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一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法

阅读：1053发布：2020-06-06

IPRDB可以提供一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，具体包括：通过退火和轧制交替将铜杆加工至最终尺寸，每轧制两道次进行一次退火，共轧制6道次，共退火三次。依次为：退火、圆形铜棒、带倒角正方形、矩形、退火、上表面带有V型凹槽的矩形、上表面带有矩形凹槽的矩形、退火、上表面带有矩形、V型凹槽的矩形、上表面带有较大矩形凹槽的矩形。加工过程拉拔及轧制过程速度较快，适合超导缆用铜槽线的大规模批量化生产。，下面是一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取Φ8mm铜棒，置于气氛保护退火炉中进行气氛保护退火；

步骤2，将步骤1中退火态铜棒进行第一道次和第二道次轧制成型；

步骤3，将步骤2中轧制态异型铜棒进行气氛保护退火；

步骤4，将步骤3中退火态异型铜棒进行第三道次和第四道次轧制成型；

步骤5，将步骤4中轧制态异型铜棒再进行气氛保护退火；

步骤6，将步骤5中退火态异型铜棒进行第五道次和第六道次轧制成型。

2.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，所述步骤

1中Φ8mm铜棒的材质为C1100无氧铜，退火温度为400-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

3.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，所述步骤

2中，第一道次轧制过程为：铜棒由圆形轧制成带倒角正方形，加工率为2-20％；第二道次轧制过程为：铜棒由带倒角正方形轧制成矩形，矩形宽高比为2.0，加工率为1-7％；第一道次和第二道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度范围为25～50m/min。

4.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，所述步骤

3退火过程中，退火温度为300-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

5.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，所述步骤

4中，第三道次轧制过程为：铜棒由矩形轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为5-15％；第四道次轧制过程为：铜棒由上表面带有V型凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为10-20％；第三道次和第四道次轧制变形为一次性连续轧制，速度范围为50～100m/min。

6.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，所述步骤

5退火过程中，退火温度为200-250℃，退火时间为2-4h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。

7.根据权利要求1所述的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，其特征在于，步骤6中，第五道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％；第六道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形+V型凹槽的矩形轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％；第五道次和第六道次轧制变形为一次性连续轧制，速度范围为100～

120m/min。

说明书全文

一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法。

背景技术

[0002] 目前NbTi，Nb3Sn超导体主要应用于磁共振成像(MRI)、核磁共振(NMR)、实验室仪器、粒子加速器、电力、扫雷、矿石磁分离、磁悬浮列车、超导储能(SMES)等领域；传统NbTi/Cu和Nb3Sn多芯超导线的制备一般包括合金制备、合金棒加工、多芯复合体组合与加工、多芯超导线的热处理等工艺过程。但是低温超导线材在低温下承载电流的能力有限，一般最大为2000A，因此在应用环境超过2000A的情况下，需要将超导线材绞制成不同类型的电缆，以实现上万安培的承载电流。超导电缆在低温下承载如此之高的电流，必然带来超导电缆的不稳定，而解决不稳定问题的一个主要的方案是将电缆置于超大规格的铜槽线中。目前一般采用镶嵌方式制备超导电缆，即将制备好的超导圆缆或者矩形缆置于超大规格铜槽线中，并采用锡将二者焊接到一起。超大规格铜槽线的加工过程及最终精度会影响超导缆的最终性能。铜槽线的加工过程及最终精度会影响铜槽线的精度，进而影响超导线材的最终性能。目前由于制备出的铜槽线精度受限，导致其加工出来的超导线材的剩余电阻比(RRR值)也受其制约，因此需要开发出一种能够提高铜槽线精度的制备方法，以获得高稳定的超导电缆。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，为高铜比超导缆的制备提供了材料基础。

[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，具体包括以下步骤：

[0005] 步骤1，选取Φ8mm铜棒，置于气氛保护退火炉中进行气氛保护退火；

[0006] 步骤2，将步骤1中退火态铜棒进行第一道次和第二道次轧制成型；

[0007] 步骤3，将步骤2中轧制态异型铜棒再进行气氛保护退火；

[0008] 步骤4，将步骤3中退火态异型铜棒进行第三道次和第四道次轧制成型；

[0009] 步骤5，将步骤4中轧制态异型铜棒再进行气氛保护退火；

[0010] 步骤6，将步骤5中退火态异型铜棒进行第五道次和第六道次轧制成型。

[0011] 本发明的特点还在于，

[0012] 步骤1中，Φ8mm铜棒的材质为C1100无氧铜。

[0013] 步骤1的退火过程中，退火温度为400-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

[0014] 步骤2的2道次轧制成型中，第一道次轧制过程为：铜棒由圆形轧制成带倒角正方形，加工率为2-20％。第二道次轧制过程为：铜棒由带倒角正方形轧制成矩形，矩形宽高比为2.0，加工率为1-7％。第一道次和第二道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度根据不同规格铜槽线而不同，铜槽线越小，速度越快，反之，越慢，速度范围为25～50m/min。

