超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法
【課題】Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造するときに用いるＮｂまたはＮｂ基合金における加工性を良好にすることのできるＮｂまたはＮｂ基合金棒、およびこのようなＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いて良好な超電導特性を発揮する超電導線材を製造するための有用な方法を提供する。
【解決手段】超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒は、超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものである。
【解決手段】超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒は、超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造するための有用な方法、およびこうした製造方法で素材として用いられる超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒に関するものであり、殊に押出しや伸線加工時における加工上の不都合を発生させることなく、良好な超電導特性と共に大きいｎ値を示し、高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用なＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する方法およびそのためのＮｂまたはＮｂ基合金棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用いられる超電導マグネットについては発生磁場が高いほど分解能が高まることから、超電導マグネットは近年ますます高磁場化の傾向にある。
【０００３】
高磁場発生用超電導マグネットに使用される超電導線材としては、Ｎｂ３Ｓｎ線材が実用化されており、このＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造には主にブロンズ法が採用されている。このブロンズ法では、図１（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に、複数（図１では７）のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材２を埋設し、伸線加工することによって上記芯材２を細径化してフィラメントとし、この芯材２のフィラメントとブロンズ複合材を複数束ねて線材群となし、その外周に安定化の為の銅（安定化Ｃｕ）を配置した後伸線加工する。上記線材群を６００℃以上８００℃以下程度で熱処理（拡散熱処理）することにより、Ｎｂフィラメントとマトリックスの界面にＮｂ３Ｓｎ化合物層を生成する方法である。
【０００４】
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、チューブ法、内部拡散法および粉末法等も知られている。このうちチューブ法では、図２（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるチューブ（パイプ状部材）３の中にＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材４を配置し、これを必要に応じてＣｕパイプ５内に挿入等して伸線加工等の縮径加工を施した後、熱処理によってＮｂとＳｎを拡散反応させてＮｂ３Ｓｎを生成する方法である（例えば、特許文献１）。また加工性の観点から、芯材４とＮｂチューブ３の間にＣｕパイプ６を配置することがある（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、内部拡散法では、図３（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる母材７の中央部に、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材８を埋設すると共に、芯材８の周囲の母材７中に複数（この図では１５）のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材９を配置し、伸線加工した後、熱処理によって芯材８中のＳｎを拡散させ、芯材９中のＮｂと反応させることによってＮｂ３Ｓｎを生成させる方法である（例えば、特許文献３）。
【０００６】
一方、粉末法では、図４（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシース（パイプ状部材）１０内に、少なくともＳｎを含む原料粉末（例えば、Ｔａ−Ｓｎ系粉末）を充填して粉末コア部１１を形成し、これを更にＣｕ製ビレット（図示せず）に挿入して複合材とし、この複合材を押出し、伸線加工等の縮径加工を施すことによって線材化した後、マグネット等に巻き線してから熱処理を施すことによってシースの内面側からＮｂ３Ｓｎ超電導相を成形する。
【０００７】
尚、前記図２〜４では、説明の便宜上単芯の複合材を示したが、実用上ではＣｕマトリックス中に複数本の単芯が配置された多芯の複合材の形で用いられるのが一般的である。
【０００８】
また、上記のような複合材を用いて、超電導線材を製造するに当って、Ｎｂ３Ｓｎ相内に、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素を含有させることも提案されている。こうした元素をＮｂ３Ｓｎ内に含有させることによって、これらの元素を含有しないＮｂ３Ｓｎ超電導線材と比べて、高磁場での超電導特性が向上するといわれている。Ｎｂ３Ｓｎ相内に上記の元素を含有させる手段として、例えば特許文献４には、内部拡散法においてＳｎ金属芯（前記図３の芯材８）に３０原子％以下、またはＮｂ金属芯（前記図３の芯材９）に５原子％以下のＴｉを含有させることによって、１５Ｔ（テスラ）以上の外部磁場中での臨界電流密度Ｊｃが向上できることが示されている。
【特許文献１】特開昭５２−１６９９７号公報 特許請求の範囲等
【特許文献２】特開平３−２８３２２０号公報 特許請求の範囲等
【特許文献３】特開昭４９−１１４３８９号公報 特許請求の範囲等
【特許文献４】特公平１−８６９８号公報 特許請求の範囲等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
超電導線材を製造する際には、その前駆体となる複合材を、押出しや伸線加工等の縮径加工（以下、「伸線加工」で代表することがある）を施して作製されるので、円形の断面を有する線材が汎用されることになる。また或る程度の加工を施した後に六角伸線という断面が六角形となる伸線を行い、その六角断面の素材を数本若しくは数値百本組み合わせて多芯型複合線材とし、これに対して更に伸線加工が行われる場合がある。伸線を行なう際に、その途中で加工性が悪くなった場合には中間焼鈍を施されることもある。このようにして、伸線加工前には数十〜数百ｍｍ程度であった断面が数ミクロン単位にまで伸線加工されることになる。
【００１０】
