TWI605130B - Titanium composites and titanium materials for hot rolling - Google Patents

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Kenichi Mori
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Description

鈦複合材以及熱軋用鈦材
本發明有關一種鈦複合材以及熱軋用鈦材。
鈦材於耐蝕性、耐氧化性、耐疲勞性、耐氫脆性、中子遮斷性等之特性方面堪稱良好。此等特性可藉由於鈦中添加各種合金元素而達成。
處理核能發電關連設備等之放射性廢棄物的設備中，使用可遮蔽熱中子之中子線遮蔽板。中子遮蔽效果，以天然之B之中存在19.9%的硼10(10B)為最高。一般係使用含有B之不鏽鋼等作為中子線遮蔽板之素材。
日本特公昭58-6704號公報(專利文獻1)中，曾揭示一種中子線遮斷材，其係將富水鎂硼石(2MgO．3B2O2．13H2O)、三斜硼鈣石(Moyerhofferit,3CaO．3B2O2．7H2O)、硬硼鈣石(2CaO．3B2O2．5H2O)等之含結晶水的硼酸鹽骨材、及半水石膏、鋁酸鈣系水泥等之無機接著劑，與水混練成型而成之硬化成形體，含有5質量%以上之B。然而，專利文獻1所揭示之中子線遮蔽材係由水泥所構成，因此在耐蝕性、製造性、甚至在加工 性之層面有其問題。
將較不鏽鋼耐蝕性為優異之含B鈦合金使用於中子線遮斷材此舉，也已由業界所研討。例如，日本特公平1-168833號公報(專利文獻2)中，曾揭示使用以質量%計含有0.1~10%之B，而其餘部分由鈦及不可避免之雜質所構成之含硼鈦合金的熱軋板。
另外，日本特開平5-142392號公報(專利文獻3)中，曾揭示一種在中空狀金屬殼體內，填充含硼物(NaB4O7、B2O3或PbO、Fe2O3等)的流動物及於其中混入的金屬氧化物所成之固化狀態的放射線遮蔽材。根據專利文獻3，主要利用硼、氫來遮斷中子線，且利用殼體及其中之金屬等來遮斷γ射線。
鈦材一般係利用以下所示之方法製造。首先，以克羅爾(Kroll)法將作為原料之氧化鈦氯化而形成四氯化鈦之後，以鎂或鈉還原之，藉而以塊狀製造海綿狀之金屬鈦(海綿鈦)。將此一海綿鈦壓製成形而形成為鈦消耗電極，將該鈦消耗電極作為電極進行真空電弧熔解而製造鈦錠。此時，因應必要添加合金元素而製造鈦合金錠。而後，將鈦合金錠分塊、鍛造、輥軋而形成鈦扁胚，然後進而將鈦扁胚熱軋、退火、酸洗、冷軋以及真空熱處理而製造鈦薄板。
又，作為鈦薄板之製造方法，已有將鈦錠分塊、氫化粉碎、脫氫、粉末碎解以及分級而製造鈦粉末，並將鈦粉末作粉末輥軋、燒結及冷軋而予製造之方法為人 所知。
日本特開2011-42828號公報(專利文獻4)中，曾揭示一種並非自鈦錠而是由海綿鈦直接製造鈦粉末，並自所獲得之鈦粉末製造鈦薄板之方法，為此，此鈦薄板之製造方法係將含鈦金屬粉、黏結劑、可塑劑、溶劑之黏性組成物成形為薄板狀之燒結前成形體予以燒結而製造燒結薄板，將該燒結薄板壓密而製造燒結壓密薄板，並將該燒結壓密薄板再燒結，其中使燒結薄板之破斷伸長量為0.4%以上，使密度比為80%以上，並使燒結壓密板之密度比為90%以上。
日本特開2014-19945號公報(專利文獻5)中，曾揭示一種於以鈦合金邊角料或鈦合金錠為原料之鈦合金粉中，適量添加鐵粉、鉻粉或銅粉而形成為複合粉，將該複合粉作碳鋼包封擠壓，並將所獲得之圓棒之表面的包封溶解除去後，進而進行溶體化處理、或溶體化處理及時效處理，而以粉末法製造品質優異之鈦合金的方法。
日本特開2001-131609號公報(專利文獻6)中，曾揭示一種將海綿鈦粉末填充於銅製包封後，於擠壓比1.5以上、擠壓溫度700℃以下實施溫間擠壓加工而成形，並實施將外側之銅除去的外周加工，而使成形體之粒界的全長之內20%以上為金屬接觸之鈦成形體製造方法。
於將熱軋素材予以熱軋時，當熱軋素材為純鈦或鈦合金般之因熱間延性不足以致熱間變形阻力值高之所謂難加工材的情形下，作為將其等輥軋成薄板之技術， 疊板輥軋方法業已為人所知。疊板輥軋方法，係指將加工性不良之鈦合金等之芯材以加工性良好之價廉的碳鋼等之被覆材被覆而予熱軋之方法。
具體而言，例如係在芯材之表面塗佈剝離劑，至少將其上下二面以被覆材被覆，或是於上下面以外將其四周面以間隔材覆蓋，並將其四周熔接組合後再進行熱軋。疊板輥軋中，係將作為被輥軋材之芯材以被覆材被覆再進行熱軋。因此，芯材表面不會與冷態媒體(大氣或輥)直接接觸，而可抑制芯材之溫度降低，故而即使是加工性不佳之芯材亦能夠製造薄板。
日本特開昭63-207401號公報(專利文獻7)中，曾揭示一種密閉被覆箱之組合方法；日本特開平09-136102號公報(專利文獻8)中，曾揭示一種在設為10-3Torr等級以上之真空度下將被覆材密封而製造密閉被覆箱之方法；再者，日本特開平11-057810號公報(專利文獻9)中，曾揭示一種以碳鋼(被覆材)被覆而在10-2Torr等級以下之真空下利用高能量密度熔接進行密封，而製造密閉被覆箱之方法。
另一方面，作為將耐蝕性高的素材廉價地製造之方法，已知的是將鈦材接合於作為母材之素材表面的方法。
日本特開平08-141754號公報(專利文獻10)中，曾揭示一種作為母材使用鋼材且作為疊層材使用鈦或鈦合金，將母材與疊層材之接合面真空排氣之後予以 熔接組合形成輥軋用組合扁胚，將此扁胚以熱軋接合之鈦包層鋼板的製造方法。
日本特開平11-170076號公報(專利文獻11)中，曾揭示一種於含有0.03質量%以上之碳的母材鋼材之表面上，介隔以由純鎳、純鐵及碳含量為0.01質量%以下之低碳鋼中之任一者所構成的厚度20μm以上之插入材而積層配置鈦箔材之後，自其積層方向之任一方側照射雷射光束，而將鈦箔材之至少緣部附近遍及全周與母材鋼材熔融接合，藉而製造鈦被覆鋼材之方法。
日本特開2015-045040號公報(專利文獻12)中，曾例示一種稠密狀鈦素材(鈦鑄塊)之形成方法，其係將成形為鑄塊狀之多孔質鈦原料(海綿鈦)的表面，於真空下使用電子射束熔解而製造表層部為稠密狀鈦的鈦鑄塊，並將其熱軋及冷軋，而以非常少之能量製造稠密狀鈦素材(鈦鑄塊)；此稠密狀鈦素材(鈦鑄塊)具備由多孔質鈦原料成形為鑄塊狀而成之多孔質部、及以稠密狀鈦構成且被覆多孔質部的所有表面之稠密被覆部。
日本特開昭62-270277號公報(專利文獻13)中，曾記載利用熔射進行汽車用引擎構件之表面效果處理。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]特公昭58-6704號公報
[專利文獻2]特公平1-168833號公報
[專利文獻3]日本特開平5-142392號公報
[專利文獻4]日本特開2011-42828號公報
[專利文獻5]日本特開2014-19945號公報
[專利文獻6]日本特開2001-131609號公報
[專利文獻7]日本特開昭63-207401號公報
[專利文獻8]日本特開平09-136102號公報
[專利文獻9]日本特開平11-057810號公報
[專利文獻10]日本特開平08-141754號公報
[專利文獻11]日本特開平11-170076號公報
[專利文獻12]日本特開2015-045040號公報
[專利文獻13]日本特開昭62-270277號公報
專利文獻2所揭示之熱軋板，由於B含量高，因此成本之上升不可否認，而且加工性也非屬良好，作為中子線遮蔽板使用實際上有所困難。
再者，專利文獻3所揭示之放射線遮蔽材，係於金屬製之殼體材之中填充含硼物而成者，然含硼物填充後之加工困難。
先前，於經由熱間加工製造鈦材時，係將海綿鈦壓製成形形成為鈦消耗電極，並將該鈦消耗電極作為電極進行真空電弧熔解而製造鈦錠，然後進而將該鈦錠分 塊、鍛造、輥軋而形成鈦扁胚，再將該鈦扁胚熱軋、退火、酸洗、冷軋而完成製造。
此一情形下，一定要追加將鈦熔解而製造鈦錠之步驟。按將鈦粉末予以粉末輥軋、燒結、及冷軋而進行製造之方法雖也屬既知，但自鈦錠製造鈦粉末之方法，畢竟還是要追加將鈦熔解之步驟。
於自鈦粉末製造鈦材之方法中，即使未經熔解步驟，由於仍是以高價之鈦粉末作為原料使用，因此所獲得之鈦材變得非常高價。專利文獻7~專利文獻8所揭示之方法亦相同。
