TWI619815B - 鈦材及其製造方法 - Google Patents

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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
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Abstract

一種鈦材(1)，其具有內層部(3)及接合於內層部(3)之表層部(2)，表層部(2)之化學組成，以質量%計為O：0.4%以下、Fe：0.5%以下、Cl：0.020%以下、其餘部分：Ti及雜質；內層部(3)之化學組成，以質量%計為O：0.4%以下、Fe：0.5%以下、Cl：大於0.020%且0.60%以下，其餘部分：Ti及雜質；內層部(3)具有空隙，鈦材(1)之與長度方向垂直的截面中之內層部(3)中的空隙之面積率大於0%且30%以下，內層部(3)之Cl含量(ClI)、表層部(2)之厚度(tS)及內層部(3)之厚度(tI)符合[ClI≦0.03+0.02×tS/tI]。

Description

鈦材及其製造方法
本發明有關一種鈦材及其製造方法。
鈦材具有輕量且耐蝕性優異之特徵，活用此等特徵下，其已被利用於電廠用之海水冷卻復水器、熱交換器、反應器、冷卻器等。又，鈦材因具有高的比強度，以輕量化所帶來之燃料費降低為目的，其對於汽車或航空器等輸送機關所使用的結構用材料之應用也令人期待。
再者，近年以來，活用其高比強度暨高耐蝕性，鈦材作為無須維護之建築材料的價值也是日益提高。例如，作為其一例，包括對於用以提升耐震性之屋頂材、以及針對海水之被覆防蝕用之覆材等等的應用實例。
如是，在各種區域中，鈦材之應用正大步向前，但與其他之鋼材等比較，鈦材為一種非常高價之素材。因此，為了擴大鈦材之適應用途，必須降低其製造成本。
鈦材之製造成本高的原因在於其製造方法。鈦材一般係利用以下所示之方法製造。將作為原料之氧化 鈦氯化而形成四氯化鈦之後，以鎂(克羅爾法)或鈉還原後(亨特法)，經由真空分離步驟而製造塊狀且為海綿狀之金屬鈦(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鑄錠。近年，還使用一種於水冷式銅爐床內以電漿、或是以電子束將海綿鈦熔解，再自水冷式之銅鑄模連續的將其抽拉而製造鈦鑄錠之方法。
依此等方法所製造之鈦鑄錠，係經分塊、鍛造及輥軋而形成為鈦扁胚(根據形狀等，包含所謂之中胚及小胚。以下同)。而後，再將此鈦扁胚作熱軋、退火、酸洗、冷軋、及真空熱處理，而製造JIS H4600(鈦及鈦合金-板及條)所規定之1種、2種、3種及4種等之鈦材。
此等製造步驟之中，海綿鈦及鈦鑄錠之製造步驟係非連續之分批式之步驟，因此製造成本上升。故而，為了降低鈦之製造成本，曾揭示有不經由熔解步驟而自海綿鈦直接製造鈦之技術。
專利文獻1中，曾揭示一種將成形為長方體形狀之多孔質鈦原料(海綿鈦)的表面在真空下使用電子束予以熔解而製造表層部為稠密狀鈦之鈦鑄錠(相當於鈦扁胚)的方法。而後，藉由對於該鈦鑄錠進行熱軋及冷軋而製造鈦材。專利文獻1中所揭示之方法可製造稠密狀鈦鑄錠，此稠密狀鈦鑄錠具備由多孔質鈦原料成形為扁胚狀 而成之多孔質部、及以稠密狀鈦構成且被覆多孔質部之稠密被覆部。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-045040號公報
且說將海綿鈦未完全熔解所製造之鈦材的內部，不可避免地殘存有氯化鎂(以下記為MgCl2)。若是考慮對於鈦材之機械特性的不良影響，MgCl2之殘存量以少為宜。另一方面，為了使鈦材之內部所殘存之MgCl2含量降低，必須將原料之海綿鈦的純度提高，而有招致成本上升之虞。
專利文獻1中，係將電子束照射於海綿鈦而可揮發除去MgCl2。然而，如此會產生至熱傳遞達於內部為止均有照射電子束之必要，製造成本之上升無可避免。
又，專利文獻1中，由於揮發除去了內部之MgCl2，故針對鈦材中殘存之MgCl2對於鈦材之機械特性的影響完全未作研討。
再者，專利文獻1中所揭示之鈦鑄錠，係藉由利用電子束只將表面熔解而形成稠密被覆部。但是，將多孔質且形狀不整齊之海綿鈦均一地以一定的厚度熔解有所困難，以致熔解凝固之稠密被覆部之厚度變得不均一。
對於如此之鈦鑄錠，即使進行熱加工及冷加工而製造鈦材，對應於加工前之稠密被覆部的表層部之厚度仍是不均一。因此，除了鈦之表面性狀劣化以外，還有拉伸特性及彎曲性等之機械特性不安定此一問題。又，鈦扁胚之稠密被覆部之厚度小的情形下，於進行熱加工或冷加工時，還會有表層部破裂，或是縮窄化而成為皺紋狀缺陷此一課題。又，專利文獻1中並非記為鈦扁胚，而是記載為鈦鑄錠，但因係無需分塊輥軋之矩形形狀，以下稱為鈦扁胚。
本發明係為解決上述課題而完成者，其目的係在提供一種表面性狀及延性優異、而且價廉之鈦材。
本發明係如以下所列述。
(1)一種鈦材，係具有內層部與表層部，上述表層部之化學組成，以質量%計為：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：0.020%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；上述內層部之化學組成，以質量%計為： O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；上述內層部具有空隙，上述鈦材之與長度方向垂直的截面中，上述內層部的上述空隙之面積率大於0%且30%以下；而且符合下述(i)式：ClI≦0.03+0.02×tS/tI...(i)
其中，上述(i)式中之各記號之意義係如下所述：ClI：內層部之Cl含量(質量%)tS：表層部之厚度tI：內層部之厚度。