[0015] 步骤3的退火过程中，退火温度为300-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

[0016] 步骤4中，第三道次轧制过程为：铜棒由矩形轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为5-15％。第四道次轧制过程为：铜棒由上表面带有V型凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为10-20％。第三道次和第四道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度根据不同规格铜槽线而不同，铜槽线越小，速度越快，反之，越慢，速度范围为50～100m/min。

[0017] 步骤5的退火过程中，退火温度为200-250℃，退火时间为2-4h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。

[0018] 步骤6中，第五道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％。第六道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形+V型凹槽的矩形轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％。第五道次和第六道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度根据不同规格铜槽线而不同，铜槽线越小，速度越快，反之，越慢，速度范围为100～120m/min。

[0019] 本发明的超导缆用超大规格铜槽线的制备方法的有益效果是，通过退火和轧制交替将铜杆加工至最终尺寸，每轧制两道次进行一次退火，共轧制6道次，依次为：圆形铜棒、带倒角正方形、矩形、上表面带有V型凹槽的矩形、上表面带有矩形凹槽的矩形、上表面带有矩形+V型凹槽的矩形、上表面带有较大矩形凹槽的矩形。加工过程拉拔及轧制过程速度较快，适合超导缆用铜槽线的大规模批量化生产。

附图说明

[0020] 图1是本发明中异型铜槽线的设计图；

[0021] 图2是本发明中不同阶段轧制变形图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

[0023] 本发明超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，具体包括以下步骤：

[0024] 步骤1，选取市售的Φ8mm铜棒，材质为C1100无氧铜,置于气氛保护退火炉中进行气氛保护退火,退火温度为400-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

[0025] 步骤2，将步骤1中退火态Φ8mm铜棒进行2道次轧制成型；第一道次轧制过程为：铜棒由圆形轧制成带倒角正方形，加工率为2-20％。第二道次轧制过程为：铜棒由带倒角正方形轧制成矩形，矩形宽高比为2.0，加工率为1-7％。第一道次和第二道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度范围为25～50m/min。

[0026] 步骤3，将步骤2中轧制态异型铜棒进行气氛保护退火，退火温度为300-450℃，退火时间为2-4h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。

[0027] 步骤4，将步骤3中退火态异型铜棒进行2道次轧制成型。第三道次轧制过程为：铜棒由矩形轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为5-15％。第四道次轧制过程为：铜棒由上表面带有V型凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为10-20％。第三道次和第四道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度范围为50～100m/min。

[0028] 步骤5，将步骤4中轧制态异型铜棒进行气氛保护退火,退火温度为200-250℃，退火时间为2-4h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。

[0029] 步骤6，将步骤5中退火态异型铜棒进行2道次轧制成型。第五道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形凹槽的矩形轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％。第六道次轧制过程为：铜棒由上表面带有矩形+V型凹槽的矩形轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，宽度和厚度同时具有加工率，加工率为20％。第五道次和第六道次轧制变形为一次性连续轧制，轧制速度范围为100～120m/min。制备过程中铜槽线的形状变化如图2所示。

[0030] 退火后尺寸加工到该尺寸的加工率可以保证最终铜槽要求的RRR。退火温度越高，退火时间越长，退火后尺寸到最终成型时加工率越小，RRR值越高。经过上述步骤加工的铜槽线结构和尺寸如图1所示，精度可以满足图1的精度要求，即达到±0.1mm、0.025mm。本发明方法制备的铜槽线长度可达500米以上。

[0031] 利用本方法制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆导体的铜比5.2，4T下临界电流为12080A，RRR值为189。目前暂无法采用现有技术制备同类型导体。