疊板輥軋中，由被覆材被覆之芯材無論如何都是扁胚或錠，其經由熔解步驟，或以高價之鈦粉末為原料，無法降低製造成本。
專利文獻12中，可以非常少之能量製造稠密狀鈦素材，然其係規定將成形為鑄塊狀之海綿鈦的表面熔解，且稠密狀鈦表層部及內部之成分為同種之純鈦或鈦合金，例如，藉由只於表層部將鈦合金層均一且遍及廣範圍地形成，無法謀求製造成本之降低。
另一方面，可製造價廉之耐蝕素材的於母材之表面接合以鈦或鈦合金而成之素材，作為母材大多是選擇鋼。因此，表面之鈦層若是失去則有損耐蝕性。假設母材亦採用鈦材，只要是使用經由一般之製造步驟所製造之鈦材，無法期待根本性之成本改善。因此，本發明人等乃考量到於工業用純鈦或鈦合金所構成之扁胚的表層設置含 有特定之合金元素的合金層，而獲得價廉且特定性能優異之鈦材。
如專利文獻13般，熔射係將金屬、陶瓷等熔融，並噴至鈦材表面而形成皮膜之方法。根據此一方法形成皮膜時，皮膜中之氣孔的形成無可避免。通常，於熔射時為了避免皮膜之氧化，係一面以惰性氣體屏蔽一面進行熔射。此等惰性氣體會捲入皮膜之氣孔內。內含如此之惰性氣體的氣孔，以熱間加工等不會壓著。又，鈦之製造中，一般係實施真空熱處理，然於此處理時，氣孔內之惰性氣體會膨脹以致皮膜有剝離之虞。根據本發明人等之經驗，熔射所生之氣孔的存在率(空隙率)為數vol.%以上，依熔射條件還有大於10vol.%之情形。如此，皮膜內之空隙率高的鈦材，於製造步驟中會有剝離之危險性，而且還會有加工時之破裂等缺損發生之虞。
作為皮膜之形成方法，有一種為冷噴法。根據此一方法，於表面形成皮膜之情形亦然，使用惰性之高壓氣體。根據此一方法，依其條件雖可將空隙率設為小於1vol.%，但將氣孔之發生完全防止極為困難。而且，與熔射之情況相同，氣孔中內含惰性氣體，因此即使借助後續之加工也不會消滅。又，於真空中施以熱處理之情況下，氣孔內之惰性氣體會膨脹，以致皮膜有破裂之顧慮。
為了抑制熱軋時之表面瑕疵，作為使用電子射束熔融扁胚之表層並予再凝固之處理，有一種是熔融再凝固處理。通常，熔融再凝固之表層，係由熱軋後之酸洗 步驟除去。因此，先前之熔融再凝固處理中，針對表層部之合金成分的偏析完全未考慮。
是以，本發明人等乃思及於工業用純鈦或鈦合金所構成之扁胚的表面上，貼附含有特定之合金元素的鈦板，並將所得物用作為熱軋用素材，而據以獲得價廉且特定性能優異之鈦材。
本發明之目的在於藉由降低為了提升中子遮斷性而添加之合金元素的含量(為了表現目標特性之特定的合金元素之使用量)，且抑制鈦材之製造成本，而價廉地獲得具備所期望之中子遮斷性的鈦複合材以及熱軋用鈦材。
本發明係為解決上述課題而開發完成，係以下述之鈦複合材以及熱軋用鈦材為其要旨。
(1)一種鈦複合材，具備：內層，其含有工業用純鈦或鈦合金；表層，其形成於前述內層之至少一方的輥軋面上，具有與前述內層不同之化學組成；及中間層，其形成於前述內層與前述表層之間，具有與前述內層不同之化學組成；而且前述表層，其厚度為2μm以上，且占總厚度之比率每個單面之層為40%以下； 前述表層部之化學組成，以質量%計為：B：0.1~3.0%、及其餘部分：鈦及雜質；前述中間層之厚度為0.5μm以上。
(2)如上述(1)之鈦複合材，其中前述內層的輥軋面以外之面上，形成有其他之表層；前述其他之表層具有與前述表層相同之化學組成。
(3)一種熱軋用鈦材，具備：母材，其含有工業用純鈦或鈦合金；表層材，其接合於前述母材之至少一方的輥軋面；及熔接部，其接合前述母材與前述表層材之周圍；而且前述表層材具有與前述母材不同之化學組成，且以質量%計為：B：0.1~3.0%、及其餘部分：鈦及雜質；前述熔接部將前述母材與前述表層材之界面自外氣遮斷。
(4)如上述(3)之熱軋用鈦材，其中前述母材的輥軋面以外之面上，接合有其他之表層材；前述其他之表層材具有與前述表層材相同之化學組 成。
(5)如上述(3)或(4)之熱軋用鈦材，其中前述母材包含直接鑄造扁胚。
(6)如上述(5)之熱軋用鈦材，其中前述直接鑄造扁胚，其表面之至少一部分形成有熔融再凝固層。
(7)如上述(6)之熱軋用鈦材，其中前述熔融再凝固層之化學組成與前述直接鑄造扁胚的板厚中心部之化學組成不同。
本發明相關之鈦複合材，具備：含有工業用純鈦或鈦合金之內層、以及具有與內層不同的化學組成之表層，因此與整體為相同鈦合金所構成之鈦材比較，具有同等之中子遮斷性，然而能夠價廉地製造。
1、2‧‧‧鈦複合材
3、4‧‧‧表層
5‧‧‧內層
6‧‧‧母材(扁胚)
7、8‧‧‧表層材(鈦板)
9‧‧‧熔接部
第1圖為表示本發明相關之鈦複合材的構成之一例的說明圖。
第2圖為表示本發明相關之鈦複合材的構成之一例的 說明圖。
第3圖為示意性表示藉由將鈦矩形鑄片與鈦板在真空中熔接，而予貼合的說明圖。
第4圖為示意性表示藉由不僅於鈦矩形鑄片之表面而且又於其側面上將鈦板熔接，而予貼合的說明圖。
第5圖為表示熔融再凝固之方法的說明圖。
第6圖為表示熔融再凝固之方法的說明圖。
第7圖為表示熔融再凝固之方法的說明圖。
本發明人等，為了解決上述課題，藉由僅將最終製品之鈦板的表層合金化，而減少表現中子遮斷性之特定之合金元素的使用量，且為了抑制鈦材之製造成本，而展開銳意研討之結果，終而發現一種將含有工業用純鈦或鈦合金之母材與具有與母材不同的化學組成之表層材，以將其等之界面自外氣遮斷之方式，將該母材及表層材之周圍熔接而成之熱軋用鈦材。將該熱軋用鈦材熱間加工所得之鈦複合材，可成為價廉地具有優異之中子遮斷性的鈦材。
本發明係基於上述知識及見解而完成者。以下，茲將本發明相關之鈦複合材以及其熱軋用之鈦材，一面參照圖面一面說明。又，以下之說明中，有關各元素之含量的「%」，如未特別異議，均是指「質量%」。
1.鈦複合材 1-1.整體構成
如第1、2圖所示，鈦複合材1、2具備：含有工業用純鈦或鈦合金之內層5、形成於內層5之至少一方的輥軋面且具有與內層5不同的化學組成之表層3、4、以及形成於內層5與表層3、4之間且具有與內層5不同的化學組成之中間層(圖示省略)。又，於第1、2圖所示之例子中，所表示的是於內層5之一方或兩方的輥軋面形成表層之例子，也可在內層5的輥軋面以外之面(第1、2圖所示之例子中為側面)上設置其他之表層(圖示省略)。以下，針對表層、內層、中間層依序說明。
表層之厚度若是過薄，則無法充分獲得所期望之特性。另一方面，若是過厚則鈦複合材整體中鈦合金所占的比率會增大，成本優勢將會減小。因此，其厚度設為2μm以上，且占總厚度之比率設為就每個單面之層為40%以下。
1-2.表層 (厚度)
表層之中，與外部環境相接之表層的厚度若是過薄，則無法充分獲得中子線遮蔽效果。另一方面，表層厚的情形下，中子線遮蔽效果雖可提升，但素材整體中鈦合金所占的比率增大，因此製造成本上升。表層之厚度宜為5μm以上，更令人滿意的是10μm以上。相對鈦複合材1 之總厚度的表層之厚度的比率，每個單面之層係設為40%以下，更令人滿意的是30%以下。特別好的是設為5~40%。
(化學成分)
本發明相關之鈦複合材1之中，為了使表層具備中子線遮蔽效果而含有合金元素。以下茲將添加元素之選擇理由及其添加量範圍之限定理由詳細說明。
B：0.1~3.0%
B之中，10B存在19.9%，此10B之熱中子之吸收截面積大，中子線之遮蔽效果大。B含量若小於0.1%，則無法充分獲得中子線遮蔽效果，B含量若是超過3.0%，則有引起熱軋時破裂以及加工性劣化之虞。
此處，含有B之鈦合金，可藉由於鈦中添加B或TiB2等之硼化物而製作。此外，若使用H3 10BO3、10B2O10B4C等之10B濃縮含硼素材(10B含量大致為90%以上)，則即使B含量少而中子線遮蔽效果仍大，因此極為有效。
於使用H3 10BO3、10B2O、10B4C之情形下，合金層中H及O亦會濃化，但H於真空退火等之熱處理時會自素材脫除不會成為問題，O及C若為在工業用純鈦中所含之上限以下之0.4質量%O以下、0.1質量%C以下的話，可無問題地進行製造。
上述以外之其餘部分為雜質。作為雜質，可以不妨害中子線遮斷性之範圍含有，其他之雜質主要包括自邊角料混入之作為雜質元素的Cr、Ta、Al、V、Cr、Nb、Si、Sn、Mn、Mo及Cu等，與一般之雜質元素即C、N、Fe、O及H合計，總量若為5%以下可容許。
(用途)
