KR101883514B1 - 주조에 의한 나노 쌍정화된 티타늄을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법으로서, 상기 방법은:
- 티타늄 외에, 0.05 wt% 이하의 N, 0.08 wt% 이하의 C, 0.015 wt% 이하의 H, 0.50 wt% 이하의 Fe, 0.40 wt% 이하의 O, 및 0.40 wt% 이하의 잔부를 포함하는 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 주조하는 단계,
- 상기 재료를 0℃ 이하의 온도가 되게 하는 단계,
- 상기 온도에서, 상기 재료에서 나노 쌍정이 형성되는 정도로 상기 재료에 소성 변형을 가하는 단계
를 포함한다.

Description

주조에 의한 나노 쌍정화된 티타늄을 제조하는 방법{METHOD OF PRODUCING A NANO-TWINNED TITANIUM MATERIAL BY CASTING}

본 발명은 나노 쌍정을 함유하는 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법에 관한 것이다.

티타늄은 티타늄의 유리한 기계적 특성과 비교적 낮은 비중이 매우 높이 평가되는 다수의 적용을 갖는다. 일부 적용에서, 예컨대 Ti-6Al-4V 와 같은 더 일반적으로 사용되는 합금 대신에 상업적으로 순수한 티타늄을 사용하는 것은 흥미롭다. 이는, 최종 생성물이 통상적으로 임플란트처럼 사람의 조직과 매일 접촉할 수 있지만, 예컨대 장신구, 피어싱 등과 같은 다른 형태로도 접촉할 수 있는 적용에서 특히 흥미롭다.

이는, Ti-6Al-4V 및 다른 기계적으로 유리한 합금에 종종 존재하는 바나듐이 유독성이고 알레르기성이므로, 임플란트처럼 또는 다른 유사한 적용에서 사용되도록 하는 재료에 포함되는 것이 적합하지 않다는 사실에 기인한다. 추가로, 상업적으로 순수한 티타늄의 생체적합성은 다른 티타늄 합금의 생체적합성보다 더 양호한 것으로서 통상적으로 인식된다.

하지만, 문제점은 예컨대 상업적으로 순수한 티타늄과 같은 낮은 바나듐 함량을 갖는 티타늄 재료는 해당 합금보다 현저하게 낮은 항복 강도와 인장 강도를 가지는 것이다.

따라서, 여기에는 종래의 상업적으로 순수한 (CP; commercially pure) 티타늄 재료보다 비교적 더 높은 항복 강도 및 인장 강도를 갖는, 바람직하게는 보존된 높은 연성을 갖는, 낮은 바나듐 함량을 포함하는 티타늄 재료, 통상적으로 CP 티타늄 재료에 대한 필요가 존재한다.

전위 (dislocation) 를 유도함으로써 또는 입자 크기를 줄임으로써 CP 티타늄 재료의 강도를 증가시킬 수 있다. 하지만, 종래에는, 이러한 방법들이 연성의 원치않은 감소로 이어지고, 이는 대부분의 적용을 위한 재료의 적합성을 떨어뜨린다.

최근에, 금속 재료 내의 나노 쌍정의 도입은 높은 강도와 높은 연성을 갖는 재료를 얻기 위한 효과적인 방법이라는 것이 입증되었다. 하지만, 모든 재료들은 이러한 프로세스에 민감하지 않다. 또한, 나노 쌍정이 재료 내에 유도될 수 있는 일반적인 작용이 없다. 상이한 재료에서 나노 쌍정의 유도에 대한 효과를 가지기 위해 상이한 방법들이 나타내어 졌다.

쌍정은 동일한 결정 격자의 일부를 공유하는 두 개의 별개의 결정으로서 정의될 수 있다. 나노 쌍정에 대해, 별개의 결정 간의 거리는 1,000 ㎚ 미만이다.

비특허문헌 XP-002639666 로부터 높은 변형 속도에서 나노구조 티타늄을 강화하는 것이 공지되어 있다. 티타늄 재료는 냉간 압연에 더하여 등통로각압축 (equal channel angular pressing) 에 의해 준비된다. 이런 이유로, 티타늄 재료는 초미세립 티타늄 재료이다. 높은 변형 속도에서의 티타늄 재료의 변형 프로세스 중에 쌍정 (twinning) 이 재료 내에서 관찰되었다.

