BR112017000005B1 - Método para produzir uma chapa de aço revestida e chapa de aço revestida - Google Patents
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Abstract
trata-se de um método para produzir uma chapa de aço revestida de elevada resistência que tem um limite de elasticidade ys > 800 mpa, uma resistência à tração ts > 1.180 mpa, e conformação e ductilidade melhoradas. o aço contém: 15% = c = 0,25%, 1,2% = si = 1,8%, 2% = mn = 2,4%, 0,1% = cr = 0,25%, al = 0,5%, sendo que o restante é fe e impurezas inevitáveis. a chapa é recozida a uma temperatura mais elevada que ac3 e menor que 1.000 °c por um tempo de mais de 30 s, depois, bruscamente arrefecida, resfriando-se a mesma a uma temperatura de resfriamento qt entre 250 °c e 350 °c, para obter uma estrutura que consiste em pelo menos 60% de martensita e um teor de austenita suficiente de modo que a estrutura final contenha 3% a 15% de austenita residual e 85% a 97% de martensita e bainita sem ferrita, depois, aquecida a uma temperatura de divisão pt entre 430 °c e 480 °c e mantida nessa temperatura durante um tempo de divisão pt entre 10 s e 90 s, em seguida, revestida e resfriada por imersão a quente à temperatura ambiente.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método para produzir uma chapa de aço revestida de elevada resistência que tem conformação, ductilidade e resistência melhoradas e para chapas obtidas com o método.
[002] Para a fabricação de vários equipamentos como partes de membros estruturais do corpo e painéis do corpo para veículos automotivos, é comum o uso de chapas galvanizadas ou galvanizada e recozidas produzidas a partir de chapas DP (fase dual) ou chapas TRIP (plasticidade induzida de transformação).
[003] Por exemplo, tais chapas que incluem uma estrutura martensítica e/ou algumas austenitas retidas e que contêm cerca de 0,2% de C, cerca de 2% de Mn, cerca de 1,7% de Si e têm um limite de elasticidade de cerca de 750 MPa, uma resistência à tração de cerca de 980 MPa, um alongamento total de mais que 8%. Essas chapas são produzidas em linha de recozimento contínua pelo arrefecimento brusco a partir de uma temperatura de recozimento mais elevada que o ponto de transformação Ac3, abaixo de uma temperatura de superaquecimento acima do ponto de transformação Ms, e mantendo-se a chapa à temperatura durante um determinado tempo. Então, a chapa é galvanizada ou galvanizada e recozida.
[004] Para reduzir o peso do automóvel de modo a melhorar sua eficiência de combustível em vista da conservação de ambiente global, é desejável ter chapas que tenham rendimento e resistência à tração melhoradas. Porém, tais chapas precisam também ter uma boa ductilidade e uma boa conformação, e mais especificamente, uma boa flangeabilidade de estiramento.
[005] Nesse aspecto, é desejável ter chapas que tenham um limite de elasticidade YS de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração TS de cerca de 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 14% e uma razão de expansão de furo HER de acordo com o padrão ISO 16630:2009 de mais que 25%. Precisa ser enfatizado que, devido às diferenças nos métodos de medição, os valores da razão de expansão de furo HER de acordo com o padrão ISO são muito diferentes, e não são comparáveis aos valores da razão de expansão de furo À de acordo com o JFS T 1001 (Padrão da Federação de Aço e Ferro do Japão).
[006] Portanto, o propósito da presente invenção é fornecer tal chapa e um método para produzir a mesma.
[007] Portanto, a invenção se refere a um método para produzir uma chapa de aço revestida de elevada resistência com uma ductilidade melhorada e uma conformação melhorada, em que a chapa que tem um limite de elasticidade YS de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração TS de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 14% e uma razão de expansão de furo HER de pelo menos 30%, por meio do tratamento térmico e revestimento de uma chapa de aço em que a composição química do aço contém em % em peso: 0,15% < C < 0,25% 1,2% < Si < 1,8% 2% < Mn < 2,4% 0,1% < Cr < 0,25% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis.
[008] O tratamento térmico e o revestimento compreendem as seguintes etapas: - recozer a chapa em uma temperatura de recozimento TA mais elevada que Ac3, porém, menor que 1.000 °C por um tempo de mais de 30 s, - arrefecer de forma brusca a chapa resfriando-se a mesma até uma temperatura de arrefecimento brusco QT entre 250 °C e 350 °C, a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura que consiste em martensita e austenita logo após o arrefecimento brusco, em que o teor de martensita é pelo menos 60%, e em que o teor de austenita é tal que a estrutura final contém 3% a 15% de austenita residual e 85% a 97% de martensita e bainita sem ferrita, - aquecer a chapa até uma temperatura de divisão PT entre 430 °C e 480 °C, e manter a chapa nessa temperatura por um tempo de divisão Pt entre 10 s e 90 s, - revestir por imersão a quente a chapa e, - resfriar a chapa até a temperatura ambiente.