於粒子線治療、BNCT(硼中子捕捉療法)等之放射線療法之設施中，使用B含量為3.0~4.0質量%、板厚為10~100mm之聚乙烯材料。又，核能關連設備中，核燃料貯存用架中係使用B含量0.5~1.5質量%、板厚4.0~6.0mm之不鏽鋼板。藉由使用表層之B含量及厚度(B濃化層厚度)經調整之鈦複合材1，可發揮與上述材料同等或其以上之特性。
1-3.內層
內層5含有工業用純鈦或鈦合金。例如，內層5若使用工業用純鈦，則與整體含有相同之鈦合金的鈦材比較，室溫下之加工性優異。
又，此處所稱之工業用純鈦，包括JIS規格之1種~4種、以及與其對應之ASTM規格之Grade1~4、DIN規格之3.7025、3.7035、3.7055所規定之工業用純鈦。亦即，本發明中作為對象之工業用純鈦，例如含有：C：0.1%以下、H：0.015%以下、O：0.4%以下、N： 0.07%以下、Fe：0.5%以下、其餘部分之Ti。
又，除了特定之性能以外，於供使用於亦被要求強度之用途時，內層5可使用鈦合金。藉由提高表層之B含量且將內層5以鈦合金構成，可大幅降低合金成本且可獲得高強度。
形成內層5之鈦合金，因應必要之用途，可使用α型鈦合金、α+β型鈦合金、β型鈦合金之任何一種。
此處，作為α型鈦合金，可使用例如高耐蝕性合金(ASTM Grade 7,11,16,26,13,30,33或是與其等對應之JIS種或進而少量含有各種元素之鈦材)、Ti-0.5Cu、Ti-1.0Cu、Ti-1.0Cu-0.5Nb、Ti-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nb、Ti-0.5Al-0.45Si、Ti-0.9Al-0.35Si、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si等。
作為α+β型鈦合金，可使用例如Ti-6Al-4V、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-7V、Ti-3Al-5V、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-1Fe-0.35O、Ti-1.5Fe-0.5O、Ti-5Al-1Fe、Ti-5Al-1Fe-0.3Si、Ti-5Al-2Fe、Ti-5Al-2Fe-0.3Si、Ti-5Al-2Fe-3Mo、Ti-4.5Al-2Fe-2V-3Mo等。
再者，作為β型鈦合金，可使用例如Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr、 Ti-10V-2Fe-3Mo、Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn、Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al、Ti-20V-4Al-1Sn、Ti-22V-4Al等。
惟，若是內層5之0.2%耐力大於1000MPa，則加工性惡化，例如在彎曲加工時有發生破裂之虞。因此，令人滿意的是，使用於內層5之鈦以及鈦合金，其0.2%耐力在1000MPa以下。
1-4.中間層
本發明之鈦複合材，在前述內層與前述表層之間具備中間層。亦即，後述之熱軋用鈦材，雖係於母材貼附表層材並將周圍熔接而成者，但在其後之熱軋加熱時以及冷軋後之熱處理步驟中，母材與表層材之界面處會產生擴散，而在最終加工成鈦複合材時，上述來自母材之內層與來自上述表層材之表層之間乃形成中間層。此一中間層，具有與母材之化學組成不同之化學組成。此一中間層與上述內層及上述表層金屬鍵結而強固地接合。又，由於在中間層產生連續之元素梯度，因此可緩和上述內層與上述表層之強度差，而抑制加工時之破裂。
又，中間層之厚度可利用EPMA或GDS來測定。若使用GDS則可作更詳細之測定。於GDS之情形下將表層作某種程度之研磨除去後，藉由進行自表面朝深度方向之GDS分析，可測定中間層之厚度。中間層係指將來自母材之增加含量(母材所不含之元素之情形下為其含 量，母材中亦含之元素之情形下為來自母材之含量的增加部分)設為CMID，將表層部之增加含量的平均設為CAVE時，於0<CMID≦0.8×CAVE之區域。
此一中間層之厚度係設為0.5μm以上。另一方面，中間層之厚度若是過大，則與其相應地表層之合金層變薄，而有無法表現效果之情形。因此，其上限宜設為15μm。
2.熱軋用鈦材
本發明之熱軋用鈦材，係供給熱間加工之素材(扁胚、中胚、小胚等之鑄片)，熱間加工後，再因應必要施以冷間加工、熱處理等而加工成鈦複合材。以下，使用圖面說明本發明之熱軋用鈦材。又，以下之說明中，有關各元素之含量之「%」係指「質量%」。
2-1.整體構成
第3圖係將母材(鈦矩形鑄片、扁胚)6與表層材(鈦板)7於真空中熔接而貼合予以示意性表示之說明圖，第4圖係不僅於母材(鈦矩形鑄片、扁胚)6之表面(輥軋面)且於側面(輥軋面以外之面)亦將表層材(鈦板)7、8熔接而貼合予以示意性表示之說明圖。
本發明中，如第3、4圖所示，於母材即扁胚6之表面貼合含有可表現中子遮斷性之合金元素的鈦板7、8後，利用熱軋包層法接合而將鈦複合材1、2之表層 合金化。
於製造第1圖所示之鈦複合材1的情形下，如第3圖所示可只於扁胚6之單面在真空中貼合鈦板7即可，而於扁胚6之另一單面上不貼附鈦板7即進行熱軋。
如第4圖所示，除扁胚6之單面以外又可於另一單面上貼合鈦板7。藉此，如上所述可抑制熱軋步驟中之之熱軋瑕疵的發生。
再者，於製造第2圖所示之鈦複合材2的情形下，如第4圖所示，於扁胚6之兩個輥軋面貼合含有合金元素之板即可。
再者，如第4圖所示，可針對熱軋時成為邊緣側之扁胚6的側面，亦與輥軋面相同於真空中貼合同一規格之鈦板8進行熔接。
亦即，於熱軋中，通常扁胚6被施加輾軋，因而扁胚6之側面之至少一部分將迂迴至熱軋板之表面側。因此，若扁胚6之側面的表層之組織粗大，或是存在多數之缺陷時，則熱軋板之寬度方向的兩端附近之表面會有發生表面瑕疵之可能性。因此，藉由於扁胚6之側面亦將鈦板8於真空中貼合及熔接，可有效防止熱軋板之寬度方向的兩端附近之表面發生表面瑕疵。
又，熱軋時扁胚6之側面的迂迴量，依製造方法雖有不同，但通常為20~30mm之程度，因此無須於扁胚6之側面全面貼附鈦板8，於與依製造方法之迂迴量相當的部分貼附鈦板8即可。
2-2.表層材
於製造鈦複合材1、2時，為了除去因熱軋所形成之氧化層，熱軋後乃經由噴砂-酸洗之步驟而進行製造。然而，於此一步驟之際，若是熱軋包層所形成之表層遭到除去，則無法表現所期望之中子遮斷特性。
又，鈦複合材1、2之表層的厚度若是變得過薄，則將變得無法表現目標之中子遮斷性特性。另一方面，表層之厚度若是過厚，則相應地製造成本會增加。由於鈦複合材1、2具有與使用目的配合之表層的厚度即可，因此作為素材使用之鈦板7、8的厚度並無特別限定之必要，然以扁胚6之厚度的5~40%之範圍為宜。
作為表層材(鈦板)，係使用於前述鈦複合材之表層的項目中所說明之具有特定化學組成之鈦板。特別令人滿意的是，有關鈦板之化學組成，為了抑制熱軋所致之板破斷，以與上述母材相同之成分為基本，將其調整成在其中含有特定之元素的成分。特別要注意下述各點。
作為表層材，使用含有0.1%以上且3%以下之B的鈦合金板。具體言之，令人滿意的是，有關表層材之化學組成，為了抑制熱軋所致之板破斷，以與上述母材相同之成分為基本，將其調整成在其中含有0.1%以上且3%以下之B的成分。又，為了良好地確保熱間冷間下之加工性，可為Ti-0.1~3%B合金。
此一含B鈦合金板，可藉由於鈦中添加B、 TiB2等之硼化物而製造。此外，若使用H3 10BO3、10B2O、10B4C等之10B濃縮含硼素材(10B含量大致為90%以上)，則即使表層3、4之B添加量少而鈦複合材1、2仍具有大的中子線遮蔽效果，極為有效。
於使用H3 10BO3、10B2O、10B4C之情形下，合金層中H、O、C亦會濃化，但H於真空退火等之熱處理時會自素材脫除，因此不會成為問題，O或C若是工業用純鈦所含之上限以下的0.4%O以下、0.1%C以下，則可無問題地進行製造。
2-3.母材(扁胚)
作為母材，係使用前述鈦複合材之內層的項目所說明之工業用純鈦或鈦合金。特別是母材宜使用直接鑄造扁胚。直接鑄造扁胚，可為表面之至少一部分形成有熔融再凝固層者。又，也可為於直接鑄造扁胚之表面實施熔融再凝固處理時添加特定之元素，而形成有熔融再凝固層者，此熔融再凝固層具有與直接鑄造扁胚之板厚中心部不同的化學組成。