こうした加工率の高い伸線加工を実施するためには、素材断面が伸線加工に伴って均一に変形することが必要となる。上記したいずれの方法を実施するにしても、ＮｂやＮｂ基合金が構成素材（パイプ状部材または芯材）として用いられるが、加工率の高い伸線加工を施すと、複合材内のＮｂ若しくはＮｂ基合金が円形を保持できず、菱形や角形に変形するという現象が生じることがある。また構成素材として用いるＮｂやＮｂ基合金では、最終的な超電導線材の特性を向上させるという観点から、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素が添加される場合があるが、これらの元素の添加は加工性を却って低下させ、上記の現象を発生し易くすることにもなる。
【００１１】
こうした現象が発生すると、伸線途中で断線は起こる原因となり、或いは最終的に超電導線材としたときにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の低下やｎ値（超電導状態から常電導状態への転移の鋭さを示す指標となる値）の低下、更には交流ロスの増大といった問題が発生することがある。
【００１２】
こうしたことから、断面の形状変化が起こらないように伸線率を調整すること、即ち断面積が小さい伸線素材と準備して比較的低い加工率でも加工することによって、上記のような不都合の発生を回避することが行なわれている。しかしながら、こうした方法では、製造効率が極めて悪いものとなることから、大面積の伸線素材を用いた場合であっても変改を生じることなく、良好な加工が実現できるような技術の確立が望まれているのが実情である。
【００１３】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造するときに用いるＮｂまたはＮｂ基合金における加工性を良好にすることのできるＮｂまたはＮｂ基合金棒、およびこのようなＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いて良好な超電導特性（特に臨界電流密度およびｎ値）を発揮する超電導線材を製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成することのできた本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒とは、超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものである点に要旨を有するものである。
【００１５】
本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒においては、上記熱間加工若しくは冷間加工を行なうに際して、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されたものが好ましい。
【００１６】
また、本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒においては、（ａ）結晶粒径が５〜１００μｍ（より好ましくは５〜５０μｍ）である、（ｂ）炭素、窒素、酸素および水素よりなる群から選ばれる１種または２種以上の元素の濃度が２００ｐｐｍ以下である、（ｃ）Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有する、等の要件を満足することが好ましい。
【００１７】
一方、上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、上記のような超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当り、
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材とする工程と、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
を含んでなる点に要旨を有するものである。
【００１８】
この製造方法においては、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、Ｃｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とすることによって、ブロンズ法または内部拡散法に適用できるものとなる。また、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とすることによって、粉末法またはチューブ法に適用できるものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超電導線材製造用複合材を伸線加工するときの形状を考慮し、熱間加工または冷間加工の段階にてその見合った形状に作製することによって、異方性が解消され、良好な均一加工ができるＮｂまたはＮｂ基合金棒が得られ、こうした棒材を素材として用いて超電導線材を製造することによって、優れた臨界電流密度を有すると共に大きいｎ値を有し、１０Ｔを超える高い磁場を発生するＮｂ３Ｓｎ超電導線材が実現でき、こうした超電導線材では、コンパクト且つ低コストのＮＭＲマグネット、加速器用マグネット、核融合用マグネット等を実現する上で有用なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、超電導線材製造用複合材を伸線加工するときに素材の構成部材であるＮｂまたはＮｂ基合金（以下、「Ｎｂ基合金」で代表することがある）が不均一変形を生じる原因について様々な角度から検討した。その結果、その製造工程の履歴に起因して、特定の集合組織が形成され、これが不均一変形の原因になることを突き止めた。即ち、Ｎｂ基合金は再結晶しにいくものであることから、こうした現象が顕著に生じるものと考えられた。また、たとえ再結晶しても、生成した再結晶集合組織に起因して、伸線加工前に断面が円形であってもその円形が崩れ、角形や菱形のような断面になる傾向がある。
【００２１】
上記Ｎｂ基合金は、鋳造の段階で断面が円形若しくは矩形状の状態で鋳片とされ、その後の加工（熱間加工や冷間加工）の段階で、断面が角形や菱形或は楕円状となるような加工が行なわれ、最終的に円形断面若しくは矩形状断面の素材として複合材料の素材とされるのであるが、こうした製造工程で供給されたものでは、断面形状の隅部となる部分（矩形では４箇所）に強い変形を受け、その部分が特に特定の集合組織が発達することになる。そして、こうした集合組織部分では、変形しにくい状態となる、その結果、その後行なわれる伸線加工において、均一な加工が困難となり、断面形状が歪（いびつ）になると考えられた。
【００２２】
そこで、本発明者らは、不均一変形を避けることができる集合組織について鋭意研究を重ねた。その結果、断面内が中心に対して軸対称の集合組織を有する場合には、伸線加工後期となっても断面が矩形若しくは菱形となることがなく、円形若しくは略円形を維持したまま伸線が継続できることが判明した。尚、上記「略円形」とは、真円に至らずとも真円に近い形状を含むことは勿論のこと、断面六角形状をも含む趣旨である。
【００２３】
本発明で希望する集合組織は軸対称なものであるが、こうした集合組織を得るに当っては、鋳込み（鋳造）の段階で断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造すると共に、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置を用いて加工を行なうようにすれば良い。即ち、製造工程を通じて、常に断面が軸対称を受ける加工（断面が円形を維持する加工）を実施すれば、上記集合組織が発達することが判明したのである。特に、加工（熱間加工および冷間加工）を行なうに際しては、最終断面形状が円形若しくは略円形になれば良いというのでなく、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されることが好ましい。尚、本発明における熱間加工は、熱間圧延や熱間鍛造等を含み、冷間加工は冷間圧延や冷間鍛造等を含むものである。