US 2005/0109158 는 초미세립 티타늄 또는 티타늄 합금 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 거친 입자의 티타늄 재료는 극저온 밀링을 이용하여 초미세립 분말로 엄격하게 기계적으로 변형된다. 이 방법은 개선된 기계적 특성을 갖는 재료를 야기한다.

하지만, 예컨대 주조된 티타늄과 같이 분말로부터 형성되지 않은 티타늄의 강도를 개선하는 방법은 공지되지 않았다.

본 발명의 목적은 개선된 강도를 갖는 상업적으로 순수한 티타늄 재료 및 이러한 재료를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

이는 본 발명에 의해 독립 청구 범위에 따라 달성된다.

본 발명은 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:

- 티타늄 외에, 0.05 wt% 이하의 N, 0.08 wt% 이하의 C, 0.015 wt% 이하의 H, 0.50 wt% 이하의 Fe, 0.40 wt% 이하의 O, 및 0.40 wt% 이하의 잔부를 포함하는 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 주조하는 단계,ㄴ

- 상기 재료를 0℃ 이하의 온도가 되게 하는 단계,

- 상기 온도에서, 상기 재료에서 나노 쌍정이 형성되는 정도로 상기 재료에 소성 변형을 가하는 단계

를 포함한다.

실험은 이러한 단계들을 실시함으로써 나노 쌍정이 재료에 유도된다는 것을 보여주고, 여기서 티타늄 재료의 인장 강도 및 항복 강도 모두는 증가한다. 본 발명은 임의의 특정 유형의 주조에 제한되지 않고, 모재가 분말이 아닌 모든 유형의 방법들을 포함한다. 따라서, 본 발명은 그 중에서도 연속 주조 및 몰드 주조를 포함한다. 추가로, 저온에서의 변형은 주조 후에 언제라도 실시될 수 있다. 본 발명에 대해, 본 발명의 나머지 방법 단계들에 민감한 미세 조직을 획득하기 위하여 주조 단계가 중요하다. 따라서, 저온에서의 변형은 주조 단계와 함께 이루어져야 한다는 점에서 제한이 없다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 변형은 초당 2% 미만, 바람직하게는 초당 1.5% 미만, 더 바람직하게는 초당 1% 미만의 속도로 재료에 가해진다.

제어가능한 레벨에서 재료의 온도 증가를 유지시키므로 상대적으로 낮은 변형 속도가 유리하다. 변형 속도가 너무 높으면 재료 내의 온도가 증가할 수 있고, 나노 쌍정의 형성과 같은 소성 변형의 예측성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.

바람직하게는, 소성 변형이 재료에 가해지기 전에, 재료는 -50℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 -100℃ 미만의 온도가 된다.

본 발명의 방법의 일 실시형태에 있어서, 재료는 소성 변형이 재료에 가해지기 전에 예컨대 액체 질소에 의해 -196℃ 의 온도로 냉각된다.

본 발명의 방법의 일 실시형태에 있어서, 소성 변형은 예컨대 압연으로부터 압축에 의해 재료에 가해진다.

압축에 대한 대안 또는 보완으로서, 소성 변형은 예컨대 드로잉에 의해 재료에 가해지는 변형 (straining) 을 포함할 수 있다. 재료는 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 30% 의 소성 변형에 상당하는 정도까지 소성 변형될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 특정 실시형태에 있어서, 소성 변형은 변형당 10% 미만, 더 바람직하게는 변형당 6% 미만, 더 바람직하게는 변형당 4% 미만으로 간헐적으로 재료에 가해진다.

이 적용의 범위에 대해, 간헐적 드로잉은 드로잉이 단계적으로 실시된다는 것을 의미한다. 각각의 단계 사이에서, 드로잉이 다시 시작되기 전에, 응력은 단시간, 바람직하게는 1 초 초과, 훨씬 더 바람직하게는 3 초 초과, 예컨대 5 ~ 10 초동안 일시적인 응력의 90% 미만, 또는 바람직하게는 80% 미만 또는 70% 미만으로 일시적으로 떨어진다.

본 발명에 따른 방법의 추가의 실시형태에서, 변형은 초당 0.2% 초과, 더 바람직하게는 초당 0.4% 초과, 더 바람직하게는 초당 0.6% 초과의 속도로 재료에 가해진다.