2-4.熔接部
於扁胚6之當作輥軋面的表面上，貼合含有合金元素之鈦板7後，於真空容器內，至少將周圍以熔接部9熔接，藉而將扁胚6與鈦板7、8之間真空密閉而與外氣遮斷，並藉由輥軋而將扁胚6與鈦板7、8貼合。於扁胚6 上貼合鈦板7、8後接合之熔接部，係以將扁胚6與鈦板7、8之界面自大氣遮斷的方式，例如如第3、4圖所示般之將全周熔接。
鈦為活性金屬，因此若放置於大氣中則表面將形成強固之鈍態皮膜。將此表面部之氧化濃化層除去不可能。然而，與不鏽鋼等不同，氧易於固溶於鈦，因此若是在真空中密閉而於自外部不供給氧的狀態下被加熱，則表面之氧會擴散至內部而固溶，因此表面形成之鈍態皮膜會消滅。因此，扁胚6與其表面之鈦板7、8，可於其間不產生夾雜物等之情形下，由熱軋包層法完全密接。
再者，作為扁胚6若使用鑄造後原狀之扁胚，起因於凝固時生成之粗大的結晶粒，於其後之熱軋步驟中會發生表面瑕疵。相對於此，如本發明般之若於扁胚6之輥軋面貼合鈦板7、8，則因貼合之鈦板7具有微細之組織，因此還可抑制熱軋步驟之表面瑕疵。
3.熱軋用鈦材之製造方法 3-1.母材之製造方法
熱軋用鈦材之母材，通常，係將錠利用分解形成為扁胚或小胚形狀後，再切削精整而製造。又，近年以來，也有於錠製造時，製造可直接熱軋之矩形扁胚供熱軋之情形。利用分解而製造之情形下，因分解之故表面形成為較平坦，而易於將含合金元素之素材較均一地散布，易於使合金相之元素分布均一。
另一方面，於鑄造時若以直接製造成熱軋用素材之形狀的鑄塊(直接鑄造扁胚)作為母材使用的情形下，因可省略切削精整步驟，故可更價廉地製造。又，於鑄塊製造後，將其表面切削精整後再予使用的話，可期待經由分解而製造之情形下相同之效果。本發明中，若於表層安定地形成有合金層即可，可配合狀況選擇適切之素材。
較佳的是，例如組合完成扁胚並將其周圍熔接後，予以加熱於700~850℃進行10~30%之接合輥軋，而後以β域溫度進行3~10小時加熱使母材成分擴散至表層部之後，再進行熱軋。這是因為，藉由於β域溫度下進行熱軋，變形阻力變低而易於輥軋所致。
作為母材使用之直接鑄造扁胚，可為表面之至少一部分形成有熔融再凝固層者。又，也可為於直接鑄造扁胚之表面實施熔融再凝固處理時添加特定之元素，而形成有熔融再凝固層者，此熔融再凝固層具有與直接鑄造扁胚之板厚中心部不同的化學組成。以下，針對熔融再凝固處理詳細說明。
第5~7圖均是表示熔融再凝固之方法的說明圖。作為將熱軋用鈦材之母材表面予以熔融再凝固的方法，包括雷射加熱，電漿加熱、感應加熱、電子射束加熱等，任一種方法均屬可行。特別是於電子射束加熱之情形下，由於係在高真空中進行，於熔融再凝固處理時，即使該層中形成孔隙等，由於為真空，因此可藉由而後之輥軋 而壓著無害化。
再者，由於能量效率高，即使將大面積處理也可深層地予以熔融，因此特別適於鈦複合材之製造。於真空中熔融之情形下的真空度，令人滿意的是3×10-3Torr以下之更高的真空度。又，有關將熱軋用鈦材之表層熔融再凝固的次數，並無特別限制。惟，次數愈多則處理時間愈長而導致成本增加，因此令人滿意的是1次至2次。
表層之熔融再凝固法，於為矩形之扁胚之情形下，係如第5圖所示般之實施。具體言之，針對矩形扁胚10之外表面之中，至少成為熱軋步驟之輥軋面(與熱軋輥相接之面)的寬幅之二面10A、10B照射電子射束，只令該面之表面層熔融。此處首先針對該二面10A、10B中一方之面10A實施。
此處，如第5圖所示，對於矩形鑄片10之面10A的一台電子射束照射槍12所為之電子射束的照射區域14之面積，通常較待照射面10A之全面積額外地小出甚多，因此，實際上通常係一面將電子射束照射槍12連續移動或是將矩形鑄片10連續移動，一面進行電子射束照射。此一照射區域，藉由調整電子射束之焦點、或是使用電磁透鏡令小射束高頻振動(Oscillation)而形成射束流，藉而可調整其形狀或面積。
另外，如第5圖中之箭頭A所示，針對將電子射束照射槍12連續移動者，進行以下之說明。又，電子射束照射槍之移動方向並未特別限定，一般係沿矩形鑄 片10之長度方向(通常為鑄造方向D)或寬度方向(通常為與鑄造方向D垂直之方向)連續移動，就前述照射區域14之寬度W(圓形射束或射束流之情形下，直徑W)連續作帶狀照射。進而針對與其相鄰之未照射帶狀區域則於逆向(或同向)一面將照射槍12連續移動一面帶狀地進行電子射束照射。又依情況之別，也可使用複數個照射槍，同時就複數個區域同時進行電子射束照射。第5圖中係表示沿矩形鑄片10之長度方向(通常為鑄造方向D)將矩形射束連續移動之情形。
藉由如此般之表層加熱處理步驟對矩形鈦鑄片10之表面(面10A)照射電子射束，將其表面加熱成熔融狀的話，如第6圖之中央偏左所示，矩形鈦鑄片10之面10A的表面層，係以響應入熱量之深度被最大地熔融。然而，相對電子射束之照射方向自垂直方向之深度如第7圖所示並非一定，電子射束照射之中央部為最大深度，愈往帶狀之端部其厚度愈是減少而成為下凸之彎曲形狀。
又，較其熔融層16更靠鑄片內部側之區域亦然，因電子射束照射所帶來之熱影響而溫度上升，成為純鈦之β變態點以上之溫度的部分(熱影響層=HAZ層)變態成β相。如是般之因表層加熱處理步驟之電子射束照射所帶來的熱影響而變態成β相之區域亦然，與熔融層16之形狀相同，成為下凸之彎曲形狀。
藉由將表層與含有目的之合金元素的素材一 起進行熔融再凝固，可將熱軋用素材表層合金化，而形成與母材不同之化學組成的合金層。作為此時所用之素材，可使用粉末、小片、線材、薄膜、切屑、網狀物中之一種以上。有關熔融前配置之材料之成分以及量，係以與素材表面一起熔融凝固後之元素濃化區域的成分成為目標成分之方式規定。
惟，此一添加之素材若是過大，則會成為合金成分的偏析之原因。而且，合金成分之偏析若是存在，將無法充分發揮所期望之性能，或是造成劣化提早發生。因此，重要的是鈦母材表面之被加熱部位於熔融狀態之期間之中，合金素材成為熔融終了之尺寸。又，重要的是於考慮特定時間之熔融部之形狀及寬廣程度後，將上述合金素材預先均等地配置於鈦母材表面。然而，在使用電子射束將照射位置連續移動之情形下，由於熔融部係與熔融之鈦及合金一起連續移動一面被攪拌，因此合金素材不一定有非得事先連續配置之必要。此外，當然必須要避免使用具有較鈦之熔點為極端高的熔點之合金素材。
熔融再凝固處理後，宜以100℃以上且小於500℃之溫度保持1小時以上。熔融再凝固後，若急劇冷卻，則因凝固時之應變而表層部有發生微細破裂之虞。於而後之熱軋步驟或冷軋步驟中，以該微細之破裂為起點，會有如同表層之剝離發生、局部合金層薄化部位發生等之中子遮斷性劣化之虞。又，因微細之破裂以致內部氧化時，則有以酸洗步驟予以除去之必要，而會進一步減少合 金層之厚度。藉由以上述之溫度進行保持，可抑制表面之微細的破裂。又，若是此一溫度，即使是大氣中保持也幾乎不會發生大氣氧化。
藉由於具備由熔融再凝固處理所形成之表層部的母材表面上貼附含有特定之合金成分的鈦板，可製造熱軋用鈦材。
3-2.熱軋包層法
熱軋用鈦材宜藉由熱軋包層法將周圍預先經熔接之扁胚6與鈦板7、8接合。
如第3、4圖所示，於扁胚6之表層貼附含有表現中子遮斷性之合金元素的鈦板7、8後，利用熱軋包層法予以接合，藉而將鈦複合材之表層合金化。亦即，對於扁胚6之當作輥軋面的表面上，貼合含有合金元素之鈦板7，較佳的是於真空容器內，至少將周圍以熔接部9熔接，藉而將扁胚6與鈦板7之間真空密閉，並藉由輥軋將扁胚6與鈦板7貼合。於扁胚6上將鈦板7貼合之熔接，係以扁胚6與鈦板7之間大氣不侵入之方式，例如如第3、4圖所示般之將全周熔接。
鈦為活性金屬，因此若放置於大氣中則表面將形成強固之鈍態皮膜。將此表面部之氧化濃化層除去不可能。然而，與不鏽鋼等不同，鈦之中氧易於固溶，若是真空中密閉而於自外部不供給氧的狀態下被加熱，則表面之氧會擴散至內部而固溶，因此表面形成之鈍態皮膜會消 滅。因此，扁胚6與其表面之鈦板7，可於其間不產生夾雜物等之情形下，由熱軋包層法完全密接
再者，作為扁胚6若是使用鑄造後原狀之扁胚，則起因於凝固時生成之粗大的結晶粒，於而後之熱軋步驟中會發生表面瑕疵。相對於此，如本發明般之若於扁胚6之輥軋面貼合鈦板7，則因貼合之鈦板7具有微細之組織，故而還可抑制熱軋步驟中之表面瑕疵。