【００２４】
本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒（以下、「Ｎｂ基合金棒」で代表することがある）においては、その平均結晶粒径が５〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜５０μｍである。この結晶粒径は、加工性に影響を与えるものであり、この平均結晶粒径が５μｍ未満になると、加工硬化が激しくなって、伸線加時に割れが発生し易くなる。一方、平均結晶粒径が大きくなればなるほど加工性（延性）自体は良好になるのであるが、平均結晶粒径が１００μｍを超えると、表面性状が悪くなり（表面に凹凸が生じ易い）、複合部材としたときに隣接する部材との変形抵抗が大きくなって均一加工が困難になる場合がある。尚、鋳型の大きさ（径）が小さい場合、加工率をとれず、前記粒径よりも大きくなることがある。その場合には、長手方向に圧縮する据え込み鍛造を行なっても良い。
【００２５】
また、本発明のＮｂ基合金棒には、不可避的な不純物として、炭素、窒素、酸素および水素等が含まれることになるが、これらは侵入型固溶体を形成する元素（侵入型元素）であり、あまり多く含まれると加工硬化が高くなりすぎて、成形加工自体も困難になることがある。こうしたことから、これらの元素濃度は合計で２００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。一方、これらの濃度の下限については、特に限定するものではないが、２０ｐｐｍ以上とするのが好ましい。即ち、超電導線材は銅または銅合金との複合材であるので、上記元素の含有量が少なくなり過ぎると、周囲の銅または銅合金との変形抵抗差が大きく過ぎ、複合加工時に却ってソーセージング、リボン状変形といった不均一変形を誘発し、特性の劣化を引き起こす場合がある。
【００２６】
上記平均結晶粒径は、鋳造、圧延等の加工と焼鈍による調整によってその大きさを制御することができる。また、上記不純物濃度は、合金溶解時の高真空化、高真空中での繰り返し溶解等によってその低減を図ることができる。
【００２７】
本発明のＮｂ基合金棒には、必要によって、Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有することも有効である。これらの元素は、最終的に超電導特性（特に、臨界電流密度Ｊｃ）の向上に有効である。こうした効果を発揮させるためには、その含有量を０．１質量％以上とすることが好ましいが、２０質量％を超えて含有させると加工性が劣化することになる。
【００２８】
上記のようなＮｂ基合金棒を用いて超電導線材を製造することによって、フィラメントとなるＮｂ基合金の変形が円形に近い状態で均一に加工でき、断面内での電流分布を均一にすることができ、臨界電流密度Ｊｃやｎ値を改善することができる。また上記のように結晶粒径を適切に制御することによって、Ｎｂ基合金と隣接する部材との接触抵抗が低減され、フィラメント間でのカップリングを抑制して、超電導線材における交流ロスを低減することもできる。
【００２９】
上記のような超電導線材製造用Ｎｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当たっては、通常の手順に従えばよいが、例えば下記（ａ）〜（ｃ）の工程を含んで実施すれば良い。
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材料とする工程、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材料を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
この製造方法においては、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、例えばＣｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或はＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材（前記図１、２）とすることによってブロンズ法または内部拡散法に適用できるものとなる。また、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材（前記図３、４）とすることによって、粉末法またはチューブ法に適用できるものとなる。尚、粉末法を適用するに当っては、Ｓｎを主体とする粉末（例えば、Ｔａ−Ｓｎ粉末）を用いることになるがあるが、複合化するときのＳｎ基合金とはこうした粉末をも含む趣旨である。
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３１】
実施例１
内径が３００ｍｍの円筒状鋳型を用いてＮｂ棒を鋳造し、下記（Ａ）または（Ｂ）の条件にて最終径が１４ｍｍとなるまで圧延を行なった。このとき得られたＮｂ棒は、ＥＢ（エレクトロンビーム）による溶解条件制御、具体的には、ビームの強度、ビームの断面積、ビーム出力と溶解回数、および溶解時の真空度等を制御することによって不可避的不純物を低減したものであり、Ｃ：３０ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍ、Ｏ：２０ｐｐｍ、Ｈ：１０ｐｐｍである。圧延後のＮｂ棒における平均結晶粒径を測定したところ、いずれの条件で得られたものも１００μｍであった。
（Ａ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延後、圧延断面形状が楕円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ棒Ａ）
（Ｂ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ棒Ｂ）
【００３２】
上記各Ｎｂ棒（Ｎｂ棒Ａ、Ｂ）を用い（外径：１４ｍｍ、長さ：２００ｍｍ）、外径：６７ｍｍのＣｕ−１５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金に７本埋設して複合材を作製した（前記図１参照）。これらの複合材を、押出し、伸線加工により対辺が２ｍｍの断面六角形の線材（六角単芯線材）に加工した。
【００３３】
得られた六角単芯線を所定の長さに切断して６７３本束ね、外径：６８ｍｍ、内径：１６０ｍｍのＣｕ製管中に１．５ｍｍの厚みのＮｂ製拡散バリヤー層を配置した内側に配置して多芯型複合材とした。この複合材を、押出し、伸線加工によって最終線径が０．３ｍｍとなるように加工して超電導線材製造用前駆体線材とした。
【００３４】
これらの複合材を用いて、７００℃で１００時間のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃ、ｎ値および交流ロスを測定した。それらの結果を、下記表１に示す。
【００３５】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中で１８Ｔの外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を計測し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００３６】
［ｎ値の測定］