(2)上述(1)之鈦材之製造方法，具有：製作鈦框體之步驟，該鈦框體具有以下之以質量%計之化學組成：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：0.020%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、 H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；於上述鈦框體之內部，填充選自海綿鈦及該海綿鈦壓縮成之塊體之1種以上的步驟，該海綿鈦具有以下之以質量%計之化學組成：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；於將上述鈦框體之內部之真空度設為10Pa以下後，以該內部之真空度可獲維持之方式將其周圍密閉，而形成鈦捆包體的步驟；以及對於上述鈦捆包體進行熱加工的步驟。
(3)如上述(2)之鈦材之製造方法，其中於進行上述熱加工的步驟之後，進而具有進行冷加工及退火的步驟。
根據本發明，可提供表面性狀及延性優異、而且價廉之鈦材。
1‧‧‧鈦材
2‧‧‧表層部
3‧‧‧內層部
4‧‧‧鈦捆包體
5‧‧‧表層捆包材
6‧‧‧鈦塊
第1圖係本發明之一個實施方式的鈦材之構成的說明圖。
第2圖係觀察本發明之一個實施方式的鈦材之截面的組織照片。
第3圖係本發明之其他實施方式的鈦材之構成的說明圖。
第4圖係觀察內層部之與鈦材長度方向垂直之截面的組織照片。
第5圖係本發明之一個實施方式的鈦材之素材即鈦捆包體之構成的說明圖。
第6圖係鈦框體之構成的說明圖。
第7圖係表示表層部厚度/內層部厚度之比與內層部之氯濃度(質量%)的關係的圖。
如先前般，藉由將海綿鈦熔解而獲得鈦扁胚時，海綿鈦內之氯係藉由熔解步驟揮發除去。另一方面，不將海綿鈦等熔解而逕自作為原料使用之情形下，於熔解步驟中應該會蒸發之MgCl2將殘存於鈦材中。作為原料若是使用高品質之海綿鈦等，可減少殘存之MgCl2的量，因此可降低MgCl2所造成之對於鈦之機械特性的不良影響。然而，如此卻會產生作為製品之鈦材的製造成本上升此一 問題。因此，若是能夠將對於作為製品之鈦材的機械特性不會造成不良影響之MgCl2含量查明清楚，則可選擇較低品質之原料作為原料。
本發明人等，基於如此之觀點進行銳意研討。於是，針對不經熔解步驟而自海綿鈦直接進行熱加工(因應必要進而進行冷加工)所製造之具有目標機械特性的鈦材之構成進行研討。
首先，鈦材中殘存之MgCl2的量，因鈦中氯幾乎不會固溶，故可利用作為構成元素之Cl含量來規定。基於此，本發明人等乃研討鈦材中所含之Cl含量與鈦材之機械特性的關係。
其結果為，本發明人等獲得以下之知識及見解：藉由將鈦材設為具有內層部及與其接合之表層部的構造，並規定各自之Cl含量，且進而因應內層部之Cl含量控制表層部及內層部各自之厚度，可在不提高製造成本下防止機械特性之劣化。更具體而言，本發明人等獲得以下之知識及見解：藉由在內層部之Cl含量愈高下，愈使表層部之厚度增厚，可防止起因於混入之MgCl2所造成之鈦的機械特性之劣化。
本發明係基於上述知識及見解而完成者。以下針對本發明之各要件進行詳細說明。又，以下之說明中，有關化學組成之「%」，如無特別異議均是指「質量%」。
1.鈦材1
1-1.整體構成
第1圖係本發明之一個實施方式的鈦材之構成的說明圖。如第1圖所示，鈦材1具有表層部2及內層部3。本實施方式中，內層部3之兩面分別接合有表層部2。又，第2圖係觀察鈦材之截面的組織照片。自第2圖亦可知，表層部2與內層部3可清楚地區別。再者，表層部2之厚度其變動係在±15%以內而為一定，可理解其表面性狀優異。
又，第1圖及第2圖所示之構成中，鈦材1為板材，但不受此限定，例如，可為圓棒材或是線材。第3圖係本發明之其他實施方式的鈦材之構成的說明圖。如第3圖所示，鈦材1為圓棒材或是線材之情形下，其構成為在圓柱狀之內層部3的全周上以覆蓋之方式接合有表層部2。
1-2.表層部2
表層部2之化學成分，除Cl之外，係採如JIS H4600之4種所規定者。其具體之化學成分係設為O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：0.020%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、及H：0.013%以下。特別是將表層部2中之Cl含量限制為0.020%以下，將可提升作為鈦材1之延性。
O可設為0.30%以下、0.10%以下、0.050%以下、0.010%以下、或是0.0060%以下。Fe可設為0.30%以 下、0.20%以下、0.10%以下、0.070%以下、或是0.050%以下。Cl可設為0.018%以下、0.015%以下、0.012%以下、或是0.009%以下。N可設為0.040%以下、0.030%以下、0.010%以下、0.005%以下或是0.001%以下。C可設為0.040%以下、0.020%以下、0.010%以下、0.007%以下、0.005%以下、或是0.002%以下。H可設為0.010%以下、0.005%以下、0.003%以下、或是0.002%以下。此等之下限並無特別規定之必要，其等之下限為0%。
表層部2之化學組成中，其餘部分為Ti及雜質。作為雜質元素，主要係由後述之表層捆包材5之原料的海綿鈦或是邊角料混入，可例示的有Sn、Mo、V、Mn、Nb、Mg、Si、Cu、Co、Pd、Ru、Ta、Y、La、Ce等。有關此等雜質元素之含量，在JIS H4600中雖未規定，但宜儘可能降低。然而，若是與上述O、N、C、Fe及H之合併的合計含量在5%以下，則含有此等雜質不會妨害本發明設為目標之機械特性。因應必要，其合計含量可設為1%以下、0.50%以下、或0.20%以下、或是0.10%以下。再者，雜質元素之含量的合計值可設為2%以下、1%以下、0.50%以下、0.20%以下、或是0.10%以下。