如第3圖所示，不只於扁胚6之單面，也可於其兩面貼合鈦板7。藉此，如上述般可抑制熱軋步驟中之熱軋瑕疵的發生。熱軋之中，通常因扁胚6被輾軋過，扁胚6之側面的至少一部分會迂迴至熱軋板之表面側。因此，若是扁胚6之側面的表層之組織粗大，或是有多數之缺陷存在，則熱軋板之寬度方向的兩端附近之表面會有發生表面瑕疵之可能性。因此，如第4圖所示，宜於熱軋時之成為邊緣側的扁胚6之側面，亦與輥軋面相同地貼合同一規格之鈦板8予以熔接。藉此，可有效防止熱軋板之寬度方向之兩端附近的表面發生表面瑕疵。此一熔接宜在真空中進行。
又，熱軋時扁胚6之側面迂迴的量，雖依製造方法而不同，通常為20~30mm程度，因此並無在扁胚6之側面全面貼附鈦板8之必要，只在相當於依據製造方法之迂迴量的部分貼附鈦板8即可。熱軋以降，藉由進行高溫長時間退火，可將由來自母材之成分含入鈦複合材之內部。可例示的是例如700~900℃下進行30小時之熱 處理。
將扁胚6與鈦板7、8在真空中熔接之方法，包括電子射束熔接或電漿熔接等等。特別令人滿意是電子射束熔接於高真空下實施，藉而可將扁胚6與鈦板7、8之間設為高真空。令人滿意的是，將鈦板7、8於真空中熔接之情形下的真空度，設為3×10-3Torr以下之更高的真空度。
又，扁胚6與鈦板7之熔接，不一定非得要在真空容器內進行，例如，可於鈦板7之內部預先設置真空吸引用孔，將鈦板7與扁胚6重合後，一面利用真空吸引孔將扁胚6與鈦板7之間抽真空，一面將扁胚6與鈦板7熔接，且於熔接後封閉真空吸引孔。
作為包層乃於扁胚6之表面使用具有目的之合金元素的鈦板7、8，利用熱軋包層於鈦複合材1、2之表層形成合金層的情形下，表層之厚度或化學成分係依存於貼合前的鈦板7、8之厚度或合金元素之分布。當然，於製造鈦板7、8時，為了獲得最終必要之強度與延性，係於真空氛圍等之中實施退火處理，因此造成界面處之擴散，而使界面附近於深度方向生成濃度梯度。
然而，最終退火步驟所造成之元素的擴散距離為數μm左右，並非為合金層之厚度整體擴散，對於特別是中子遮斷性表現有所重要之表層附近的合金元素之濃度沒有影響。
因此，鈦板7、8整體之合金成分的均一性係 與特性之安定的表現息息相關。於熱軋包層之情形下，因可使用以製品製造之鈦板7、8，故板厚精度不消說，合金成分之偏析也易於控制，可製造具備表層之鈦複合材1、2，而此表層於製造後具有均一之厚度及化學成分，可表現安定之特性。
又，如上所述，鈦複合材1、2之表層與內層5之間不產生夾雜物，因此除了具有密接性以外，也不會成為破裂或疲勞等之起點。
3.鈦複合材之製造方法
將於扁胚表面貼附鈦板而形成之合金層作為最終製品殘留此舉有所重要，因而有必要儘可能抑制氧化皮膜損耗或表面瑕疵所造成之表面層的除去。具體而言，在考慮生產中所使用之設備的特性或能力之後，將下述般之熱軋步驟上之技術方案最適化並適當地採用而予達成。
4-1.加熱步驟
將熱軋用素材加熱時，藉由進行低溫短時間加熱可將氧化皮膜損耗抑制為低，但因鈦材熱傳導小，若於扁胚內部為低溫狀態下進行熱軋，還會有內部易於發生破裂之缺點，因此乃配合使用之加熱爐之性能或特性最適化以將皮膜之發生抑制於最小限度。
4-2.熱軋步驟
熱軋步驟中亦然，若是表面溫度過高，以致通過時皮膜會多量生成，氧化皮膜損耗增大。另一方面，若是過低則氧化皮膜損耗雖然減少，但表面瑕疵變得易於發生，因此利用後續步驟之酸洗予以除去乃為必要，令人滿意的是以可抑制表面瑕疵之溫度範圍進行熱軋。因此，令人滿意的是以最適溫度範圍進行輥軋。又，輥軋中因鈦材之表面溫度降低，故而令人滿意的是輥軋中之輥冷卻設為最小限度，而抑制鈦材之表面溫度的降低。
4-3.酸洗步驟
經熱軋之板，其表面有氧化層，因此具有以後續之步驟將氧化層除去之去皮膜步驟。鈦一般上主要是於噴砂後，以利用硝氟酸溶液之酸洗除去氧化層。又，依狀況而定，也有在酸洗後以磨石研磨而磨削表面之情形。去皮膜後，只要成為由來自熱軋用鈦材之母材及表層部之內層與表層所構成的2層或3層構造即可。
熱軋步驟所生成之皮膜厚，因此通常於作為酸洗處理之前處理進行噴砂處理而除去表面之皮膜的一部分之同時，會於表面形成裂痕，而於後續之酸洗步驟中造成液體浸透至裂痕，使得母材之一部分也一併除去。此時，進行不至於在母材表面生成裂痕之弱性噴砂處理乃為重要，有必要因應鈦材表面之化學成分選擇最適之噴砂條件。具體而言，例如藉由將適當之投射材之選擇或投射速度(以葉輪之轉速可調整)最適化，可選擇在母材上不生 裂痕之條件。此等條件之最適化係因扁胚表面所貼附之鈦板的特性而異，因此預先將最適條件分別決定即可。
以下，根據實施例將本發明更具體地說明，然本發明不受此等實施例之限定。
〔實施例1〕
以下，參照實施例，將本發明作更具體之說明。
將第1、2圖及表1所示之中子線遮蔽板，以第3、4圖所示之扁胚6及鈦板7、8作為素材，利用以下所示之熱軋包層製造。
首先，將作為素材之鈦錠6，利用電子射束熔解(EB熔解)、電漿電弧熔解(電漿熔解)使用矩形鑄模，或利用VAR熔解使用圓筒鑄模而製造。錠6之尺寸，圓柱錠6為直徑1200mm×長度2500mm，矩形錠6為厚度100mm×寬度1000mm×長度4500mm，種類為純鈦JIS1種、JIS2種、JIS3種、Ti-1Fe-0.35O、Ti-0.5Cu、Ti-1Cu、Ti-1Cu-0.5Nb、Ti-5Al-1Fe、Ti-3Al-2.5V、Ti-3Al-5V。
鑄造之錠6幾乎都是原狀，或在將錠6之表面的黑皮切削後，再進行鈦板7之貼合。其他的錠6係在分塊輥軋後進行切削，再進行鈦板7之貼合。
鈦板7之貼合，係將與錠或扁胚6之輥軋面同等之尺寸且各種厚度之Ti-B合金板重合(被覆)，並 將鈦板7之端部以電子射束熔接(約3×10-3Torr以下之真空度)進行熔接，而使鈦板7與錠(或扁胚)6之間以真空狀態密閉。
合金板之貼合，主要係針對輥軋面進行，製作僅於單面表面實施之二層構造者、以及對兩側表面實施之三層構造者兩種。針對表層(B濃化層)3、4，最終製品的總厚度中所占之每個單面之層的比率示於表1中，三層構造之中，係被調整成兩個表面之B濃化層具有相同厚度。板貼合中所使用之鈦板7係使用Ti-B合金板，其係藉由將事前利用TiB2或10B濃縮硼(H3 10BO3、10B2O10B4C)添加B並熔解的錠予以熱軋而製作。又，Ti-B合金板於熱軋後，係通過包含硝氟酸之連續酸洗線而進行去皮膜。
利用鐵鋼設備，將扁胚6以800℃加熱240分鐘後進行熱軋，製造厚度約4mm之帶狀捲(鈦複合材)1、2。藉由此一熱軋，將鈦複合材1、2之表層形成為Ti-0.1~3.8%B合金。
本實施例中，係扁胚6使用鈦合金之情形，於此情形下亦然，貼合之鈦板7係使用僅含Ti及B之Ti-0.1~3.8%B合金。
熱軋後之帶狀捲1、2，係通過含有硝氟酸之連續酸洗線去皮膜，而後，針對破裂之發生狀況進行目視觀察。又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將熱軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之 3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之B濃化層的比率及B濃化層的B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定500mm×500mm×4mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之工業用純鈦JIS1種與試驗片分別測定放射線當量，自其值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
結果係彙整於表1中。
No.1~No.8所示之比較例及實施例，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠(扁胚6)的情形。
No.1之比較例，作為鈦板7係使用與扁胚6同種類之純鈦JIS1種的情形。熱軋板未發生破裂，且彎曲試驗也無破裂發生。
No.2之比較例為中間層薄的情形。熱軋板中部分發生破裂，彎曲試驗也是破裂發生率高。
No.3之比較例，為表層3、4之厚度比率超過40%之情形。熱軋板中部分發生破裂，且彎曲試驗中破裂發生率也高。