본 발명에 따른 방법의 추가의 실시형태에서, 주조된 상업적으로 순수한 티타늄 재료는 0.01 wt% 이하의 H 를 포함하고, 본 발명에 따른 다른 실시형태에서, 재료는 0.45 wt% 이하의 Fe 를 포함한다. 게다가 추가의 실시형태에서, 주조된 상업적으로 순수한 티타늄 재료는 0.35 wt% 이하의 O, 더 바람직하게는 0.30 wt% 이하의 O 를 포함한다.

본 발명의 방법으로, 비교적 높은 강도를 갖는 상업적으로 순수한 티타늄 재료가 생산된다. 상기 방법에 의해 제공된 재료의 평균 나노 규모의 쌍정의 간격은 1000 ㎚ 이하이다.

재료는 바람직하게는 500 ㎚ 미만, 더 바람직하게는 300 ㎚ 미만의 나노 규모의 쌍정 간격을 갖는다.

본 발명의 방법으로 인해, 재료는 700 MPa 초과, 바람직하게는 750 MPa 초과, 더 바람직하게는 800 MPa 초과의 항복 강도를 바람직하게는 얻는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 재료는 750 MPa 초과, 바람직하게는 800 MPa 초과, 더 바람직하게는 850 MPa 초과의 인장 강도를 갖는다.

이하에서 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 방법을 도시하는 논리 흐름도를 도시한다.
도 2 는 상이한 온도에서 CP 티타늄 재료에 대해 변형율에 대한 인장 강도를 도시하는 도표이다.
도 3 은 본 발명에 따라 생산된 나노 쌍정화된 CP Ti 재료의 현미경도를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따라 생산된 나노 쌍정화된 CP- Ti 재료의 TEM-연구를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따라 생산된 나노 쌍정화된 CP- Ti 재료의 X-ray 회절 패턴을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따라 생산된 나노 쌍정화된 CP- Ti 재료의 오배향 맵핑 (misorientation mapping) 의 측정을 도시한다.

본 발명은 상업적으로 순수한 티타늄 재료의 개선을 제공하고 구체적으로는 이러한 재료를 생산하는 방법에 대해 제공한다.

티타늄은 조성을 변화시키는 다수의 그레이드로 존재한다. 그레이드 1 ~ 4 중 어느 하나에 해당하는 티타늄 조성은 상업적으로 순수한 것으로서 일반적으로 나타난다. 그레이드 5 의 조성을 갖는 티타늄은 Ti-6Al-4V 로서 일반적으로 공지되고, 이의 매우 양호한 기계적 특성으로 인해 오늘날 가장 폭넓게 사용된 티타늄 재료이다.

그레이드 1 ~ 5 의 티타늄 재료의 조성은 이하의 표 1 에 나타내었다. 간격이 주어지지 않은 한 값들은 최대 wt% 를 나타낸다.

표 1 상이한 그레이드의 티타늄의 조성. ( wt %)

전술한 바와 같이, 상업적으로 순수한 티타늄 재료는 예컨대 의학 분야에서와 같이 일부 적용에서 매우 흥미로운데, 이 상업적으로 순수한 티타늄 재료가 알레르기성 금속 바나듐을 포함하지 않거나 알레르기성 금속 바나듐의 매우 적은 양만을 포함하기 때문이다. 본 발명의 특정 목적은 그레이드 1 ~ 4 내의 조성의 티타늄 재료의 기계적 특성이 그레이드 5 내의 조성의 티타늄 재료의 기계적 특성에 해당하도록 그레이드 1 ~ 4 내의 조성의 티타늄 재료의 기계적 특성, 구체적으로는 항복 강도를 개선하는 방법을 발견하는 것이다.

일반적으로, 상업적으로 순수한 티타늄 재료에 대해, 재료의 강도는 증가된 산소 함량에 비례하여 증가할 것이다. 표 2 에서는, 티타늄 그레이드 1 ~ 5 와 그레이드 23 의 일부 통상적인 기계적인 특성을 보여주고, 여기서 Rp0.2 는 0.2% 의 소성 변형에서의 항복 강도에 해당하고, Rm 은 인장 강도에 해당하며, A 는 연신율 (궁극적 변형율) 에 해당하고, E 는 영률에 해당한다.

표 2 상이한 그레이드의 티타늄의 통상적인 기계적 특성.

본 발명에 따라, 나노 쌍정이 상업적으로 순수한 티타늄 재료에서 유도될 수 있다는 것이 보여진다. 이는 발명의 일반화가 가능한 이하의 네 개의 실시예에서 설명될 것이다.

