ITER中心ソレノイド導体用のコンジットの開発

Development of conduits for the ITER central solenoid conductor

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; 高野 克敏; 堤 史明; 奥野 清; 藤綱 宣之*; 手島 修*

Hamada, Kazuya; Nakajima, Hideo; Kawano, Katsumi; Takano, Katsutoshi; Tsutsumi, Fumiaki; Okuno, Kiyoshi; Fujitsuna, Nobuyuki*; Teshima, Osamu*

ITER中心ソレノイド(CS)用超伝導導体に使用するコンジット材は、低熱収縮率特性,高強度及び高靱性が要求され、650C240時間のNbSn超伝導生成熱処理(時効処理)に耐える必要がある。原子力機構が開発した高マンガン(Mn)鋼JK2は、上述の特性を満たす候補材料と考えられるが、高温での加工特性及び時効処理後の靭性の劣化を改善する必要があった。このため、これらの特性を改善した低炭素・ボロン添加型JK2(JK2LB)を開発した。JK2LB鋼をコンジットに使用するためには、冷間加工及び時効処理が機械強度に及ぼす影響を把握して、化学成分範囲や製造方法に反映する必要がある。本研究では、まず化学成分を変えたJK2LBサンプルに冷間加工を加え、機械特性の変化を測定し、コンジットに適した化学成分範囲を決定した。次に、JK2LB鋳造インゴットの内部品質を調査し、これを反映して素材の溶製工程の合理化を図った。さらに、最適な結晶粒径を得るための溶体化熱処理温度を調査した。以上の研究によって、冷間加工や時効処理が加えても、ITERの要求特性(耐力900MPa以上,破壊じん性(K(J)130MPa以上)を満たすコンジットの製作に成功した。

Japan Atomic Energy Agency has developed JK2LB conduit for the NbSn conductor of the ITER Central Solenoid. Mechanical requirements for the CS conductor conduit are 0.2% yield strength of more than 900 MPa and fracture toughness K (J) of more than 130 MPa after a compaction and aging heat treatment (650 C, 240 hours). In the previous work, aged JK2LB conduit has shown high strength and fracture toughness enough to satisfy the requirements. As a next step, work was performed to determine specification of the JK2LB conduit taking account of cold work including compaction and winding, and to simplify its fabrication process. To simulate the cold work effect and aging, mechanical tests were performed at 4.2 K on laboratory scale (20-30kg) ingot samples. It was found that the sum of carbon and nitrogen content should be in a range from 0.11% to 0.18% to achieve the ITER mechanical requirements. To obtain a grain size of conduit as well as that of small ingot sample, applicable solution heat treatment temperature and holding time were studied. In order to simplify the billet production process, we confirmed internal metallurgical qualities of JK2LB cast ingot. Since significant segregation was not observed, we could exclude an electroslag remelting process. Based on above achievements, full size JK2LB conduits were fabricated and satisfied the ITER mechanical requirements.