臨界電流を求めたのと同じ計測によって得られた（Ｉｃ−Ｖ）曲線において、０．１μＶ／ｃｍと１．０μＶ／ｃｍの間のデータを両対数表示し、その傾きとして求めた。尚、上記電流と電圧の関係は、経験的に下記（１）式のような近似式で表されるが、この式に基づいてｎの値（即ち、「ｎ値」）を求めたものである。
Ｖ＝Ｖｃ（Ｉｏｐ／Ｉｃ）ｎ…（１）
但し、ＩｏｐおよびＩｃは、夫々マグネットの運転電流、線材の臨界電流であり、ＶｃはＩｃを定義する基準電圧である。
【００３７】
［交流ロスの測定］
液体ヘリウム中で外部磁場を±３Ｔ掃引してピックアップコイル法により得られた磁化曲線の面積として求めた。
【００３８】
【表１】
【００３９】
この結果から明らかなように、本発明のＮｂ棒Ｂを用いて製造したものでは、良好な臨界電流Ｊｃおよびｎ値が得られており、しかも交流ロスも小さくなっていることが分かる。
【００４０】
実施例２
内径が３００ｍｍの円筒状鋳型を用いてＮｂ−７．５質量％Ｔａ合金棒を鋳造し、下記（Ｃ）または（Ｄ）の条件にて最終径が５５ｍｍとなるまで圧延を行なった。このとき得られたＮｂ棒は、ＥＢによる溶解条件を制御することによって不可避的不純物を低減したものであり、Ｃ：２０ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍ、Ｏ：３０ｐｐｍ、Ｈ：１０ｐｐｍである。圧延後のＮｂ合金棒における平均結晶粒径を測定したところ、いずれの条件で得られたものも１５０μｍであった。
（Ｃ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延後、圧延断面形状が矩形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ基合金棒Ｃ）
（Ｄ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ基合金棒Ｄ）
【００４１】
上記各Ｎｂ基合金棒（Ｎｂ棒Ｃ、Ｄ）を用い、穿孔加工によって外径：５５ｍｍ、内径：３０ｍｍのパイプ状部材に加工した（長さ：１５０ｍｍ）。
【００４２】
一方、Ｔａ粉末：Ｓｎ粉末＝６：５（原子比）となるように秤量し、これらをＶブレンダー中で約３０分間混合した。この混合粉末（原料粉末）に、真空中で９５０℃、１０時間熱処理を施した後粉砕した。この混合粉末に、Ｃｕ粉末；５質量％、Ｓｎ粉末：２５質量％添加して混合粉末とした。
【００４３】
得られた混合粉末を、前記パイプ状部材に充填して複合部材を作製した（前記図３参照）。これらの複合部材を、外径：６５ｍｍ、内径：３０ｍｍのＣｕ製ビレットに挿入して押し出しビレットを作製した。これを押出し、伸線加工により対辺が４ｍｍの断面六角形の線材（六角単芯線材）に加工した。
【００４４】
得られた六角単芯線を所定の長さに切断して１６３本束ね、外径：６５ｍｍ、内径：５８ｍｍのＣｕ製管中に配置して多芯型複合材料とした。この複合材料を、押出し、伸線加工によって最終線径が１．２ｍｍとなるように加工して超電導線材製造用前駆体線材とした。
【００４５】
これらの複合材料を用いて、６５０℃で２５０時間のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材について、実施例と同様にして臨界電流密度Ｊｃ、ｎ値および交流ロスを測定した。それらの結果を、下記表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
この結果から明らかなように、本発明のＮｂ基合金棒Ｄを用いて製造したものでは、良好な臨界電流密度Ｊｃおよびｎ値が得られており、しかも交流ロスも小さくなっていることが分かる。
【００４８】
また、鍛造断面形状が円形で大きさの異なる４つの鍛造型を準備し、大きな型から小さな型に段階的に順次径が小さくなるように繰り返し丸く叩いて鍛造してＮｂ棒を形成した。このように断面が円形の型で鍛造して円形状に形成されたＮｂ棒は、Ｎｂ材を回転させながら平型で叩いて径を小さくして円形状に鍛造されたＮｂ棒に比べて、良好な特性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ブロンズ法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図２】チューブ法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図３】内部拡散法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図４】粉末法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ Ｃｕ−Ｓｎ基合金マトリックス
２，９ ＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材
３，１０ ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ状部材
４，８ ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材
５，６ Ｃｕパイプ
７ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる母材
１１ 粉末コア部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造するための有用な方法、およびこうした製造方法で素材として用いられる超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒に関するものであり、殊に押出しや伸線加工時における加工上の不都合を発生させることなく、良好な超電導特性と共に大きいｎ値を示し、高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用なＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する方法およびそのためのＮｂまたはＮｂ基合金棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用いられる超電導マグネットについては発生磁場が高いほど分解能が高まることから、超電導マグネットは近年ますます高磁場化の傾向にある。
【０００３】
高磁場発生用超電導マグネットに使用される超電導線材としては、Ｎｂ３Ｓｎ線材が実用化されており、このＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造には主にブロンズ法が採用されている。このブロンズ法では、図１（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に、複数（図１では７）のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材２を埋設し、伸線加工することによって上記芯材２を細径化してフィラメントとし、この芯材２のフィラメントとブロンズ複合材を複数束ねて線材群となし、その外周に安定化の為の銅（安定化Ｃｕ）を配置した後伸線加工する。上記線材群を６００℃以上８００℃以下程度で熱処理（拡散熱処理）することにより、Ｎｂフィラメントとマトリックスの界面にＮｂ３Ｓｎ化合物層を生成する方法である。
【０００４】