표 3 에 네 개의 예시적인 샘플들의 조성을 나타내었다.

표 3 네 개의 예시적인 샘플들의 조성 (최대 wt %)

표 3 으로부터, 질소의 높은 함량으로 인해, 제 1 샘플, 즉 CP Ti #1 은 티타늄 그레이드 2 에 속하는 조성을 가지고, 제 2 및 제 3 샘플, 즉 CP Ti #2 과 #3 은 티타늄 그레이드 3 에 속하는 조성을 갖는다는 것을 결론 낼 수 있다. 제 4 샘플은 철의 더 높은 함량으로 인해 그레이드 4 에 속한다.

이하의 4 개의 실시예에서, 샘플들은 간헐적인 드로잉을 받았다. 이 적용의 범위에 대해, 단계적인 또는 간헐적인 드로잉은, 드로잉이 다시 시작되기 전에 응력이 예컨대 5 ~ 10 초의 단시간 동안 일시적인 응력의 90% 미만, 또는 바람직하게는 80% 미만 또는 70% 미만으로 일시적으로 낮아진다는 것을 나타낸다.

간헐적인 소성 변형은 연속 변형보다 더 높은 총 변형이 달성될 수 있도록 변형에 대한 전체 허용 오차를 증가시키는 효과적인 방법인 것으로 입증되었다.

추가로, 드로잉 중에 온도 증가를 회피하기 위하여, 재료는 전체 드로잉 공정을 통해 연속적으로 냉각된다.

이하의 실시예를 위한 시작 재료는 바 재료 (bar material) 로의 용융, 주조, 단조/열간 압연 및 압출을 포함하는 종래의 야금 방법으로 생산되는 바 재료이다.

따라서, 본 발명의 방법은 다른 완료된 제품에 대해 실시될 수 있다.

실시예 1

제 1 실시예에서, 샘플 CP Ti #1 은 -100℃ 미만의 온도로 냉각되었고, 이어서 이 온도에서 소성 변형되었다.

50㎜ 의 초기 전체 길이를 갖는 샘플은 35% 의 총 변형까지 20㎜/분 (초당 0.67%) 의 속도로 장력에 의해 소성 변형되었다. 변형은 한번에 2% 의 간격으로 행해졌다.

실시예 2

제 2 실시예에서, 샘플 CP Ti #2 는 -100℃ 미만의 온도로 냉각되었고, 이어서 이 온도에서 소성 변형되었다.

50㎜ 의 초기 전체 길이를 갖는 샘플은 35% 의 총 변형까지 30㎜/분 (초당 1%) 의 속도로 장력에 의해 소성 변형되었다. 변형은 한번에 2% 의 간격으로 행해졌다.

실시예 3

제 3 실시예에서, 샘플 CP Ti #3 은 -100℃ 미만의 온도로 냉각되었고, 이어서 이 온도에서 소성 변형되었다.

50㎜ 의 초기 전체 길이를 갖는 샘플은 40% 의 총 변형까지 20㎜/분 (초당 0.67%) 의 속도로 장력에 의해 소성 변형되었다. 변형은 한번에 2% 의 간격으로 행해졌다.

실시예 4

제 4 실시예에서, 샘플 CP Ti #4 은 -100℃ 미만의 온도로 냉각되었고, 이어서 이 온도에서 소성 변형되었다.

50㎜ 의 초기 전체 길이를 갖는 샘플은 25% 의 총 변형까지 30㎜/분 (초당 1%) 의 속도로 장력에 의해 소성 변형되었다. 변형은 한번에 2% 의 간격으로 행해졌다.

지정된 온도에서 목표 (pretension) 를 결론 내린 후에, 샘플 #1-4 은 실온에서 그 다음의 기계적 특성을 테스트하기 위해 실온에서 남아 있었다.

샘플의 관찰된 기계적인 특성은 표 4 에 나타내었다.

표 4 로부터 항복 강도 및 인장 강도 모두가 그레이드 2 및 3 의 티타늄 재료에 대하여 해당 참고 값에 관하여 모든 4 개의 샘플들에 대해 현저하게 증가하였다는 것이 명백해진다. 상기 강도들의 이러한 증가는 재료들이 참조 재료의 특성, 예컨대 티타늄 그레이드 5 및 그레이드 23 에 해당하거나 심지어 초과하도록 저온에서의 선변형 (pre-straining) 에 의해 유도되는 재료의 구조체 내에서의 나노 쌍정의 형성으로 인한 것이다.