又，此處所稱設為目標之機械特性，係指在與鈦材1之加工方向平行的朝向進行拉伸試驗時的全伸長率在20%以上。
表層部2係由鈦板等輥軋而形成，基本上沒有空隙。亦即，表層部2之空隙的面積率(以下亦簡單稱 之為空隙率，其定義及測定方法等容後詳述)為0%。表層部2之空隙率可設為小於0.10%、小於0.050%、或是小於0.010%。
1-3.內層部3
內層部3除Cl之外，係採如JIS H4600之4種所規定者。其具體之化學成分係設為O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、及Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、及H：0.013%以下。
如上所述，本發明中，為了獲得價廉之鈦材1，內層部3宜使用鈦為低純度之原料。鈦為高純度之原料，在其製造過程中Cl含量會減小。換言之，Cl含量小的原料，鈦將變成高純度而成為高價。因此，內層部3之Cl含量設為0.020%以下，將會導致有必要使用高純度之原料，而製造成本上升，不令人滿意。另一方面，內層部3之Cl含量若是大於0.60%，則即使減少表層部2之Cl含量，鈦材1之拉伸特性及彎曲性仍會顯著劣化。
O可設為0.15%以下、0.10%以下、0.050%以下、0.010%以下、或是0.006%以下。Fe可設為0.30%以下、0.20%以下、0.10%以下、0.070%以下、或是0.050%以下。Cl之下限可設為0.025%、0.030%、0.040%、或是0.050%，Cl之上限可設為0.15%、0.35%、或是0.55%。N可設為0.040%以下、0.030%以下、0.010%以下、0.005%以下、或是0.001%以下。C可設為0.040%以下、0.020% 以下、0.010%以下、0.007%以下、0.005%以下、或是0.002%以下。H可設為0.010%以下、0.005%以下、0.003%以下、或是0.002%以下。此等之下限並無特別規定之必要，其等之下限為0%。
內層部3之化學組成中，其餘部分為Ti及雜質。作為雜質元素，主要為自海綿鈦混入之雜質元素，可例示的是Sn、Mo、V、Mn、Nb、Mg、Si、Cu、Co、Pd、Ru、Ta、Y、La、Ce等。特別是Mg係以MgCl2混入。有關此等雜質元素之含量，在JIS H 4600中雖未規定，但宜儘可能降低。然而，若是與上述O、N、C、Fe及H之合併的合計含量在5%以下，則含有此等雜質不會妨害本發明設為目標之機械特性。因應必要，其合計含量可設為1%以下、0.5%以下、或0.2%以下、或是0.1%以下。再者，雜質元素之含量的合計值可設為2%以下、1%以下、0.50%以下、0.20%以下、或是0.10%以下。
又，本發明中，表層部2及內層部3之化學組成係利用以下之方法測定。
表層部2及內層部3之成分分析，係由公知之方法(例如，JIS H 1612(1993)、JIS H 1614(1995)、JIS H 1615(1997)、JIS H 1617(1995)、JIS H 1619(2012)、JIS H 1620(1995))求得。又，此時，係自鈦材1分別切出表層部2及內層部3後進行測定。表層部2係以針對切削等加工所得之切粉等進行分析，內層部3係以針對表層削除後之殘材進行分析之情況效率為佳。若是表層部1或內層 部3之厚度薄而無法獲得充分量之切粉的情形下，可進行鈦材1之整體的成分分析，自其分析值、表層部1或是內層部3任一者之分析值、及各自之板厚，算出(逆算)表層之成分。此外，利用EPMA等進行表層部1或內層部3之成分分析亦屬無妨。
第4圖係觀察內層部3之與鈦材1之長度方向垂直的截面下之組織照片。由第4圖可知，內層部3具有空隙。此一空隙係在製造過程中不可避免地含入。為了完全消滅空隙必須在大輥軋率下進行加工，除了會對鈦材1之形狀及尺寸造成限制之外，還會成為製造成本高漲的要因。另一方面，藉由具有空隙，內層部3之密度降低，因此可期待鈦材1之輕量化。
內層部3之空隙之比率若是過量，則鈦材1之機械特性降低。為了避免機械特性降低，於與鈦材1之長度方向垂直的截面中之內層部3中之空隙的面積率，設為大於0%且30%以下。如上所述，本說明書中，與鈦材1之長度方向垂直的截面中觀察到之空隙之面積率，亦稱為空隙率。上述空隙率可設為10%以下、5%以下、2%以下、1%以下、或是0.5%以下。
內層部3之空隙率，可根據用途選擇，作為鈦材1之機械特性具有重要性的情形下將其設為低，另一方面，以輕量化為優先之情形下將其設為高即可。特別是重視鈦材1之機械特性的情形下，空隙率更好的是5%以下，再好的是3%以下，特別好的是1%以下。空隙率之下限 大於0%，因應必要，可設為0.01%、0.05%、或是0.1%。
於此，空隙率p係指相對內層部之面積，內層部中存在的空隙之面積之比率，其係如以下般定義。
p(%)=內層部中存在的空隙之面積/內層部之面積×100
又，空隙率p係由以下之步驟求得。首先，自鈦材1切出觀察用試料。鈦材1為肥厚之情形下，自其內層部3之板厚中心部切出觀察用試料。而後，以與鈦材1之長度方向垂直的截面設為觀察面的方式，將切出之觀察用試料埋入樹脂後，使用金剛鑽或氧化鋁懸浮液進行拋光研磨而予鏡面加工。而後，以光學顯微鏡拍攝鈦材1之板厚中心部的經鏡面加工之觀察面的照片。
測定拍攝之光學顯微鏡照片中所含之空隙的面積，將其除以攝影視野整體之面積而求得空隙率。此時，利用光學顯微鏡之拍攝，係以觀察面積合計為0.3mm2以上(倍率500倍之光學顯微鏡照片為20視野以上)之方式進行，採用其等之平均值。觀察所用之顯微鏡，使用一般之光學顯微鏡雖無問題，但以使用可作偏光觀察之微分干涉顯微鏡可作更清晰之觀察，因此以使用微分干涉顯微鏡較符合所期望。
1-4.表層部2及內層部3之厚度
本發明中，內層部3之Cl含量愈高，則藉由使相對內層部3之厚度的表層部2之厚度的比率增大，而防止起因於MgCl2之鈦材1整體的機械特性之劣化。