[009] A composição química do aço pode, opcionalmente, satisfazer uma ou mais dentre as seguintes condições: 0,17% < C < 0,21%, 1,3% < Si < 1,6% e 2,1% < Mn < 2,3%.
[010] Em uma realização específica, a etapa de revestimento por imersão a quente é uma etapa de galvanização.
[011] Em uma outra realização específica, a etapa de revestimento por imersão a quente é uma etapa de galvanização e recozimento com uma temperatura de aliagem TGA entre 480 °C e 510 °C.
[012] De preferência, a velocidade de resfriamento durante o arrefecimento brusco é de pelo menos 20 °C/s, de preferência pelo menos 30 °C/s.
[013] De preferência, o método compreende adicionalmente, após a chapa ser bruscamente arrefecida na temperatura de arrefecimento brusco e antes de aquecer a chapa até a temperatura divisão PT, a etapa de reter a chapa à temperatura de arrefecimento brusco por um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s, de preferência entre 3 s e 7s.
[014] A invenção também se refere a uma chapa de aço revestida, em que a composição química do aço contém em % em peso: 0,15% < C < 0,25% 1,2% < Si < 1,8% 2% < Mn < 2,4% 0,1% < Cr < 0,25% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis. A estrutura do aço consiste em 3% a 15% de austenita residual e 85 % a 97% de martensita e bainita, sem ferrita. Uma pelo menos uma face da chapa compreende um revestimento metálico. A chapa tem um limite de elasticidade de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1180 MPa, um alongamento total de pelo menos 14% e uma razão de expansão de furo HER de pelo menos 30%.
[015] A composição química do aço pode, opcionalmente, satisfazer uma ou mais dentre as seguintes condições: 0,17% < C < 0,21%, 1,3% < Si < 1,6% e 2,1% < Mn < 2,3%.
[016] Em uma realização específica, a pelo menos uma face revestida é galvanizada.
[017] Em uma outra realização específica, a pelo menos uma face revestida e galvanizada e recozida.
[018] De preferência, o teor de C na austenita retida é de pelo menos 0,9%, ainda de preferência, ao menos 1,0% e até 1,6%.
[019] O tamanho de grão de austenita médio, isto é, o tamanho de grão médio da austenita retida, de preferência, é de 5 μm ou menos.
[020] O tamanho médio dos grãos ou blocos de martensita e bainita é preferencialmente de 10 μm ou menos.
[021] A Figura 1 ilustra uma micrografia do aço da presente invenção, em uma concretização em que a composição química do aço contém 7,5% de austenita retida e 92,5% de martensita+bainita.
[022] A invenção agora será descrita em detalhes, porém, sem introduzir limitações, e ilustrada pela figura 1 que é uma micrográfia do exemplo 8.
[023] De acordo com a invenção, a chapa é obtida por laminação a quente e, opcionalmente, laminação a frio de um semiproduto cuja composição química contém, em % em peso: - 0,15% a 0,25%, e de preferência, mais de 0,17%, de preferência, menos de 0,21% de carbono para assegurar uma resistência satisfatória e melhorar a estabilidade da austenita retida que é necessária para obter um alongamento suficiente. Se o teor de carbono for muito elevado, a chapa laminada a quente é muito dura para o cilindro a frio e a soldabilidade é insuficiente. - 1,2% a 1,8%, de preferência, mais de 1,3% e menos de 1,6% de silício a fim de estabilizar a austenita, para fornecer um reforço de solução sólida e retardar a formação de carbetos durante o superaquecimento sem a formação de óxidos de silício na superfície da chapa que é prejudicial à capacidade de revestimento. - 2% a 2,4% e, de preferência, mais de 2,1%, e, de preferência, menos de 2,3% de manganês para ter uma temperabilidade suficiente de modo a obter uma estrutura que contenha pelo menos 65% de martensita, resistência à tração maior que 1.150 MPa e para evitar que tenha questões de segregação que são prejudiciais para a ductilidade. - 0,10% a 0,25% de cromo para aumentar a temperabilidade e estabilizar o austenítico retido de modo a atrasar a formação de bainita durante o superaquecimento. - até 0,5% de alumínio que normalmente é adicionado ao aço líquido com o propósito de desoxidação. De preferência, o teor de Al está limitado a 0,05%. Se o teor de Al for acima de 0,5%, a temperatura de austenitização será mais elevada de se atingir e o aço irá se tornar industrialmente difícil de processar.