표 4 참조와 비교한 샘플의 기계적 특성

전술한 실시예로부터, 본 발명의 방법은 일반화될 수 있다. 이 상세한 설명의 이하의 부분에서는 본 발명에 따른 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법의 논리 흐름도가 도 1 을 참조하여 설명된다.

제 1 단계에서, 상업적으로 순수한 티타늄 재료가 제공된다. 본 발명에 따라, 제공된 재료는 주조되고, 예컨대 소결 및/또는 열간 정수압 소결법 (HIP; hot isostatic pressing) 과 같은 분말법에 의해 생산되지 않는다.

주조된 티타늄 재료는 실온 이하의 온도로 냉각된다. 일반적으로, 온도가 낮을수록 나노 쌍정의 효과는 더 커질 것이다.

도 2 에서 티타늄 그레이드 2 재료의 인장 시험을 거친 도표를 도시한다. 이 도표에서, 톱니 모양의 곡선의 일부에 잇달아 응력의 갑작스런 하강을 관찰할 수 있다. 이러한 톱니 모양의 곡선은 쌍정이 발생했다는 것을 나타낸다. 추가로, 도 2 에서의 도표는 인장 테스트가 실시되는 온도가 재료의 강도에 대해 강한 영향을 갖지만, 또한 응력의 갑작스런 하강이 발생하는 변형에 대해서도 강한 영향을 갖는다는 것을 나타낸다. 온도가 낮아질수록 더 낮은 변형율이 응력의 갑작스런 하강을 유발하는데 필요하고, 따라서 쌍정의 형성을 개시하는데 필요하다.

상기 도표로부터, 쌍정의 형성이 단지 0℃ 에서 약 9% 의 변형율 이상으로 발생할지라도, 쌍정이 0℃ 이하의 온도로부터 형성될 수 있다는 것은 명백하다.

논리 흐름도의 단계 4 에서, 나노 쌍정이 재료 내에서 발생할 때까지 재료에 소성 변형이 가해진다. 소성 변형은 특정 밀도의 나노 쌍정 또는 "나노 규모의 쌍정 간격" 이 재료 내에 달성되는 때까지 유지되어야 한다. 이는 이하에서 더 상세하게 설명된다.

설명된 실시예의 관점에서, 만족스러운 기계적 특성을 가진 나노 쌍정 재료가 저온에서 소성 변형에 의해 얻어질 수 있는 폭넓은 조성 기간이 존재한다. 구체적으로 말하면, 나노 쌍정 없이 CP 티타늄 재료의 강도를 결정하는 산소 함량이 나노 쌍정을 형성하기 위해서 높아질 필요가 없다. 샘플 CP Ti #1 에서는, 산소 함량이 0.19 wt% 만큼 낮으며, 이는 티타늄 그레이드 1 의 한정 (0.18% 이하) 에 대해 경계선상에 있다.

샘플 CP Ti #1-4 이 실제로 나노 쌍정을 포함한다는 이론을 검증하기 위해, 그들 각각의 미세 조직은 낮은 배율의 현미경과 TEM 연구에서 모두 연구되었다.

나노 쌍정화된 순수한 티타늄 재료는 니들 또는 라스 (lath) 형상의 패턴으로 가득찬 미세조직을 갖는다. 이러한 니들 또는 라스는 도 3 에 비교적 낮은 배율로 도시된다. 볼 수 있는 바와 같이, 니들 또는 라스는 특정 클러스터 내에서 유사한 결정 방위를 갖지만, 각각의 클러스터는 이웃하는 클러스터와는 관계없이 특정 방위를 갖는다.

도 4 의 TEM 연구에서 보이는 대로 나노 쌍정의 밀도는 매우 높을 수 있다. 이 경우, 이는 72% 보다 크다. 재료에 대한 이른바 "나노 규모의 쌍정 간격" 은 1000㎚ 이하이다. 대부분의 쌍정에 대해 나노 규모의 간격은 500㎚ 이하이고, 구체적으로는 300㎚ 이하이다. 추가로, 대부분의 쌍정은 50㎚ 이상의 "나노 규모의 쌍정 간격" 을 가진다.