具體而言，以符合下述(i)式之方式，控制表層部2及內層部3之厚度、及內層部3之Cl含量。
ClI≦0.03+0.02×tS/tI...(i)
其中，上述(i)式中之各記號之意義係如下所述。
ClI：內層部之Cl含量(質量%)
tS：表層部之厚度
tI：內層部之厚度
又，本實施方式中，表層部2之厚度係指第1圖之2-1或是2-2所示部分之厚度。2個表層部2中之厚度不同的情形下，係採較薄者亦即厚度較小者。鈦材1為圓棒材或線材之情形下，表層部2之厚度係指第3圖之2所示之部分的厚度。
表層部2及內層部3中，各自之微組織及結晶粒徑不同。因此，如第2圖所示，藉由將鈦材之與輥軋方向垂直的截面研磨蝕刻，可清楚地判別表層部2與內層部3之邊界。於是，自觀察鈦材之截面的組織照片，可分別測定鈦材1之表層部2及內層部3之厚度。例如，針對表層部2及內層部3各者，測定任意之位置(例如5個部位)的厚度，取其平均值作為表層部2及內層部3之各自的厚度。又，鈦材1為圓棒材或線材之情形下，係取第3圖所示之內層部3之直徑作為內層部3之厚度。
又，根據所含之Cl量，MgCl2會作分布，可以該MgCl2之有無為基準區別表層部2與內層部3。本發明中，內層部其Cl含量大於0.020%且0.60%以下，表層 部其Cl含量設為0.020%以下，以內層部之Cl含量較表層部之Cl含量為高。因此，根據Cl濃度之不同也可判別內層部與表層部。作為具體之手段，內層部與表層部之Cl之濃度差，也可藉由將第4圖般之截面鏡面研磨後，再觀察利用EPMA測定所得之Cl之元素分布狀態而明朗化。
表層部2之厚度除符合上述(i)外，亦宜為0.01~35mm。表層部2之厚度若是較0.01mm為小，則製造鈦材1時表層部2會變得過薄而破斷，而有內層部露出表面之可能性。表層部2之厚度的下限可設為0.05mm、0.10mm、0.15mm，或是0.20mm。表層部2之厚度之上限，係根據鈦材1之厚度與內層部之下限之厚度決定。表層部2之厚度之上限可設為0.30mm、0.50mm、1.0mm、3.0mm、10mm、或是20mm。
內層部3之厚度，除符合上述(i)外，尚宜為0.01~90mm。內層部3之厚度若較0.01mm為小，則可有效使用Cl高的海綿鈦之量變少，難以獲得本發明之效果。內層部3之厚度之下限可設為0.05mm、0.10mm、0.20mm、0.50mm、或是0.70mm。內層部3之厚度之上限，係由鈦材1之厚度與表層部之下限之厚度決定。內層部3之厚度之上限可設為0.90mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、5.0mm、10mm、20mm、或是50mm。
鈦材1之厚度，除符合上述(i)外，尚為0.03mm以上。鈦材1之厚度可設為0.10mm以上、0.30mm以上、或是0.50mm以上。又，鈦材1之厚度若是符 合上述(i)，則可為20mm以下、50mm以下、或是100mm以下。惟若考慮成本，則鈦材1之厚度除符合上述(i)外，尚宜為15mm以下。鈦材1之厚度可設為10mm以下、5.0mm以下、4.0mm以下、2.0mm以下、1.5mm以下、或是1.2mm以下。
2.鈦捆包體4
2-1.整體構成
第5圖係本發明之一個實施方式的鈦材1之素材即鈦捆包體4之構成的說明圖。如第5圖所示，鈦捆包體4具有下之構造：於由表層捆包材5所構成之鈦框體的內部，填充以海綿鈦或是海綿鈦壓縮所得之塊體所形成之鈦塊6。
第6圖係鈦框體之構成的說明圖。於第6圖所示之例中，係利用5片之板狀表層捆包材5組裝成箱形，且僅將上面設為開口之狀態。又，該上面可由圖未示之其他的板狀表層捆包材5密封。於以下之說明中，係將第6圖所示之捆包材5組裝成之狀態者稱為鈦框體。而且，鈦塊6係形成為由構成鈦框體之表層捆包材5完全被覆周圍之狀態。於上述之例中，鈦框體雖為箱形，但其形狀不受限制，也可為管狀，也可為板材與管材組合成之形狀。
如後所述，藉由對鈦捆包體4進行熱加工等(例如熱軋或是冷軋等)，可獲得鈦材1。亦即，鈦捆包體4之表層捆包材5及鈦塊6分別對應於熱加工後之鈦材1的表層部2及內層部3。又，於本發明中，將填充於鈦 框體之內部的狀態之海綿鈦及塊體總稱為鈦塊6。
又，於熱加工時之高溫加熱及保持中，為了防止鈦塊6氧化暨氮化，係將鈦捆包體4之內部之真空度(絶對壓)設為10Pa以下。內部之真空度較佳的是1Pa以下。內部之壓力之下限並未特別規定。然而，真空度若設為極端地小，則與裝置之氣密性之提高、或是真空排氣裝置之增強等製造成本的上升有關。因此，真空度較佳的設為1×10-3Pa以上。又，表層捆包材5之內部之真空度，係指表層捆包材5所包圍之區域中，鈦塊6除外之區域(亦稱為空隙)的真空度。
第5圖所示之構成中，鈦捆包體4係採用板材狀之鈦材1的素材，因此與熱加工所實施之方向(輥軋方向)垂直的截面係成四角形。然而，不受此之限定，於採用圓棒材或是線材之鈦材1的素材之情形下，可將與鈦捆包體4之輥軋方向垂直之截面設為圓形狀或是多角形。
2-2.表層捆包材5
表層捆包材5之化學成分，設為與上述1-2所記載之鈦材1之表層部2之化學成分相同。表層捆包材5可使用JIS H4600之1種、2種、3種或是4種之鈦。
作為表層捆包材5使用之鈦材之形狀，係依存於鈦捆包體4之形狀。因此，表層捆包材5並無特別定形，例如為板材或是管材。惟，為了確保鈦捆包體4之熱加工性及冷加工性，且使鈦材1具備優異之表面性狀及延 性、以及彎曲性，有必要調整表層捆包材5中所利用之板材之厚度或是管材之壁厚。以下，將利用於表層捆包材5之板材之厚度或是管材之壁厚，單純稱之為「表層捆包材5之厚度」。
當表層捆包材5之厚度小於0.5mm而為薄的情形下，伴隨著塑性變形，於熱加工之途中，表層捆包材5會破斷而真空破壞，招致內部之鈦塊6的氧化。又，填充於鈦捆包體4之內部的海綿鈦之起伏會轉印至表層捆包材5之表面而於熱加工中造成在鈦捆包體4之表面產生大的表面起伏。其結果為，對於製造之鈦材1之表面性狀、及延性等機械特性帶來不良影響。
