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Development of low carbon and boron added 22Mn-13Cr-9Ni-1Mo-0.24N steel (JK2LB) for jacket which undergoes Nb$$_{3}$$Sn heat treatment

ニオブスズ生成熱処理を受けるジャケットのための低カーボン-ボロン添加22Mn-13Cr-9Ni-1Mo-0.24N鋼(JK2LB)の開発

中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 高野 克敏*; 奥野 清; 藤綱 宣之*

Nakajima, Hideo; Hamada, Kazuya; Takano, Katsutoshi*; Okuno, Kiyoshi; Fujitsuna, Nobuyuki*

ITERの中心ソレノイド(CS)コイルの導体ジャケットにステンレス鋼を使用することは、ニオブスズ生成熱処理において、Incoloy908のSAGBO割れを防止するための特殊な環境管理を必要とせず、製作の観点からの合理化が可能となる。原研は、室温からの4KへのJK2の熱収縮がIncoloyとほとんど同じであるJK2を開発した。このため、CSの機械的設計の変更は不要である。しかしながら、熱処理の間、不純物のリンは結晶粒界に炭化物の析出を促進し、脆化させる問題がある。リンの脆性効果を緩和する有効な手段としては、低炭素化とボロン添加が考えられるので、この観点からの研究を開始した。低炭素化及びボロン添加したJK2を製作し、中間的ビレットと最終的形状であるジャケットから切り取られたサンプルを使用して、引張強さ,破壊靭性、及び亀裂生長率の測定を行った。その結果、熱処理後4Kにおける伸びと破壊靭性はジャケットでは33%と91MPam$$^{0.5}$$、中間的ビレットでは31%, 123MPam$$^{0.5}$$となり、ITER目標を満たした。溶着金属についても機械的特性が測定され、目標を満たした。以上により、低炭素化とボロン添加は、延性と靱性の改善に有効であり、ITER CSのジャケット材料にJK2LBを適用することが可能であることを実証した。

In ITER, the conductor for the Central Solenoid (CS) uses Incoloy 908, which requires special environment control to prevent cracks caused by Stress Accelerated Grain Boundary Oxidation (SAGBO) during Nb3Sn heat treatment. Use of a stainless steel jacket can simplify the design and fabrication because the special caution is not required for SAGBO. JAERI has already developed high manganese, JK2, whose thermal contraction from 300K to 4 K is almost the same as that of Incoloy: thus no change in the mechanical design of the CS is necessary. However, during the heat treatment, phosphorus enhances embrittlement of JK2. Carbon reduction and boron addition was considered to be a possible solution to mitigate the phosphorus effect. Jackets of low carbon and boron added JK2(JK2LB) were produced and tensile properties, fracture toughness, and crack propagation rate were measured at 4K. Elongation and fracture toughness at 4K after the heat treatment are 33% and 91 MPam$$^{0.5}$$ for the final jacket, which satisfy the ITER targets. JK2LB can be applied to the ITER CS.

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パーセンタイル:77.02

分野:Engineering, Electrical & Electronic

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