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、チューブ法、内部拡散法および粉末法等も知られている。このうちチューブ法では、図２（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるチューブ（パイプ状部材）３の中にＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材４を配置し、これを必要に応じてＣｕパイプ５内に挿入等して伸線加工等の縮径加工を施した後、熱処理によってＮｂとＳｎを拡散反応させてＮｂ３Ｓｎを生成する方法である（例えば、特許文献１）。また加工性の観点から、芯材４とＮｂチューブ３の間にＣｕパイプ６を配置することがある（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、内部拡散法では、図３（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる母材７の中央部に、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材８を埋設すると共に、芯材８の周囲の母材７中に複数（この図では１５）のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材９を配置し、伸線加工した後、熱処理によって芯材８中のＳｎを拡散させ、芯材９中のＮｂと反応させることによってＮｂ３Ｓｎを生成させる方法である（例えば、特許文献３）。
【０００６】
一方、粉末法では、図４（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用複合材の模式図）に示すように、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシース（パイプ状部材）１０内に、少なくともＳｎを含む原料粉末（例えば、Ｔａ−Ｓｎ系粉末）を充填して粉末コア部１１を形成し、これを更にＣｕ製ビレット（図示せず）に挿入して複合材とし、この複合材を押出し、伸線加工等の縮径加工を施すことによって線材化した後、マグネット等に巻き線してから熱処理を施すことによってシースの内面側からＮｂ３Ｓｎ超電導相を成形する。
【０００７】
尚、前記図２〜４では、説明の便宜上単芯の複合材を示したが、実用上ではＣｕマトリックス中に複数本の単芯が配置された多芯の複合材の形で用いられるのが一般的である。
【０００８】
また、上記のような複合材を用いて、超電導線材を製造するに当って、Ｎｂ３Ｓｎ相内に、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素を含有させることも提案されている。こうした元素をＮｂ３Ｓｎ内に含有させることによって、これらの元素を含有しないＮｂ３Ｓｎ超電導線材と比べて、高磁場での超電導特性が向上するといわれている。Ｎｂ３Ｓｎ相内に上記の元素を含有させる手段として、例えば特許文献４には、内部拡散法においてＳｎ金属芯（前記図３の芯材８）に３０原子％以下、またはＮｂ金属芯（前記図３の芯材９）に５原子％以下のＴｉを含有させることによって、１５Ｔ（テスラ）以上の外部磁場中での臨界電流密度Ｊｃが向上できることが示されている。
【特許文献１】特開昭５２−１６９９７号公報 特許請求の範囲等
【特許文献２】特開平３−２８３２２０号公報 特許請求の範囲等
【特許文献３】特開昭４９−１１４３８９号公報 特許請求の範囲等
【特許文献４】特公平１−８６９８号公報 特許請求の範囲等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
超電導線材を製造する際には、その前駆体となる複合材を、押出しや伸線加工等の縮径加工（以下、「伸線加工」で代表することがある）を施して作製されるので、円形の断面を有する線材が汎用されることになる。また或る程度の加工を施した後に六角伸線という断面が六角形となる伸線を行い、その六角断面の素材を数本若しくは数値百本組み合わせて多芯型複合線材とし、これに対して更に伸線加工が行われる場合がある。伸線を行なう際に、その途中で加工性が悪くなった場合には中間焼鈍を施されることもある。このようにして、伸線加工前には数十〜数百ｍｍ程度であった断面が数ミクロン単位にまで伸線加工されることになる。
【００１０】
こうした加工率の高い伸線加工を実施するためには、素材断面が伸線加工に伴って均一に変形することが必要となる。上記したいずれの方法を実施するにしても、ＮｂやＮｂ基合金が構成素材（パイプ状部材または芯材）として用いられるが、加工率の高い伸線加工を施すと、複合材内のＮｂ若しくはＮｂ基合金が円形を保持できず、菱形や角形に変形するという現象が生じることがある。また構成素材として用いるＮｂやＮｂ基合金では、最終的な超電導線材の特性を向上させるという観点から、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素が添加される場合があるが、これらの元素の添加は加工性を却って低下させ、上記の現象を発生し易くすることにもなる。
【００１１】
こうした現象が発生すると、伸線途中で断線は起こる原因となり、或いは最終的に超電導線材としたときにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の低下やｎ値（超電導状態から常電導状態への転移の鋭さを示す指標となる値）の低下、更には交流ロスの増大といった問題が発生することがある。
【００１２】
こうしたことから、断面の形状変化が起こらないように伸線率を調整すること、即ち断面積が小さい伸線素材と準備して比較的低い加工率でも加工することによって、上記のような不都合の発生を回避することが行なわれている。しかしながら、こうした方法では、製造効率が極めて悪いものとなることから、大面積の伸線素材を用いた場合であっても変改を生じることなく、良好な加工が実現できるような技術の確立が望まれているのが実情である。
【００１３】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を製造するときに用いるＮｂまたはＮｂ基合金における加工性を良好にすることのできるＮｂまたはＮｂ基合金棒、およびこのようなＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いて良好な超電導特性（特に臨界電流密度およびｎ値）を発揮する超電導線材を製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成することのできた本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒とは、超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものである点に要旨を有するものである。
【００１５】
本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒においては、上記熱間加工若しくは冷間加工を行なうに際して、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されたものが好ましい。
【００１６】
また、本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒においては、（ａ）結晶粒径が５〜１００μｍ（より好ましくは５〜５０μｍ）である、（ｂ）炭素、窒素、酸素および水素よりなる群から選ばれる１種または２種以上の元素の濃度が２００ｐｐｍ以下である、（ｃ）Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有する、等の要件を満足することが好ましい。
【００１７】
一方、上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、上記のような超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当り、
