenden Alterung mit der /?-Phase so rasch abgekühlt wird, daß diese erKupfer überzogen wird. haIten bIeibt und daneben nur martensitischer, über-4 method according to one of claims 1 to 30 alloys with 20 to 45 percent by weight niobium, up to 3, characterized in that the supra-remainder of titanium, initially from the temperature range conductor, is cooled so quickly before the final aging with the /? Phase that this is copper-plated. hold and next to it only martensitic, over- w λ ίΤΤ ι -einem der AnsPrüche 1 sättigter «-Mischkristall, jedoch kein Gleichgewichtes^, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs- 35 «-Mischkristall auftritt, und dann zu Drähten und legierung neben 30 bis 70 Gewichtsprozent Niob Bändern kaltverformt wird, welche anschließend nur lian oder neben Titan bis zu 4 Gewichts- einer Wärmebehandlung über einen angegebenen Prozent Molybdän Vanadium, Zirkonium, Tan- Zeitraum von 10 bis 25 Stunden bei Temperaturen al, Hafnium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stick- zwischen 250 und 6500C und vorzugsweise zwistoff, einzeln oder zu mehreren, enthält. 40 sehen 350 und 6000C unterworfen werden, wobei w λ ίΤΤ ι - one of the claims 1 saturated "solid solution , but no equilibrium ^, characterized in that the starting 35" solid solution occurs and is then cold-formed into wires and alloy in addition to 30 to 70 percent by weight of niobium strips, which then only lian or in addition to titanium up to 4% by weight heat treatment over a specified percent molybdenum vanadium, zirconium, tan period of 10 to 25 hours at temperatures al, hafnium, carbon, oxygen and stick between 250 and 650 0 C and preferably contains an intermediate, individually or in groups. 40 see 350 and 600 0 C are subjected, with Glühtemperatur und -dauer so aufeinander abgestimmt sind, daß die durch die Kaltverformung er-Annealing temperature and duration are coordinated in such a way that the ■ zielte lamellenartige Struktur des Gefüges erhalten■ Targeted lamellar structure of the structure preserved bleibt, worauf sich gegebenenfalls eine geringeremains, whereupon there may be a slight nu Rrfir,^ u ♦ ·«*·,,_,. 45 Schl"ßverformung anschließt. Dieses Verfahrennu Rrfir, ^ u ♦ · «* · ,, _ ,. 45 closing deformation follows. This procedure uie Erfindung,betrifft ein Verfahren zur Herstel- unterscheidet shh grundsätzlich von dem erfindungslung eines Niob-Titan-Siipraleiters mit 30 bis 70Ge- gemäßen Verfahren und von dem Verfahren nach vvichtsprozent Niob, der nach seiner auf eine der deutschen Auslegesehrift 1289 997 darin, daß Wärmebehandlung der Ausgangslegierung folgenden die auf die Kaltverformung folgende Alterung nur Ka !verformung[zweistufig gealtert wird, wobei die 50 einstufig durchgeführt wird.The invention relates to a method of manufacturing that fundamentally differs from the invention of a niobium-titanium silicon conductor with 30 to 70Ge methods and from the method according to vvichtsprozent niobium, which according to his on one of the German Auslegesehrift 1289 997 in that Heat treatment of the starting alloy following the aging following the cold deformation only Ka! Deformation [is aged in two stages, with the 50 being carried out in one stage. nSdriS2n^JeitffICi zu.r u zweit,e" Stufe in einem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dasnSdriS2n ^ J eitf f IC i to . r u second , e " stage in one The invention is based on the object that niedrigeren Temperaturbereich und über eine längere Verfahren der eingangs genannten Art in der Rich-Äer vorgenommen w.rd. tung zu verbessern> daß Niob-Titan-Supraleiter mitlower temperature range and carried out over a longer process of the type mentioned in the Rich-Äer w.rd. to improve> that niobium-titanium superconductor with ein VerfS,deutsch^n Auslegesehrift 1289997 ist höheren Werten für die kritische Stromdichte herein Verfahren zur Erhöhung der kritischen Feld- 55 stellbar sinda VerfS, German ^ n A u slegesehrift 1289997 is higher values for the critical current density in procedures for increasing the critical field 55 can be set SnetSemvnn^m116!1 ,Stromdichte in s,tarken »™* Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-SnetSemvnn ^ m 116 ! 1 , current density in s , strong »™ * According to the invention, the object is thereby Kk JerfnlT Supraleitern aus um mindestens löst, daß die Ausgangslegierung vor ihrer Kaltver-Kk JerfnlT superconductors in order to at least release the fact that the starting alloy is Ln mi η W, £r Τ" Nl0b-Ti!an-Leßierun- Innung rasch abgekühlt und daß die erste Stufe derIn mi η W, r £ Τ "Nl0b Ti at - Le ß c ycle - rapidly cooled guild and that the first stage of Sm'iß welihim i G^htsprozent Titan bekannt, abschließenden Alterung bei einer Temperatur zwi-Sm'iß welihim i G ^ htsprozent Titan known final aging at a temperature be- fü wen!ten 0% Γ n"Ch dZ- Kaltrc[formunß 6o sehen 150 und 4000C über 5 bis 250 Stunden undfor whom! th 0 % Γ n " Ch d Z- cold r c [ formun ß 6o see 150 and 400 0 C over 5 to 250 hours and hoi 5 , ' ? "α6" .eiuner Warmebehandlung die zweite Stufe bei einer Temperatur zwischen 350hoi 5, '? "α 6 ". For a heat treatment, the second stage at a temperature between 350 SnteioZ Ξ?ηηΓ wICh Tu lOu biS 600°C Und 55°°C über °·3 bis 10 Stunden vorgenommen unterzogen wird. Dieser Warmebehandlung, welche wirdSnteioZ Ξ? η ηΓ w ICh Tu lO u up to 600 ° C and 55 °° C for 3 to 10 hours. This heat treatment which will reichen kSanUndkrnnalaZßCbeiii:,r 0^f1 Grcnze Die Fortschrittlichkeit dieser erfindungsgemäßenrange k S to U n d krnn a l a Z ßCbeiii:, r 0 ^ f 1 limit The progressiveness of this invention Hp. ι Ρίιϊ "'κ! " Alterung durch Auslagerung 65 Maßnahme, die vorzugsweise an Ausgangslegierun-Hp. Ι Ρίιϊ "'κ!" Aging by aging 65 measure, which is preferably applied to the starting alloy oe amren m"^ ^^!n^MSV!" ^ ^ ße" verwirkIicht wird, die neben 30 bis 70 Gewichts-oe amren m "^ ^^! n ^ MSV!" ^ ^ ß "is realized , which in addition to 30 to 70 weight Es ist nun! T von 10 bis 5O0C vorangehen. prozent Niob nur Titan oder neben Titan bis zuIt is now! T precede of 10 to 5O 0 C. percent niobium only titanium or up to next to titanium b.s ist nun in dieser Druckschrift dargelegt, daß 4 Gewichtsprozent Molybdän, Vanadium, Zirko-b.s is now shown in this publication that 4 percent by weight of molybdenum, vanadium, zirconia

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