又，表層捆包材5若是過薄，則變得無法支持填充於內部之海綿鈦之重量。其結果為，於室溫、熱間保持、或是加工中，鈦捆包體4之剛性不足而產生變形。因此，表層捆包材5之厚度係設為0.5mm以上。表層捆包材5之厚度宜為1.0mm以上，更好的是2.0mm以上。又，捆包材係利用熔接而組裝，形成為鈦框體或是鈦捆包體。為了確保熔接部之強度，其厚度設為70mm以下。表層捆包材5之厚度可設為30mm以下、10mm以下、或是5.0mm以下。
再者，表層捆包材5之厚度若是過量，則雖然製造上並無問題，但難以獲得降低成本之效果。因此，表層捆包材5之厚度，較佳的是設為鈦捆包體4之全厚度之40%以下或是20%以下。
2-3.鈦塊6
鈦塊6之化學成分，設為與上述1-3所記載之鈦材1內層部3之化學成分相同。鈦塊6中，Cl除外，可採用JIS H4600之1種、2種、3種或是4種所規定之成分範圍的鈦塊。其具體之化學成分，係設為O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、及Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、及H：0.013%以下。
O可設為0.15%以下、0.10%以下、0.050%以下、0.010%以下、或是0.006%以下。Fe可設為0.30%以下、0.20%以下、0.10%以下、0.070%以下、或是0.050%以下。Cl之下限可設為0.025%、0.030%、0.040%、或是0.050%，Cl之上限可設為0.15%、0.35%、或是0.55%。N可設為0.040%以下、0.030%以下、0.010%以下、0.005%以下、或是0.001%以下。C可設為0.040%以下、0.020%以下、0.010%以下、0.007%以下、0.005%以下、或是0.002%以下。H可設為0.010%以下、0.005%以下、0.003%以下、或是0.002%以下。
此等下限並無特別規定之必要，其等之下限為0%。藉由將化學組成控制於上述之範圍，則變得可將熱加工後之內層部3之化學組成調整為前述之範圍。又，鈦塊6中，作為雜質可含有如Sn、Mo、V、Mn、Nb、Mg、Si、Cu、Co、Pd、Ru、Ta、Y、La、Ce所例示之元素。
如上所述，如本發明中，為了製造廉價之鈦 材1，作為原料係使用含0.020%以上之Cl的低純度之鈦塊6。另一方面，鈦塊6之Cl含量若是超過0.60%，則鈦捆包體4之熱加工性及冷加工性降低，導致製造之鈦材1之表面性狀及機械性質劣化。
又，作為鈦塊6，可使用選自a.海綿鈦、b.將海綿鈦壓縮所得之塊體的1種以上。海綿鈦可為先前之利用以鎂還原之克羅爾法等之製鍊步驟所製造的一般之海綿鈦，例如，可使用具有相當於JIS H2151之1種M、2種M、3種M、或是4種M的化學組成之海綿鈦。
海綿鈦一般係呈薄片狀之形狀，依其製造過程其大小互異，然其平均粒徑為數十mm左右。本發明中，海綿鈦之平均粒徑較佳的是30mm以下。這是因為，海綿鈦之平均粒徑較30mm為大的情形下，搬送時或鈦捆包體4之製造時，處理會有發生問題之情況。海綿鈦之粒度宜為30mm以下。
另一方面，當海綿鈦之平均粒徑為小的情形下，在特性之層面雖不會產生問題，但若過小，則填充於由表層捆包材5所形成之鈦框體時，粉塵的發生會成為問題，而有為作業帶來阻礙之虞。緣此，海綿鈦之平均粒徑宜為1mm以上。
海綿鈦為不定形，若將海綿鈦壓縮所得之塊體作為鈦塊使用，則處理變得容易，因此令人滿意。根據輥軋時之扁胚尺寸(亦即，鈦捆包體4之尺寸)之限制等，係於預先準備之模具中，投入作為原料之海綿鈦，並 以特定之壓力壓縮加工而製造塊體。此時，可於海綿鈦中混入鈦邊角料等，但較佳的是以不發生鈦塊之成分變動的方式，事前予以充分混合。
2-4.表層部2之厚度與內層部3之厚度的比X之決定方法
為了使對於鈦捆包體4實施熱加工所製造之鈦材1符合上述(i)式，鈦捆包體4之尺寸之調整乃變得重要。為此，較佳的是首先將(i)式作為基礎，決定鈦材1之表層部之厚度tS與鈦材1之內層部之厚度tI的比X(=tS/tI)之目標值。其一例係如下所述。
X符合之範圍，可由下述(ii)式算出。
X≧(ClI-0.03)/0.02.........(ii)
其中，X<0之情形下，設為X=0。
於製作捆包體時，係測定作為原料之海綿鈦之Cl量。鈦塊之Cl量，係與鈦材1之內層部之Cl量相同，因此可自此一測定之鈦塊之Cl量，求得鈦材1之厚度比X之下限值。除此下限值以外，可考慮根據Cl量測定精度、鈦材1中之表面傷痕等之表層部的厚度之餘裕量、製造時之變動等，而決定目標之X值。
2-5.鈦捆包體4之尺寸之決定方法
基於目標之X值而決定鈦捆包體4之尺寸的方法之一例，係如下所示。首先，若將鈦材1之厚度設為t，將鈦材1之表層部之厚度設為tS，將鈦材1之內層部之厚度設 為tI，則t係成為下式。
t=2tS+tI.........(1)
鈦材1之表層部與內層部之厚度比X，自其定義乃為下式。
X=tS/tI.....(2)
鈦材1之表層部之厚度tS及內層部之厚度tI，自(1)及(2)式，分別可由下式表示。
tS=X．t/(2X+1)......(3)
tI=t/(2X+1)............(4)
將熱軋後之鈦熱軋材之厚度設為t2，予以酸洗並將表層之氧化層每單面以厚度te之程度除去之情形下，酸洗後之熱軋材之厚度t3，成為如下述之式所示。
t3=t2-2te......(5)
自過往之測定結果，酸洗後之熱軋材與冷軋材之空隙率大致相同，因此酸洗後之熱軋材的表層部與內層部的厚度比，與冷軋材之厚度比X變得同等。因此，酸洗後之熱軋材之表層部的厚度tS3與內層部的厚度tI3，若酸洗後之熱軋材整體的厚度設為t3，則成為下式。
