Ниобий в слитках НбШ0 в Минске

Ниобий в слитках НбШ0 — технические характеристики и применение

Ниобий в слитках НбШ0 — это вакуумно-дуговой или электронно-лучевой переплавленный металл высокой чистоты, соответствующий требованиям ТУ 48-4-209-72. Марка НбШ0 относится к категории «шнурового» ниобия с минимальным содержанием примесей внедрения — кислорода, азота, углерода и водорода. Суммарное содержание металлических примесей в слитках НбШ0 не превышает 0,1 %, что обеспечивает стабильность физико-механических свойств при последующей деформационной и термической обработке.

Слитки НбШ0 поставляются в виде цилиндрических заготовок диаметром от 80 до 200 мм, длиной до 1000 мм, с обточенной или ободранной поверхностью. Структура слитка — крупнокристаллическая, с размером зерна, зависящим от режима переплава. Металл характеризуется температурой перехода в сверхпроводящее состояние 9,2 К, что делает его базовым материалом для производства сверхпроводящих кабелей и резонаторов ускорителей.

Химический состав и нормируемые примеси

Основное отличие слитков НбШ0 от технических марок Нб1 и Нб2 — ужесточённые лимиты на газовые примеси и тугоплавкие металлы. Содержание кислорода в НбШ0 не превышает 0,01 %, азота — 0,01 %, углерода — 0,01 %. Концентрация тантала, вольфрама и молибдена, которые ухудшают сверхпроводящие характеристики, ограничена на уровне 0,02–0,05 % по каждому элементу.

Физико-механические свойства слитков НбШ0

Ниобий НбШ0 в литом состоянии демонстрирует предел прочности 240–280 МПа, предел текучести — 170–200 МПа, относительное удлинение — 25–30 %. Твёрдость по Бринеллю составляет 80–110 HB. Металл обладает высокой пластичностью при комнатной температуре, что позволяет подвергать слитки ковке, прокатке и волочению без предварительного подогрева. При температурах ниже –100 C пластичность сохраняется, что важно для криогенных применений.

Температура плавления ниобия НбШ0 — 2468 C, плотность — 8,57 г/см. Коэффициент теплового расширения в диапазоне 20–1000 C составляет 7,1 10 К. Теплопроводность при 20 C — 53,7 Вт/(мК). Удельное электросопротивление при комнатной температуре — 15,2 мкОмсм, при 4,2 К в нормальном состоянии — 3,0 мкОмсм. Отношение остаточных сопротивлений RRR для НбШ0 составляет не менее 150, что подтверждает высокую чистоту металла.

Технологические особенности переработки

Слитки НбШ0 предназначены для последующего переплава в заготовки под прокатку и ковку. Рекомендуемая температура начала деформации — 1100–1200 C, температура окончания — не ниже 800 C. При горячей деформации не требуется защитная атмосфера, однако нагрев следует проводить в печах с окислительной средой минимальной продолжительности во избежание насыщения кислородом. Для получения листов и лент толщиной менее 0,5 мм применяют холодную прокатку с промежуточными вакуумными отжигами при 1000–1100 C.

Сварка слитков НбШ0 и изделий из них выполняется электронно-лучевым или аргонодуговым методом в среде особо чистого аргона. Зона сварного шва по чистоте не уступает основному металлу при условии предварительной зачистки поверхности. Не рекомендуется применять контактную сварку из-за риска охрупчивания шва вследствие поглощения газов.

Применение слитков НбШ0

Слитки НбШ0 используются в отраслях, где критически важна чистота металла и воспроизводимость свойств:

• производство сверхпроводящих резонаторов для линейных ускорителей заряженных частиц;
• изготовление сверхпроводящих магнитов для МРТ-томографов и исследовательских установок;
• выплавка прецизионных ниобиевых сплавов с титаном и цирконием для аэрокосмической техники;
• производство химической аппаратуры, работающей в агрессивных средах при высоких температурах;
• изготовление мишеней для ионного распыления в микроэлектронике;
• производство конденсаторной фольги с высокой удельной ёмкостью.

Для каждого применения критически важна аттестация партии по химическому составу и механическим свойствам. Слитки НбШ0 сопровождаются сертификатом качества с указанием фактического содержания примесей, результатов контроля макроструктуры и данных ультразвукового контроля на отсутствие внутренних дефектов.

Вопросы и ответы