No.4~7之實施例，係變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.8之實施例，係實施不只輥軋面而且長度方向之側面也貼合合金板實施的情形。表層3、4之厚度比率係在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量在0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。又，由於長度方向之側面貼合有合金板，起因於側面之迂迴的寬度方向端部之表面瑕疵也獲得減輕。
No.9~11之實施例，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、 4之厚度比率或B含量進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.12~14之實施例，係切削掉EB熔解錠之黑皮表面而使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.15~17之實施例，係切削掉電漿熔解錠之黑皮表面而使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.18~20之實施例，係將各種錠分塊輥軋後將表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.21~23之實施例，係於將各種錠鍛造之後將表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構 造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.24~37所示之實施例，係於將VAR錠分塊輥軋後將表面切削掉再使用，且作為內層5之種類使用各種鈦合金，並分別變更層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，本發明例中內層5所使用之合金，於事前以1.5mm厚之JIS13B試驗片進行拉伸試驗時，測得其0.2%耐力為1000MPa以下。
再者，以上述之手法評估之結果，No.1之比較例雖無法確認到中子線遮蔽效果，但No.4~37之實施例其任一例中子遮蔽效果均為1以上，可確認中子線遮蔽效果。
又，核燃料貯存用架中所使用之B含量為0.5%的不鏽鋼板(4mm厚)，中子遮蔽效果為23.7，No.11、13、17之實施例可獲得較此不鏽鋼板為高之中子線遮蔽效果。
〔實施例2〕
表2中作為各實施例(本發明例)而示出之中子遮蔽板，係利用以下之方法製造。
依與實施例1相同之程序已進行板貼合之扁胚6，使用鐵鋼設備對其進行800℃下240分鐘加熱後再進行熱軋，製造厚度約20mm之帶狀捲(鈦複合材)1、2。藉由此一熱軋，將鈦複合材1、2之表層形成為Ti-0.1~3.8%B合金。將熱軋後之帶狀捲1、2通過含有硝氟酸之連續酸洗線去皮膜，而後，針對破裂之發生狀況進行目視觀察。又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將熱軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之B濃化層的比率及B濃化層的B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定500mm×500mm×20mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之 工業用純鈦JIS1種與試驗片分別測定放射線當量，自其值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
結果係彙整示於表2中。
No.38~No.42之比較例及實施例，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠(扁胚6)之情形。
No.38之比較例，係作為鈦板7使用與扁胚6同種類之純鈦JIS1種的情形。熱軋板未發生破裂，且彎曲試驗也無破裂發生。
No.39之比較例，係中間層薄的情形。熱軋板中部分發生破裂，彎曲試驗也是破裂發生率高。
No.40~42之實施例，係變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.43~45之實施例，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，且變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.46~48之實施例，係切削掉EB熔解錠之黑皮表面再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.49~51之實施例，係切削掉電漿熔解錠之黑皮表面再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.52~54之實施例，係將各種錠分塊輥軋後將其表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.55~57之實施例，係於將各種錠鍛造之後將表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，No.40~57之實施例，不管任何一例其中子遮蔽效果均為1以上，可確認中子線遮蔽效果。
〔實施例3〕
表3中作為各實施例(本發明例)而示出之中子遮蔽板係利用以下之方法製造。
根據與實施例1相同之程序已進行板貼合之扁胚6，使用鐵鋼設備對其進行800℃下240分鐘加熱後再進行熱軋，製造厚度約5mm之帶狀捲(鈦複合材)1、2。然後進行冷軋，而形成厚度1mm之鈦板，且作為退火處理，係進行在真空或惰性氣體氛圍中加熱至600~750℃，並保持240分鐘之熱處理。冷軋板係於退火後之表面檢査步驟中，針對破裂之發生狀況進行目視觀察。又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將冷軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之B濃化層的比率及B濃化層的B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定500mm×500mm×1mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之工業用純鈦JIS1種與試驗片分別測定放射線當量，自其值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中 子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
結果於表3中彙總表示。
No.58~No.63之比較例及實施例，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠(扁胚6)的情形。
No.58之比較例，係作為鈦板7使用與扁胚6同種類之純鈦JIS1種的情形。冷軋板未發生破裂，且彎曲試驗也無破裂發生。
No.59之比較例，係表層3、4之B含量超過3.0%之情形。冷軋板部分發生破裂，彎曲試驗也是破裂發生率高。
No.60之比較例，係表層3、4之厚度比率超過40%的情形。冷軋板部分發生破裂，彎曲試驗也是破裂發生率高。
No.61~63之實施例，係變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.64~66之實施例，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，且變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.67、68之實施例，係切削掉EB熔解錠或電漿熔解錠之黑皮表面而使用，且分別變更內層5之種 類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.69~71之實施例，係將各種錠分塊輥軋後將表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.72~74之實施例，係於將各種錠鍛造之後將表面切削掉再使用，且分別變更內層5之種類、層構造、表層3、4之厚度比率或B含量而進行評估之情形。表層3、4之厚度比率在5~40%之範圍內，且表層3、4之B含量為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，No.61~74之實施例，其任何一例中子遮蔽效果均為1以上，可確認中子線遮蔽效果。