tS3=X．t3/(2X+1)......(6)
tI3=t3/(2X+1)............(7)
自上述(6)式與(7)式，酸洗前之熱軋材之表層部的厚度ts2與內層部的厚度tI2成為下式。
tS2=tS3+te=X．t3/(2X+1)+te...(8)
tI2=tI3=t3/(2X+1).............(9)
自(6)式與(7)式，酸洗前之熱軋材之表層部的厚度與內層部的厚度之比Z，成為下式。
Z=tS2/tI2={X．t3/(2X+1)+te}/{t3/(2X+1)}=X+te(2X+1)/t3.....(10)
此處，若設熱軋材之因酸洗所造成的表層除去厚(te)、與酸洗後之熱軋材整體的厚度(t3)之比te/t3為α，則酸洗前之熱軋材之表層部的厚與內層部的厚度之比Z成為下式。
Z=X+α(2X+1).........(11)
熱軋材之內層之空隙率多小於1%，非常之低。因此，工業上或是實用上多是忽視空隙率之情形。此一情形下，因鈦捆包體4之捆包材的厚度Ts與不含空隙之鈦塊6的實質厚度D之比V(=Ts/D)，與酸洗前之熱軋材的表層厚與內層厚之比Z大致相同，因此可獲得下式。
V=Z Ts/D=X+α(2X+1).......(12)
自上述(10)式，鈦捆包體之表層部之厚度，亦即捆包材之厚度Ts可由下述算出。
Ts={X+α(2X+1)}D.....(13)
自過往之測定結果，α約為0.01左右，因此工業上或是實用上，Ts可由下式算出。
Ts={X+0.01(2X+1)}D...．．(14)
於鈦捆包體4製作時，若事先決定不含空隙之鈦塊6的實質厚度D，則自目標之X值可使用上述(13)式或是(14)式算出鈦捆包體4之表層部之厚度(表層捆包材5之厚度)Ts。
實用上，若將式(14)之「0.01(2X+1)」之項視為零，若假定Ts=X．D，則基於目標之X值與輥軋時之扁胚尺寸(亦即，鈦捆包體4之尺寸)之限制等，暫時決定不含空隙之鈦塊6之實質厚度D。
基於該暫時決定，準備用於捆包體之鈦塊6。基於該鈦之質量W與鈦捆包體4之寬度B與長度L之測定結果、及鈦之密度ρ(=4.51g/cm2)，可由下式求得最終之D值。
D=W/BLρ...............(15)
其次，自所獲得之D值及設為目標之X值，決定鈦捆包體4之表層部的厚度(表層捆包材5的厚度)Ts。
又，此時，較佳的是針對目標之X值，於自原料之海綿鈦之Cl量的測定結果預測鈦塊6之Cl量的情形下，測定製作之鈦塊6之氯量，確定其符合(ii)式。因應必要，係將鈦捆包體4之表層部的厚度(表層捆包材5的厚度)Ts變更成符合(ii)式。
計算製造板厚t=1mm、X=tS/tI=0.3/0.4=0.75之鈦材的情形下之捆包材之尺寸。
準備鈦塊，若自式(15)測定其D，則 D=17.16mm。同時又測定Ti，其為48.4mm。為參考起見，若基於式(16)計算空隙率p，則其為1-17.16/48.4=0.65即65%。
D=Ti(1-p)...............(16)
若根據式(14)算出鈦捆包材之厚度Ts，則為Ts=(0.75+0.01(1+2×0.75))×17.16=13.3mm， 即Ts=13.3mm。Ti=48.4mm，則成為T=13.3×2+48.4=75mm厚之捆包體。
3.製造方法
針對本發明之一個實施方式的鈦捆包體4及鈦材1之製造方法的一例進行說明。又，以下之說明中，係使用板狀之鈦材1之製造方法作為一例，但不受此限定。
3-1.鈦捆包體4之製造方法
首先，將相當鈦框體之底面及側面之部分，如第6圖所示，使用5片之鈦板(表層捆包材)予以組裝成箱形，設為只有上面開口之狀態。而後，於鈦框體之內部填充以海綿鈦及/或預先將海綿鈦壓縮成形所得之塊體，然後，將充為鈦框體之上面的鈦板(表層捆包材)自上方被覆，進行暫時組合。又，於上述之例中，鈦框體係呈箱形，但形狀不受限制，也可為管狀等。
繼之，將暫時組合之鈦框體收納於真空腔室內，將腔室內之真空度減壓至10Pa以下後，將接縫部分 熔接而形成鈦捆包體4。又，作為海綿鈦，係使用由克羅爾法之製鍊步驟所製造的一般之海綿鈦。惟有必要將海綿鈦中之Cl含量調整成為於上述之規定範圍內。
克羅爾法所製造之海綿鈦，係將四氯化鈦以Mg還原而製造。由該還原所生成之MgCl2，係利用次一步驟之真空分離步驟而除去。然而，處理巨大之塊狀海綿鈦之素材的情形下，MgCl2無法完全除去，而作為不可避免之雜質部分殘存於破碎後之海綿鈦內。海綿鈦之Cl含量超過上述之規定範圍的情形下，例如可進行以下所記載之真空再分離處理。
真空再分離處理，係於真空度1.3Pa以下(較好的是1.3×10-2Pa以下)之真空環境下以900~1200℃保持之真空氛圍下的熱處理，此一熱處理時間可配合所期望之Cl含量與原料海綿鈦之Cl含量而調整。例如，期望獲得Cl含量為0.05%以下之海綿鈦的情況下，宜於1.3×10-2Pa以下之真空中加熱40小時以上。
將鈦框體之接縫部分熔接之方法，並無特別限定。例如可為TIG熔接或MIG熔接等之電弧熔接、電子束熔接、或是雷射熔接等。惟，為使鈦塊6及表層捆包材5之表面不致氧化或氮化，熔接進行時，熔接氛圍係採真空氛圍或惰性氣體氛圍。
3-2.鈦材1之製造方法
藉由對上述之鈦捆包體4進行熱軋可獲得板狀之鈦材 1。又，於期望獲得板狀之鈦材1的情形下，進行熱軋即可，於期望獲得圓棒狀或是線材狀之鈦材1的情形下，進行熱擠壓加工等即可。
熱軋後，因應必要將表面之氧化層以酸洗等除去後，可進行冷軋而作更薄化之加工。
熱加工時之加熱溫度，採用與利用鑄造製作之先前之鈦扁胚、或小胚熱加工之情況下相同的加熱溫度即可。雖依鈦捆包體4之大小、或加工率而異，然上述加熱溫度較佳的是設為600~1200℃。
上述加熱溫度若是過低，則鈦捆包體4之高溫強度過高，因此會成為熱加工中破裂之原因。除此之外，鈦塊6與表層捆包材5之接合會變得不充分。另一方面，上述加熱溫度若是過高，則所獲得之鈦材1的組織變粗，而無法獲得充分之機械特性。再者，因氧化以致表層捆包材5會減薄。又，為了於海綿鈦彼此結合時使空隙減少而確保充分之機械特性，熱加工率宜設為50%以上。
