Mechanical tests on the welding part of SS316LN after heat treatment for NbSn superconducting conductor

NbSn超伝導体の熱処理を受けるSS316LN溶接部の機械試験

工藤 祐介; 逆井 章; 濱田 一弥; 高野 克敏*; 中嶋 秀夫; 奥野 清; 松川 誠; 玉井 広史 ; 石田 真一

Kudo, Yusuke; Sakasai, Akira; Hamada, Kazuya; Takano, Katsutoshi*; Nakajima, Hideo; Okuno, Kiyoshi; Matsukawa, Makoto; Tamai, Hiroshi; Ishida, Shinichi

本研究の目的は現在設計を進めている超伝導磁石システムを用いたトカマク型核融合装置JT-60SCにおいて、センターソレノイドに用いるケーブルインコンジット型のNbSn導体のコンジット材料SUS316LNに、汎用オーステナイト系ステンレスワイヤが適用可能であるかを解明することである。4Kで引張試験,破壊靱性試験,疲労き裂進展試験を溶接材について実施し、熱処理(923K240時間)の有無で比較評価した。熱処理を施した溶接材の引張特性はJT-60SCの要求を満足した。疲労き裂進展試験は9.010e4回の運転要求を十分に保障した。しかし、熱処理を受けた溶接材の破壊靱性値は不安定にき裂が進展したために有効な値にならなかった。ゆえに、熱処理を受けた溶接材の破壊靱性の改善がセンターソレノイドコンジットにおける構造健全性の向上に必要である。

Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) has a plan to construct a tokamak fusion device called JT-60SC in which superconducting magnet system will be used. The objectives of this study are to clarify applicability of conventional austenitic stainless steel wire for the SS316LN to the conduit material of the Nb3Sn cable-in-conduit conductor for the central solenoid (CS) of JT-60SC. Tensile properties, fracture toughness and fatigue crack growth rate of both as-weld and aged (923 K 240 hours) weld metals were evaluated at 4 K. The measured tensile properties of aged weld metal satisfied the requirement of JT-60SC. Fatigue crack growth property was enough to ensure the required operation cycles of 9.0 10e4. However, fracture toughness of aged weld metal could not be validated due to unstable crack extension. It was concluded that improvement of fracture toughness after aging was required to ensure the structural integrity of the CS conduit.