쌍정 도메인은 전체 입자를 통해 연장하지 않고, 오히려 더 짧은 세그먼트로 나누어진다. 이웃하는 도메인의 결정학적 배향이 전체적으로 상이하고 입자들 간의 오배향은 크다. 도 5 에 도시된 X-ray 회절 패턴으로부터, 소형의 상호 보완적인 점들이 티타늄의 특징적인 HCP-구조를 구성하는 대부분의 점에 근접하게 나타난다. 이들 상호 보완적인 점은 쌍정의 존재를 나타낸다.

도 6 은 나노 쌍정화된 CP 티타늄 재료의 오배향 맵핑의 측정을 도시한다. 이 도면에서, 상관없는 피크들이 참조번호 1 로 나타내어지고, 상관있는 피크들은 참조번호 2 로 나타내어진다. 상관있는 피크들 (2) 은 참조번호 3 으로 표시된 임의의 또는 이론적인 라인을 따른다. 약 9, 29, 63 및 69, 83 및 89 에서 수개의 상관없는 피크들이 존재한다. 이러한 오배향은 통상의 CP 티타늄 재료의 오배향과는 상이하고, 여기서는 60 및 85 에 위치된 두 개의 오배향만이 존재한다. 60 에서의 오배향은 압축 쌍정에 의해 형성되고, 85 에서의 오배향은 인장 쌍정에 의해 형성된다. 32 에서의 오배향은 27 쌍정에 의해 일반적으로 형성된다. 10 ~ 20 보다 더 작은 오배향은 쌍정을 나타내지 않은 특유의 낮은 각도의 결정립계에 의해 형성된다.

나노 쌍정화된 재료에 관하여 만들어질 수 있는 일 추측은, 63 및 69 에서의 오배향이 일 그룹 (압축 쌍정) 에 속할 수 있고, 83 및 89 에서의 오배향이 다른 그룹 (인장 쌍정) 에 속할 수 있다는 것이다.

하지만, TEM-연구로부터, 쌍정이 존재하고, 대부분의 쌍정 도메인은 적어도 1000㎚ 보다 더 적은 이러한 크기를 가지며, 이러한 쌍정이 나노 쌍정으로 불린다고 결론을 내릴 수 있다.

이 상세한 설명에서, 네 개의 실시예들을 나타내었다. 하지만 나타낸 실시예들 및 달성된 기계적 특성들을 지지하는 유사한 특징들의 다른 실시예들도 실시되었다. 따라서 본 발명은 나타낸 실시예들에 의해 제한되지 않고, 이하의 청구 범위에 의해 제한된다.

Claims (15)

1. 나노 쌍정화된 (nano twinned) 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법으로서, 상기 방법은:
   - 티타늄 외에, 0.05 wt% 이하의 N, 0.08 wt% 이하의 C, 0.015 wt% 이하의 H, 0.50 wt% 이하의 Fe, 0 wt% 초과 0.40 wt% 이하의 O, 및 0.40 wt% 이하의 잔부를 포함하는 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 주조하는 단계,
   - 주조된 상기 재료를 0℃ 이하의 온도가 되게 하는 단계,
   - 상기 온도에서, 상기 재료에서 나노 쌍정이 형성되는 정도로 상기 재료에 소성 변형을 가하는 단계
   를 포함하는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변형이 초당 2% 미만의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 변형이 초당 1.5% 미만의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 변형이 초당 1% 미만의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 재료를 -50℃ 미만의 온도가 되게 하고, 그 온도에서 상기 소성 변형이 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 재료를 -100℃ 미만의 온도가 되게 하고, 그 온도에서 상기 소성 변형이 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 재료는 -196℃ 의 온도로 냉각되고, 그 온도에서 상기 소성 변형이 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소성 변형은 압축에 의해 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소성 변형은 드로잉 (drawing) 에 의해 상기 재료에 가해진 변형 (straining) 을 포함하는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 적어도 10% 까지 소성 변형되는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소성 변형은 변형당 10% 미만으로 간헐적으로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형은 초당 0.2 % 초과의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 변형은 초당 0.4% 초과의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 변형은 초당 0.6% 초과의 속도로 상기 재료에 가해지는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.
15. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주조된 상기 상업적으로 순수한 티타늄 재료는 0.35 wt% 이하의 O 를 포함하는, 나노 쌍정화된 상업적으로 순수한 티타늄 재료를 생산하는 방법.

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