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材とする工程と、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
を含んでなる点に要旨を有するものである。
【００１８】
この製造方法においては、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、Ｃｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とすることによって、ブロンズ法または内部拡散法に適用できるものとなる。また、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とすることによって、粉末法またはチューブ法に適用できるものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超電導線材製造用複合材を伸線加工するときの形状を考慮し、熱間加工または冷間加工の段階にてその見合った形状に作製することによって、異方性が解消され、良好な均一加工ができるＮｂまたはＮｂ基合金棒が得られ、こうした棒材を素材として用いて超電導線材を製造することによって、優れた臨界電流密度を有すると共に大きいｎ値を有し、１０Ｔを超える高い磁場を発生するＮｂ３Ｓｎ超電導線材が実現でき、こうした超電導線材では、コンパクト且つ低コストのＮＭＲマグネット、加速器用マグネット、核融合用マグネット等を実現する上で有用なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、超電導線材製造用複合材を伸線加工するときに素材の構成部材であるＮｂまたはＮｂ基合金（以下、「Ｎｂ基合金」で代表することがある）が不均一変形を生じる原因について様々な角度から検討した。その結果、その製造工程の履歴に起因して、特定の集合組織が形成され、これが不均一変形の原因になることを突き止めた。即ち、Ｎｂ基合金は再結晶しにいくものであることから、こうした現象が顕著に生じるものと考えられた。また、たとえ再結晶しても、生成した再結晶集合組織に起因して、伸線加工前に断面が円形であってもその円形が崩れ、角形や菱形のような断面になる傾向がある。
【００２１】
上記Ｎｂ基合金は、鋳造の段階で断面が円形若しくは矩形状の状態で鋳片とされ、その後の加工（熱間加工や冷間加工）の段階で、断面が角形や菱形或は楕円状となるような加工が行なわれ、最終的に円形断面若しくは矩形状断面の素材として複合材料の素材とされるのであるが、こうした製造工程で供給されたものでは、断面形状の隅部となる部分（矩形では４箇所）に強い変形を受け、その部分が特に特定の集合組織が発達することになる。そして、こうした集合組織部分では、変形しにくい状態となる、その結果、その後行なわれる伸線加工において、均一な加工が困難となり、断面形状が歪（いびつ）になると考えられた。
【００２２】
そこで、本発明者らは、不均一変形を避けることができる集合組織について鋭意研究を重ねた。その結果、断面内が中心に対して軸対称の集合組織を有する場合には、伸線加工後期となっても断面が矩形若しくは菱形となることがなく、円形若しくは略円形を維持したまま伸線が継続できることが判明した。尚、上記「略円形」とは、真円に至らずとも真円に近い形状を含むことは勿論のこと、断面六角形状をも含む趣旨である。
【００２３】
本発明で希望する集合組織は軸対称なものであるが、こうした集合組織を得るに当っては、鋳込み（鋳造）の段階で断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造すると共に、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置を用いて加工を行なうようにすれば良い。即ち、製造工程を通じて、常に断面が軸対称を受ける加工（断面が円形を維持する加工）を実施すれば、上記集合組織が発達することが判明したのである。特に、加工（熱間加工および冷間加工）を行なうに際しては、最終断面形状が円形若しくは略円形になれば良いというのでなく、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されることが好ましい。尚、本発明における熱間加工は、熱間圧延や熱間鍛造等を含み、冷間加工は冷間圧延や冷間鍛造等を含むものである。
【００２４】
本発明のＮｂまたはＮｂ基合金棒（以下、「Ｎｂ基合金棒」で代表することがある）においては、その平均結晶粒径が５〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜５０μｍである。この結晶粒径は、加工性に影響を与えるものであり、この平均結晶粒径が５μｍ未満になると、加工硬化が激しくなって、伸線加時に割れが発生し易くなる。一方、平均結晶粒径が大きくなればなるほど加工性（延性）自体は良好になるのであるが、平均結晶粒径が１００μｍを超えると、表面性状が悪くなり（表面に凹凸が生じ易い）、複合部材としたときに隣接する部材との変形抵抗が大きくなって均一加工が困難になる場合がある。尚、鋳型の大きさ（径）が小さい場合、加工率をとれず、前記粒径よりも大きくなることがある。その場合には、長手方向に圧縮する据え込み鍛造を行なっても良い。
【００２５】
また、本発明のＮｂ基合金棒には、不可避的な不純物として、炭素、窒素、酸素および水素等が含まれることになるが、これらは侵入型固溶体を形成する元素（侵入型元素）であり、あまり多く含まれると加工硬化が高くなりすぎて、成形加工自体も困難になることがある。こうしたことから、これらの元素濃度は合計で２００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。一方、これらの濃度の下限については、特に限定するものではないが、２０ｐｐｍ以上とするのが好ましい。即ち、超電導線材は銅または銅合金との複合材であるので、上記元素の含有量が少なくなり過ぎると、周囲の銅または銅合金との変形抵抗差が大きく過ぎ、複合加工時に却ってソーセージング、リボン状変形といった不均一変形を誘発し、特性の劣化を引き起こす場合がある。
【００２６】
上記平均結晶粒径は、鋳造、圧延等の加工と焼鈍による調整によってその大きさを制御することができる。また、上記不純物濃度は、合金溶解時の高真空化、高真空中での繰り返し溶解等によってその低減を図ることができる。
【００２７】
本発明のＮｂ基合金棒には、必要によって、Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有することも有効である。これらの元素は、最終的に超電導特性（特に、臨界電流密度Ｊｃ）の向上に有効である。こうした効果を発揮させるためには、その含有量を０．１質量％以上とすることが好ましいが、２０質量％を超えて含有させると加工性が劣化することになる。
【００２８】
上記のようなＮｂ基合金棒を用いて超電導線材を製造することによって、フィラメントとなるＮｂ基合金の変形が円形に近い状態で均一に加工でき、断面内での電流分布を均一にすることができ、臨界電流密度Ｊｃやｎ値を改善することができる。また上記のように結晶粒径を適切に制御することによって、Ｎｂ基合金と隣接する部材との接触抵抗が低減され、フィラメント間でのカップリングを抑制して、超電導線材における交流ロスを低減することもできる。
【００２９】