〔實施例4〕
第1圖所示之本發明相關之二層構造的鈦複合材即中子線遮蔽板1，係藉由將母材之單面表面熔融再凝固之後再予以熱軋，而形成表層3及內層5。又，第2圖所示之本發明相關之三層構造的中子線遮蔽板2，係藉 由將母材之兩側表面熔融再凝固之後再予以熱軋，而形成表層3、4及內層5。以下具體說明中子線遮蔽板1、2之製造方法。
表4中作為實施例(本發明例)而示出之中子線遮蔽板1、2，係由以下之方法製造。
又，表層部中雖含有由來自扁胚(母材)之元素，但表中僅表示不含於扁胚中之元素的含量。
首先，將作為素材之鈦錠，以電子射束熔解(EB熔解)、電漿電弧熔解(電漿熔解)利用矩形鑄模，或是以VAR熔解利用圓筒鑄模分別製造。
有關錠之尺寸，圓柱錠為直徑1200mm×長度2500mm，矩形錠為厚度100mm×寬度1000mm×長度4500mm，種類為純鈦JIS1種、JIS2種、JIS3種。
鑄造之錠幾乎都是原狀，或是將錠表面之黑皮切削掉之後，再實施熔融再凝固。其他之錠係在分塊輥軋後，進行切削，再進行熔融再凝固。
熔融再凝固處理，至少係針對輥軋面之一面進行，因應必要於長度方向之側面亦作實施。此一處理，係在約3×10-3Torr之真空氛圍下以電子射束熔接進行，熔融時，將TiB2粉末(100μm以下)，Ti-B合金小片(2mm見方、1mm厚)、Ti-B合金線材( 5mm以下)、Ti-B合金薄膜(20μm以下)、Ti-B合金網狀物(將 1mm組合成格子狀者)之任一者添加，藉由將熔融再凝固層形成為Ti-0.1~3.5%B合金，而形成二層構造或三層構造之鈦扁胚。針對表層3、4(B濃化層)，鈦複合材1、2之總厚度中每個單面之層所占之比率示於表4中，三層構造中，兩表面之B濃化層係被調整成相同厚度。
添加各種素材時，係以在扁胚整體均一添加 之方式，將含有B之素材，均一地分散於鈦鑄片之輥軋面整體，而進行熔融再凝固處理。又，熔融再凝固處理後，保持100℃以上且小於500℃之溫度1小時以上。
針對經熔融再凝固之鈦扁胚，使用鐵鋼設備，在800℃下加熱240分鐘後，進行熱軋，而製造厚度約4mm之帶狀捲。又，熱軋後之帶狀捲，係通過含有硝氟酸之連續酸洗線而經去皮膜，而後，針對破裂之發生狀況進行目視觀察。
又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將酸洗後之熱軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之表層3、4(B濃化層)的比率及表層3、4(B濃化層)的B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定500mm×500mm×4mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之工 業用純鈦JIS1種與試驗片分別測定放射線當量，自其值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
結果與試驗條件一併彙總示於表4。
表4中之No.75~83所示之比較例及實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠的情形。
No.75之比較例，係於熔融再凝固時未添加含有B之素材的情形。熱軋板未發生破裂，且彎曲試驗也無破裂發生。
No.76之比較例，係表層3、4之B濃度超過3.0%的情形。熱軋板之中部分發生破裂，彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.77之比較例，係表層3、4之厚度比率超過40%的情形。熱軋板之中部分發生破裂，彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.78~83之實施例(本發明例)，係將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、Ti-B合金網狀物而評估之情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.84~88之實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，且將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、 Ti-B合金網狀物而評估之情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.89~93之實施例(本發明例)，係將EB熔解錠之黑皮表面切削掉再使用，且將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、Ti-B合金網狀物而評估之情形。又，本實施例中針對長度方向之側面亦與輥軋面相同地進行熔融再凝固處理。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.94~98之實施例(本發明例)，係將電漿熔解錠之黑皮表面切削掉再使用，且將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、Ti-B合金網狀物而評估之情形。又，本實施例中針對長度方向之側面亦與輥軋面相同地進行熔融再凝固處理。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.99~101之實施例(本發明例)，係將各種錠分塊輥軋後將表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1 ~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.102~104之實施例(本發明例)，係將各種錠鍛造之後將表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，本發明例中內層5所使用之合金，於事前以1.5mm厚之JIS13B試驗片進行拉伸試驗時，測得其0.2%耐力為1000MPa以下。
又，No.78~104之實施例(本發明例)，均是中子遮蔽效果為1以上，可確認中子線遮蔽效果。又，核燃料貯存用架中所使用之B量添加0.5質量%之不鏽鋼板(4mm厚)，其中子遮蔽效果為23.7，No.86、93、106、108之實施例中，可獲得較此不鏽鋼板更高之中子線遮蔽效果。
〔實施例5〕
表5中作為各實施例(本發明例)而示出之中子線遮蔽板1、2，係利用以下之方法製造。
又，表層部中雖含有由來自扁胚(母材)之元素，但表中僅表示不含於扁胚中之元素的含量。
根據與實施例4相同之程序針對已進行熔融再凝固之鈦扁胚，使用鐵鋼設備對其進行800℃下240分鐘加熱後再進行熱軋，製造厚度約20mm之帶狀捲。又，熱軋後之帶狀捲，係通過含有硝氟酸之連續酸洗線經去皮膜，而後，針對破裂之發生狀況進行目視觀察。
又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將酸洗後之熱軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之表層3、4(B濃化層)之比率及表層3、4(B濃化層)之B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定500mm×500mm×20mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之工業用純鈦JIS1種與試驗片分別測定放射線當量，自其 值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
結果與試驗條件一併彙整於表5中表示。