另一方面，由於空隙的增加也是輕量化之一個助力，因此也可在強度或延性等之機械特性容許的範圍內於鈦材1內含有空隙。此時之熱加工率，可以兼具所期望之機械特性之方式選擇。此時，熱加工率宜為30%以上且50%以下。
熱加工之後，於因應必要進行冷加工時，可因應最終製品之形狀選擇適切之冷加工率。此時，冷加工率較佳的是30%以上且95%以下。冷加工率也可為96%、 98%以下。
熱加工及冷加工後也可進一步進行退火。上述退火宜在真空中或惰性氣體氛圍下，設為500~850℃之溫度下進行，可因應必要之機械特性選擇退火時間。
又，熱加工或是冷加工時之加工率，係加工前與加工後之截面積的差除以加工前之截面積所得的比率(百分率)，加工前之截面積設為AB，加工後之截面積設為AA時，如以下般之定義。又，此時之截面積，係指與加工(輥軋)方向垂直的截面之截面積。
加工率(%)=(AB-AA)/AB×100
以下，根據實施例將本發明更具體的說明，本發明不受此等實施例之限定。
[實施例1] [試驗材製作步驟]
於鈦框體內填充由克羅爾法所製造之Cl含量不同之海綿鈦(Cl：0.021~0.502%，平均粒徑：0.25~19mm)。此處，使用厚度0.6~36mm之鈦板(JIS1種)，製作厚度75mm、寬度100mm、長度120mm之長方體狀之鈦框體。
以下，說明其細節。於製作鈦捆包體時，首先，組裝5片之鈦板(表層捆包材)，形成為上面具有開口部之箱形後，於其中填充海綿鈦，將開口部以另一片之 鈦板(表層捆包材)封蓋而予以暫時組裝成鈦框體。
將該暫時組裝之鈦框體收容於真空腔室內將其內部之真空度減壓成8.2×10-3~1.1×10-1Pa後，將鈦框體之接縫全周利用電子束熔接密封，形成為鈦捆包體。
其次，將該鈦捆包體於大氣氛圍下加熱至850℃後，進行熱軋，形成厚度5mm之熱軋板。而後，利用噴砂及硝氟酸，進行將熱軋板之表背面以每個單面除去約50μm(兩面為100μm)之酸洗處理(除垢處理)。
而後，對熱軋板進行冷軋，形成厚度1mm之鈦板。而後，作為退火處理，於真空或惰性氣體氛圍中進行加熱至670℃並保持180分鐘之熱處理，藉而製作鈦材。以試驗編號1為例進行詳細說明。
試驗編號1中，自海綿鈦之Cl量之分析結果0.023%，算出X之下限值0。考量鈦材之厚度為1mm、表面傷痕等之發生等，目標X值設為0.75。基於該目標X值與扁胚尺寸等之限制，暫時決定不含空隙之鈦塊之實質厚度D的目標值17.2mm、與表層捆包材之厚度Ts的目標值13.3mm。自鈦塊之實質厚度D算出鈦塊之重量，自於鈦框體填充海綿鈦時之空隙率算出鈦框體之必要容積，鈦框體內(鈦捆包體內)之厚度設為48.4mm。使用此一鈦塊與鈦板，製作厚度75mm之鈦捆包體。測定進行熱軋及冷軋等製造之鈦材之表層部與內層部的厚度。其分別成為0.303mm、0.398mm，X值為0.76。確認可製造與目標X=0.75大致接近之鈦材。
又，於試驗編號15中，於製作鈦捆包體時，以下面與上面變更厚度，使鈦材之兩個表層部之厚度分別成為0.24mm及0.33mm之方式進行製造。
[化學組成]
表層部及內層部之化學組成，係根據JIS H 1612(1993)、JIS H 1614(1995)、JIS H 1615(1997)、JIS H 1617(1995)、JIS H 1619(2012)、JIS H 1620(1995)測定。又，此時，表層部或內層部之厚度為0.2~0.1mm之情形下，此部分之化學組成係使用切削等加工所得之切粉等進行分析。表層部或內層部之厚度小於0.1mm之情形下，自鈦材之整體之化學成分的分析結果、與厚的一方(內層部或表層部)之化學成分的分析結果，算出該部分之化學成分。
[厚度測定]
表層部及內層部之厚度，係藉由利用光學顯微鏡之微組織觀察進行測定。首先，為了能觀察製作之鈦材之截面，予以埋入樹脂中，於研磨暨腐蝕後，拍攝光學顯微鏡照片。如第2圖所示，於表層部及內層部，可清晰地觀察到邊界線。此外，基於結晶粒徑之差異等，於腐蝕後之濃淡可觀察到差異，因此基於此也可判別邊界。
自隨機選取之20個部位之截面照片來測定表層部與內層部之厚度，求取各部之平均值，自測定之表層部及內層部之平均厚度，算出表層部之厚度/內層部之厚度。
[空隙率]
鈦材之內層部之空隙率係如下求得。首先，自內層部之板厚中心部切出觀察用試料。而後，為使與鈦材之長度方向垂直的截面設為觀察面，將切出之觀察用試料埋入樹脂中後，使用金剛鑽或氧化鋁懸浮液進行拋光研磨而予鏡面加工。而後，拍攝鏡面加工之觀察面之光學顯微照片。
測定拍攝之光學顯微鏡照片中所含的空隙部分之面積，藉由將其除以攝影視野整體之面積，而求得空隙率。此時，利用光學顯微鏡之拍攝，係以觀察面積合計成為0.3mm2以上(倍率500倍之光學顯微鏡照片為20視野以上)之方式進行，採用其等之平均值。
[機械特性]
自製作之鈦材，於輥軋方向切出平行部12.5×60mm(厚度=板厚)、標點間50mm、夾頭部20mm寬度、全長150mm之拉伸試驗材(JIS13B拉伸試驗片)，根據JIS Z 2241(2011)(金屬材料拉伸試驗方法)進行平板拉伸試驗，根據全伸長率評估延性。又，於本實施例中，於全伸長率為20%以上之情形下，判斷其延性優異。
又，自製作之厚度1mm之鈦材，切出與輥軋方向平行之寬度20mm，長度50mm之長方形試驗片，根據JIS Z 2248(2014)(金屬材料彎曲試驗方法)進行平板180°彎曲試驗(彎曲內側之直徑為板厚)，根據破裂之 有無評估彎曲性，無破裂者記為“○”，有破裂者記為“×”。
以上之結果示於表1及表2中。
表1及表2中之試驗編號1~15，係完全符合本發明所規定之條件的本發明例。試驗編號1~15均是內層部之Cl含有率為0.60%以下，且符合(i)式，而且又為符合空隙體積率30%以下，因此成為延性及彎曲性優異之結果。