上記のような超電導線材製造用Ｎｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当たっては、通常の手順に従えばよいが、例えば下記（ａ）〜（ｃ）の工程を含んで実施すれば良い。
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材料とする工程、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材料を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
この製造方法においては、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、例えばＣｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或はＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材（前記図１、２）とすることによってブロンズ法または内部拡散法に適用できるものとなる。また、円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材（前記図３、４）とすることによって、粉末法またはチューブ法に適用できるものとなる。尚、粉末法を適用するに当っては、Ｓｎを主体とする粉末（例えば、Ｔａ−Ｓｎ粉末）を用いることになるがあるが、複合化するときのＳｎ基合金とはこうした粉末をも含む趣旨である。
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３１】
実施例１
内径が３００ｍｍの円筒状鋳型を用いてＮｂ棒を鋳造し、下記（Ａ）または（Ｂ）の条件にて最終径が１４ｍｍとなるまで圧延を行なった。このとき得られたＮｂ棒は、ＥＢ（エレクトロンビーム）による溶解条件制御、具体的には、ビームの強度、ビームの断面積、ビーム出力と溶解回数、および溶解時の真空度等を制御することによって不可避的不純物を低減したものであり、Ｃ：３０ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍ、Ｏ：２０ｐｐｍ、Ｈ：１０ｐｐｍである。圧延後のＮｂ棒における平均結晶粒径を測定したところ、いずれの条件で得られたものも１００μｍであった。
（Ａ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延後、圧延断面形状が楕円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ棒Ａ）
（Ｂ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ棒Ｂ）
【００３２】
上記各Ｎｂ棒（Ｎｂ棒Ａ、Ｂ）を用い（外径：１４ｍｍ、長さ：２００ｍｍ）、外径：６７ｍｍのＣｕ−１５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金に７本埋設して複合材を作製した（前記図１参照）。これらの複合材を、押出し、伸線加工により対辺が２ｍｍの断面六角形の線材（六角単芯線材）に加工した。
【００３３】
得られた六角単芯線を所定の長さに切断して６７３本束ね、外径：６８ｍｍ、内径：１６０ｍｍのＣｕ製管中に１．５ｍｍの厚みのＮｂ製拡散バリヤー層を配置した内側に配置して多芯型複合材とした。この複合材を、押出し、伸線加工によって最終線径が０．３ｍｍとなるように加工して超電導線材製造用前駆体線材とした。
【００３４】
これらの複合材を用いて、７００℃で１００時間のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃ、ｎ値および交流ロスを測定した。それらの結果を、下記表１に示す。
【００３５】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中で１８Ｔの外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を計測し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００３６】
［ｎ値の測定］
臨界電流を求めたのと同じ計測によって得られた（Ｉｃ−Ｖ）曲線において、０．１μＶ／ｃｍと１．０μＶ／ｃｍの間のデータを両対数表示し、その傾きとして求めた。尚、上記電流と電圧の関係は、経験的に下記（１）式のような近似式で表されるが、この式に基づいてｎの値（即ち、「ｎ値」）を求めたものである。
Ｖ＝Ｖｃ（Ｉｏｐ／Ｉｃ）ｎ…（１）
但し、ＩｏｐおよびＩｃは、夫々マグネットの運転電流、線材の臨界電流であり、ＶｃはＩｃを定義する基準電圧である。
【００３７】
［交流ロスの測定］
液体ヘリウム中で外部磁場を±３Ｔ掃引してピックアップコイル法により得られた磁化曲線の面積として求めた。
【００３８】
【表１】
【００３９】
この結果から明らかなように、本発明のＮｂ棒Ｂを用いて製造したものでは、良好な臨界電流Ｊｃおよびｎ値が得られており、しかも交流ロスも小さくなっていることが分かる。
【００４０】
実施例２
内径が３００ｍｍの円筒状鋳型を用いてＮｂ−７．５質量％Ｔａ合金棒を鋳造し、下記（Ｃ）または（Ｄ）の条件にて最終径が５５ｍｍとなるまで圧延を行なった。このとき得られたＮｂ棒は、ＥＢによる溶解条件を制御することによって不可避的不純物を低減したものであり、Ｃ：２０ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍ、Ｏ：３０ｐｐｍ、Ｈ：１０ｐｐｍである。圧延後のＮｂ合金棒における平均結晶粒径を測定したところ、いずれの条件で得られたものも１５０μｍであった。
（Ｃ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延後、圧延断面形状が矩形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ基合金棒Ｃ）
（Ｄ）圧延断面形状が円形の圧延装置で４パス熱間圧延（Ｎｂ基合金棒Ｄ）
【００４１】
上記各Ｎｂ基合金棒（Ｎｂ棒Ｃ、Ｄ）を用い、穿孔加工によって外径：５５ｍｍ、内径：３０ｍｍのパイプ状部材に加工した（長さ：１５０ｍｍ）。
【００４２】
一方、Ｔａ粉末：Ｓｎ粉末＝６：５（原子比）となるように秤量し、これらをＶブレンダー中で約３０分間混合した。この混合粉末（原料粉末）に、真空中で９５０℃、１０時間熱処理を施した後粉砕した。この混合粉末に、Ｃｕ粉末；５質量％、Ｓｎ粉末：２５質量％添加して混合粉末とした。
【００４３】
得られた混合粉末を、前記パイプ状部材に充填して複合部材を作製した（前記図３参照）。これらの複合部材を、外径：６５ｍｍ、内径：３０ｍｍのＣｕ製ビレットに挿入して押し出しビレットを作製した。これを押出し、伸線加工により対辺が４ｍｍの断面六角形の線材（六角単芯線材）に加工した。
【００４４】
得られた六角単芯線を所定の長さに切断して１６３本束ね、外径：６５ｍｍ、内径：５８ｍｍのＣｕ製管中に配置して多芯型複合材料とした。この複合材料を、押出し、伸線加工によって最終線径が１．２ｍｍとなるように加工して超電導線材製造用前駆体線材とした。
【００４５】
これらの複合材料を用いて、６５０℃で２５０時間のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材について、実施例と同様にして臨界電流密度Ｊｃ、ｎ値および交流ロスを測定した。それらの結果を、下記表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