[0032] 以下给出具体制备实施例。

[0033] 实施例1

[0034] 选取市售的Φ8mm铜棒，材质为C10100高纯无氧铜，依次经过：①退火，退火温度为400℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。②轧制成尺寸为7.0×7.0mm的带倒角正方形，加工率2.4％。③轧制成尺寸为9.8×4.8mm的矩形，加工率4.0％。④退火，退火温度为300℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。⑤轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，矩形尺寸为9.6×4.6mm，V型等边边长为1.5mm，加工率为11.9％。⑥轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，外矩形尺寸为9.4×4.4mm，矩形凹槽宽度3mm，矩形凹槽深度2mm，加工率为18.1％。⑦退火，退火温度为200℃，退火时间为2h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。⑧轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，外矩形尺寸为9.2×4.2mm，矩形凹槽宽度
4mm，矩形凹槽深度3mm，V型等边边长为1.0mm，加工率为20％。⑨轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，矩形尺寸为9.0×4.0mm，矩形凹槽宽度6mm，矩形凹槽深度3.2mm，加工率为
20％。

[0035] 实施例2

[0036] 选取市售的Φ8mm铜棒，材质为C10100高纯无氧铜，依次经过：①退火，退火温度为420℃，退火时间为3h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。②轧制成尺寸为6.8×6.8mm的带倒角正方形，加工率8.0％。③轧制成尺寸为9.4×4.7mm的矩形加工率4.5％。④退火，退火温度为330℃，退火时间为3h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。⑤轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，矩形尺寸为9.2×4.5mm，V型等边边长为1.3mm，加工率为12.0％。⑥轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，外矩形尺寸为9.0×4.3mm，矩形凹槽宽度2.8mm，矩形凹槽深度1.9mm，加工率为17.9％。⑦退火，退火温度为220℃，退火时间为3h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。⑧轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，外矩形尺寸为8.8×4.1mm，矩形凹槽宽度
3.8mm，矩形凹槽深度2.8mm，V型等边边长为0.8mm，加工率为20％。⑨轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，矩形尺寸为8.6×3.9mm，矩形凹槽宽度5.8mm，矩形凹槽深度3.0mm，加工率为20％。

[0037] 实施例3

[0038] 选取市售的Φ8mm铜棒，材质为C10100高纯无氧铜，依次经过：①退火，退火温度为440℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。②轧制成尺寸为6.6×6.6mm的带倒角正方形，加工率13.3％。③轧制成尺寸为9.2×4.4mm的矩形加工率7.1％。④退火，退火温度为340℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。⑤轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，矩形尺寸为9.0×4.2mm，V型等边边长为1.1mm，加工率为14.4％。⑥轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，外矩形尺寸为8.8×4.0mm，矩形凹槽宽度2.5mm，矩形凹槽深度1.6mm，加工率为16.3％。⑦退火，退火温度为230℃，退火时间为2h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。⑧轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，外矩形尺寸为8.6×3.8mm，矩形凹槽宽度
3.6mm，矩形凹槽深度2.6mm，V型等边边长为0.6mm，加工率为20％。⑨轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，矩形尺寸为8.4×3.6mm，矩形凹槽宽度5.6mm，矩形凹槽深度2.8mm，加工率为20％。

[0039] 实施例4

[0040] 选取市售的Φ8mm铜棒，材质为C10100高纯无氧铜，依次经过：①退火，退火温度为450℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2，。②轧制成尺寸为6.4×6.4mm的带倒角正方形，加工率18.5％。③轧制成尺寸为9.0×4.5mm的矩形，加工率1.1％④退火，退火温度为350℃，退火时间为2h，气氛为纯度为99.9％的高纯N2。⑤轧制成上表面带有V型凹槽的矩形，矩形尺寸为8.8×4.3mm，V型等边边长为0.9mm，加工率为8.4％。⑥轧制成上表面带有矩形凹槽的矩形，外矩形尺寸为8.6×4.1mm，矩形凹槽宽度2.3mm，矩形凹槽深度1.3mm，加工率为13.9％。⑦退火，退火温度为250℃，退火时间为2h，气氛为1％H2和99％高纯N2混合气氛。⑧轧制成上表面带有矩形+V型凹槽的矩形，外矩形尺寸为8.4×3.9mm，矩形凹槽宽度
3.4mm，矩形凹槽深度2.4mm，V型等边边长为0.6mm，加工率为20％。⑨轧制成上表面带有较大矩形凹槽的矩形，矩形尺寸为8.2×3.7mm，矩形凹槽宽度5.4mm，矩形凹槽深度2.6mm，加工率为20％。

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