表5之No.105~112所示之比較例及實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠的情形。
No.105之比較例，係熔融再凝固時未添加含有B之素材的情形。熱軋板中未發生破裂，彎曲試驗中也未發生破裂。
No.106之比較例，係表層3、4之B濃度超過3.0%的情形。熱軋板中部分發生破裂，且彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.107之比較例，係表層3、4之厚度比率超過40%的情形。熱軋板中部分發生破裂，且彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.108~112之實施例(本發明例)，係將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、Ti-B合金網狀物而評估的情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.113~117之實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材、Ti-B合金薄膜、 Ti-B合金網狀物而評估之情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.118及119之實施例(本發明例)，係將EB熔解錠或電漿熔解錠之黑皮表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.120~122之實施例(本發明例)，係將各種錠分塊輥軋後，將其表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.123~125之實施例(本發明例)，係將各種錠鍛造之後，將其表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例熱軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，No.108~125之實施例(本發明例)，其任何一例之中子遮蔽效果均為1以上，可確認中子線遮蔽 效果。
〔實施例6〕
表6中作為各實施例(本發明例)而示出之中子線遮蔽板1、2，係利用以下之方法製造。
又，表層部中雖含有由來自扁胚(母材)之元素，但表中僅表示不含於扁胚中之元素的含量。
針對依與實施例4相同之程序已進行熔融再凝固之鈦扁胚，使用鐵鋼設備對其進行800℃下240分鐘加熱後再進行熱軋，製造厚度約5mm之帶狀捲。又，熱軋後之帶狀捲係通過含有硝氟酸之連續酸洗線經去皮膜。然後進行冷軋，而形成厚度1mm之鈦板，且作為退火處理，係進行在真空或惰性氣體氛圍中加熱至600~750℃，並保持240分鐘之熱處理。冷軋板，於退火後之表面檢査步驟中，針對其破裂之發生狀況進行目視觀察。又，表層3、4(B濃化層)之深度之測定方法，係將冷軋板之一部分(針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部分別採取)切出，將其研磨所得之物進行SEM/EDS分析，求得相對板厚之表層3、4(B濃化層)之比率及表層3、4(B濃化層)之B濃度(採用觀察部位之中的平均值)。
又，針對長度方向之前端、中央、後端之3個部位，自寬度方向中央部採取L方向之彎曲試驗片共計20支，並依據JIS Z 2248(金屬材料彎曲試驗方法)進行彎曲試驗。試驗溫度為室溫，藉由3點彎曲試驗以到達120度為止之彎曲角度進行彎曲試驗，評估破裂發生之有無，求得破裂發生率。
又，中子線遮蔽效果之評估，作為線源係使用Am-Be(4.5MeV)，於自線源起200mm之位置固定 500mm×500mm×1mm厚之試驗片。檢測器設置於距線源300mm之位置，就對象能量之峰值，於對照試驗片之工業用純鈦JIS1種(1mm厚)與試驗片(1mm厚)分別測定放射線當量，自其值之比，評估中子線遮蔽效果(以工業用純鈦JIS1種之中子線遮蔽效果為1，記載各試驗片之值)。
將結果與試驗條件一併彙總示於表6中。
表6中No.126~131所示之比較例及實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之EB熔解錠的情形。
No.126之比較例，係於熔融再凝固時未添加含有B之素材的情形。冷軋板中未發生破裂，彎曲試驗中也未發生破裂。
No.127之比較例，係表層3、4之B濃度超過3.0%的情形。冷軋板中部分發生破裂，彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.128之比較例，係表層3、4之厚度比率超過40%的情形。冷軋板中部分發生破裂，彎曲試驗中也是破裂發生率高。
No.129~131之實施例(本發明例)，係將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金小片、Ti-B合金線材而評估之情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.132~134之實施例(本發明例)，係使用鑄造後原狀之電漿熔解錠，將含B素材分別變更成TiB2粉末、Ti-B合金薄膜、Ti-B合金網狀物而評估之情形。任一例均是表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.135及136之實施例(本發明例)，係將EB熔解錠或電漿熔解錠之黑皮表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.137~139之實施例(本發明例)，係將各種錠分塊輥軋後，將其表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
No.140~142之實施例(本發明例)，係將各種錠鍛造後，將其表面切削掉再使用，而於熔融再凝固時，作為含B素材使用TiB2粉末之情形。表層3、4之厚度比率為5~40%之範圍內，且表層3、4之B濃度為0.1~3.0%之範圍內，因此不管是任何一例冷軋板均未發生破 裂，彎曲試驗中也無破裂發生。
又，No.129~142之實施例(本發明例)，任何一例均是中子遮蔽效果為1以上，可確認中子線遮蔽效果。
1‧‧‧鈦複合材
3‧‧‧表層
5‧‧‧內層

Claims (7)

  1. 一種鈦複合材，具備：內層，其含有工業用純鈦或鈦合金；表層，其形成於前述內層之至少一方的輥軋面上，具有與前述內層不同之化學組成；及中間層，其形成於前述內層與前述表層之間，具有與前述內層不同之化學組成；而且前述表層，其厚度為2μm以上，且占總厚度之比率每個單面之層為40%以下；前述表層部之化學組成，以質量%計為：B：0.1~3.0%、及其餘部分：鈦及雜質；前述中間層之厚度為0.5μm以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之鈦複合材，其中前述內層的輥軋面以外之面上，形成有其他之表層；前述其他之表層具有與前述表層相同之化學組成。
  3. 一種熱軋用鈦材，具備：母材，其含有工業用純鈦或鈦合金；表層材，其接合於前述母材之至少一方的輥軋面；及熔接部，其接合前述母材與前述表層材之周圍；而且前述表層材具有與前述母材不同之化學組成，且以質量%計為：B：0.1~3.0%、及其餘部分：鈦及雜質； 前述熔接部將前述母材與前述表層材之界面自外氣遮斷。
  4. 如申請專利範圍第3項之熱軋用鈦材，其中前述母材的輥軋面以外之面上，接合有其他之表層材；前述其他之表層材具有與前述表層材相同之化學組成。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之熱軋用鈦材，其中前述母材包含直接鑄造扁胚。
  6. 如申請專利範圍第5項之熱軋用鈦材，其中前述直接鑄造扁胚，其表面之至少一部分形成有熔融再凝固層。
  7. 如申請專利範圍第6項之熱軋用鈦材，其中前述熔融再凝固層之化學組成與前述直接鑄造扁胚的板厚中心部之化學組成不同。
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