この結果から明らかなように、本発明のＮｂ基合金棒Ｄを用いて製造したものでは、良好な臨界電流密度Ｊｃおよびｎ値が得られており、しかも交流ロスも小さくなっていることが分かる。
【００４８】
また、鍛造断面形状が円形で大きさの異なる４つの鍛造型を準備し、大きな型から小さな型に段階的に順次径が小さくなるように繰り返し丸く叩いて鍛造してＮｂ棒を形成した。このように断面が円形の型で鍛造して円形状に形成されたＮｂ棒は、Ｎｂ材を回転させながら平型で叩いて径を小さくして円形状に鍛造されたＮｂ棒に比べて、良好な特性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ブロンズ法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図２】チューブ法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図３】内部拡散法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【図４】粉末法に適用される複合材を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ Ｃｕ−Ｓｎ基合金マトリックス
２，９ ＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材
３，１０ ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ状部材
４，８ ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材
５，６ Ｃｕパイプ
７ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる母材
１１ 粉末コア部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものであることを特徴とする超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項２】
熱間加工または冷間加工を行なうに際して、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されてなる請求項１に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項３】
平均結晶粒径が５〜１００μｍである請求項１または２に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項４】
炭素、窒素、酸素および水素よりなる群から選ばれる１種または２種以上の元素の濃度が２００ｐｐｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項５】
Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有するものである請求項１〜４に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当り、
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材とする工程と、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
を含んでなることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法。
【請求項７】
円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或はＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とするブロンズ法または内部拡散法が適用される請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは略円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とする粉末法またはチューブ法が適用される請求項６に記載の製造方法。
【請求項１】
超電導線材を製造するために用いられるＮｂまたはＮｂ基合金棒であって、断面が円形若しくは略円形である鋳型にて鋳造した後、断面形状が円形若しくは略円形である加工装置によって熱間加工または冷間加工し、円柱若しくは略円柱状に形成されたものであることを特徴とする超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項２】
熱間加工または冷間加工を行なうに際して、全工程を円形若しくは略円形に維持されるように形成されてなる請求項１に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項３】
平均結晶粒径が５〜１００μｍである請求項１または２に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項４】
炭素、窒素、酸素および水素よりなる群から選ばれる１種または２種以上の元素の濃度が２００ｐｐｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項５】
Ｔｉ，Ｔａ，ＺｒおよびＨｆよりなる群から選択される１種または２種以上を０．１〜２０質量％含有するものである請求項１〜４に記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒を用いてＮｂ３Ｓｎ系超電導線材を製造するに当り、
（ａ）前記熱間加工または冷間加工された円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或いはＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して超電導線材製造用複合材とする工程と、
（ｂ）前記複合化された超電導線材製造用複合材を、縮径加工して線材化して超電導線材製造用前駆体線材とする工程と、
（ｃ）前記超電導線材製造用前駆体線材を熱処理して超電導相を形成する工程と、
を含んでなることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法。
【請求項７】
円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と、或はＣｕ−Ｓｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とするブロンズ法または内部拡散法が適用される請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
円柱若しくは略円柱状のＮｂまたはＮｂ基合金棒を用い、これを円筒状若しくは略円筒状に加工した後、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金およびＳｎ若しくはＳｎ基合金と複合化して前記超電導線材製造用複合材とする粉末法またはチューブ法が適用される請求項６に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１４１７９６（Ｐ２００７−１４１７９６Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３７８２１（Ｐ２００５−３３７８２１）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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