另一方面，試驗編號16~37係不符合本發明所規定之條件的比較例。此等比較例，其內層部之Cl含有率雖為0.60%以下，但不符合(i)式，因此乃為延性或彎曲性不佳之結果。
第7圖中，針對彎曲性，本發明例係以○，比較例係以×表示。本發明例中，即使內層部之氯濃度高，也仍具有良好之彎曲性。如是，藉由將表層部厚度與內層部厚度適切地控制，可防止起因於Cl之機械特性的劣化。
[實施例2] [試驗材製作步驟]
於鈦框體中，填充由克羅爾法所製造之海綿鈦(Cl：0.025%，平均粒徑=0.25~19mm)。又，作為表層捆包材，使用厚度4.0mm之鈦板(JIS1種)，依據與實施例1相同之製造方法製作厚度39~148mm、寬度100mm、長度120mm之鈦捆包體。
其次，將此鈦捆包體4於大氣氛圍下加熱於 850℃後，進行熱軋，形成厚度20mm之熱軋板。而後，利用噴砂及硝氟酸，進行將熱軋板之表背面以每個單面除去約50μm(兩面為100μm)之除垢處理，而製作鈦材。
而後，根據與實施例1相同之評估方法，調查表層部及內層部之化學組成、厚度及鈦材之機械特性。又，於本實施例中，全伸長率為20%以上之情形下，判斷延性為優異。再者，以目視觀察鈦材之表面性狀，評估表面破裂之有無，無破裂者記為“○”，有破裂者記為“×”。又，根據JIS H 4600(2012)，針對板厚5mm以上之鈦材，並無實施彎曲試驗之必要，本實施例中並未進行彎曲試驗。
以上之結果示於表3及表4中。
表3及表4中之試驗編號38~42，係完全符合本發明所規定之條件的本發明例。試驗編號38~42均是內層部之Cl含有率為0.60%以下，且符合(i)式，而且又為符合空隙體積率30%以下，因此成為表面性狀良好、且延性優異之結果。
[實施例3] [試驗材製作步驟]
將由克羅爾法所製造之海綿鈦(Cl：0.028~0.052%，平均粒徑=0.25~19mm)置入模具中予以壓縮性壓製，而成形為體積密度3.2g/cm3之塊體。
將此等塊體切斷加工成長方體形狀之後，以厚度10mm之鈦板(JIS1~4種)捆包，而後再依與實施例1相同之製造方法，製作厚度28~84mm、寬度100mm、長度120mm之鈦捆包體。
其次，將該鈦捆包體，依與實施例1相同之製造方法進行熱軋、除垢、冷軋及退火處理，而製作鈦材。
有關試驗編號55，係對表層捆包材之1片事前於端部開孔並將銅管硬焊熔接。將捆包體整體組裝，並於Ar氣體氛圍中將表層捆包材之接縫作全周電弧熔接而組裝成鈦捆包體。而後，經由銅管將鈦捆包體之內部之真空度減壓成15Pa之後，將銅管密閉而製作鈦捆包體。然 後，與上述實施例相同地進行熱軋、冷軋，獲得鈦材。
其後，根據與實施例1相同之評估方法，調查表層部及內層部之化學組成、厚度及鈦材之機械特性。又，本實施例中亦然，全伸長率為20%以上之情形下，判斷為延性優異。進而，以目視觀察鈦材之表面性狀，評估表面破裂之有無，無破裂者記為“○”，有破裂者記為“×”。
以上之結果示於表5及表6中。
表5及表6中之試驗編號43~50，係完全符合本發明所規定之條件的本發明例。試驗編號43~50均是內層部之Cl含有率為0.60%以下，且符合(i)式，而且又為符合空隙體積率30%以下，因此成為表面性狀良好、且延性優異之結果。
試驗編號51~54，雖然內層部之Cl含有率為0.60%以下，但不符合(i)式，因此成為彎曲性不佳之結果。
試驗編號55，雖然表面性狀良好，但內層部部分氧化且O含量脫出規定外，因此成為延性低、彎曲性不良之結果。
如以上所示般，本發明之鈦材，具備優異之表面性狀、伸長率及彎曲性，適用於被要求高變形能力之構件，例如屋瓦等。

Claims (3)

  1. 一種鈦材，係具有內層部與表層部，上述表層部之化學組成，以質量%計為：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：0.020%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；上述內層部之化學組成，以質量%計為：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；上述內層部具有空隙，上述鈦材之與長度方向垂直的截面中，上述內層部的上述空隙之面積率大於0%且30%以下；而且符合下述(i)式：ClI≦0.03+0.02×tS/tI...(i)其中，上述(i)式中之各記號之意義係如下所述：ClI：內層部之Cl含量(質量%)tS：表層部之厚度tI：內層部之厚度。
  2. 一種鈦材之製造方法，其係如申請專利範圍第1項之鈦材之製造方法，具有：製作鈦框體之步驟，該鈦框體具有以下之以質量%計之化學組成：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：0.020%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；於上述鈦框體之內部，填充選自海綿鈦及該海綿鈦壓縮成之塊體之1種以上的步驟，該海綿鈦具有以下之以質量%計之化學組成：O：0.40%以下、Fe：0.50%以下、Cl：大於0.020%且0.60%以下、N：0.050%以下、C：0.080%以下、H：0.013%以下、及其餘部分：Ti及雜質；於將上述鈦框體之內部之真空度設為10Pa以下後，以該內部之真空度可獲維持之方式將其周圍密閉，而形成鈦捆包體的步驟；以及對於上述鈦捆包體進行熱加工的步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之鈦材之製造方法，其中於進行上述熱加工的步驟之後，進而具有進行冷加工及退火的步驟。
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