[024] O restante sendo ferro e elementos residuais a partir da siderurgia. Nesse aspecto, Ni, Mo, Cu, Nb, V, Ti, B, S, P e N pelo menos são considerados como elementos residuais que são impurezas inevitáveis. Portanto, esses teores são menores que 0,05% para Ni, 0,02% para Mo, 0,03% para Cu, 0,007% para V, 0,0010% para B, 0,005% para S, 0,02% para P e 0,010% para N. O teor de Nb é limitado a 0,05% e o teor de Ti é limitado a 0,05% porque acima desses valores formam-se grandes precipitados e a conformação irá diminuir, tornando os 14% de alongamento total mais difíceis para se atingir.
[025] A chapa é preparada por laminação a quente e, opcionalmente, laminação a frio, de acordo com os métodos conhecidos por aqueles que são versados na técnica.
[026] Após a laminação, as chapas são decapadas ou limpas, então, tratadas termicamente e revestidas por imersão a quente.
[027] O tratamento térmico que é feito preferencialmente em um recozimento contínuo combinado e linha de revestimento por imersão a quente compreende as etapas de: - recozer a chapa a uma temperatura de recozimento TA mais elevada que o ponto de transformação Ac3 do aço, e de preferência mais elevada que Ac3 + 15 °C, isto é, mais elevada que cerca de 850 °C para o aço de acordo com a invenção, para assegurar que a estrutura seja completamente austenítica, porém, menor que 1.000 °C de modo a não engrossar muito os grãos austeníticos. A chapa é mantida na temperatura de recozimento, isto é, mantida entre TA - 5 °C e TA + 10 °C, por um tempo suficiente para homogeneizar a composição química e a estrutura. Esse tempo é preferencialmente maior que 30 s, porém, não necessita de ser maior que 300 s. - arrefecer bruscamente a chapa pelo resfriamento até uma temperatura de arrefecimento brusco QT mais baixa que o ponto de transformação Ms a uma taxa de resfriamento suficiente para evitar a formação de ferrita e bainita. A temperatura de arrefecimento brusco está entre 250 °C e 350 °C de modo a ter, apenas após o arrefecimento brusco, uma estrutura que consiste em martensita e austenita. Essa estrutura contém pelo menos 60% de martensita e contém uma quantidade suficiente de austenita de modo a ser capaz de obter uma estrutura final, isto é, após a divisão, revestimento e resfriamento à temperatura ambiente, que contenha entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85 e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita. De preferência, a taxa de resfriamento é mais elevada que ou igual a 20 °C/s, ainda preferencialmente, mais elevada que ou igual a 30 °C/s, por exemplo, cerca de 50 °C/s. Uma taxa de resfriamento mais elevada que 30 °C/s é suficiente. - reaquecer a chapa até uma temperatura de divisão PT entre 430 °C e 480 °C e, de preferência, entre 435 °C e 465 °C. Por exemplo, a temperatura de divisão pode ser igual à temperatura à qual a chapa precisa ser aquecida de modo a ser revestida por imersão a quente, isto é, entre 455 °C e 465 °C. A taxa de reaquecimento pode ser elevada quando o reaquecimento é feito por aquecedor de indução, porém, a taxa de reaquecimento não tem efeito aparente nas propriedades finais da chapa. De preferência, entre a etapa de arrefecimento brusco e a etapa de reaquecimento da chapa até a temperatura de divisão PT, a chapa é mantida na temperatura de arrefecimento brusco durante um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s, de preferência, entre 3 s e 7 s. - manter a chapa na temperatura de divisão PT durante um tempo Pt entre 10 s e 90 s. Manter a chapa na temperatura de divisão significa que durante o particionamento, a temperatura da chapa permaneceu entre PT - 20 °C e PT + 20 °C. - opcionalmente, ajustar a temperatura da chapa por resfriamento ou aquecimento de modo que seja igual à temperatura em que a chapa tem de ser aquecida de modo a ser revestida por imersão a quente. - revestir por imersão a quente a chapa. O revestimento por imersão a quente pode ser, por exemplo, galvanizado ou galvanizado e recozido, porém, todo revestimento por imersão a quente metálico é possível desde que as temperaturas às quais a chapa é trazida durante o revestimento permaneçam menor que 650 °C. Quando a chapa é galvanizada, o mesmo é feito com as condições usuais. Quando a chapa é galvanizada e recozida, a temperatura de aliagem TGA precisa não ser tão elevada para se obter propriedades mecânicas finais boas. Essa temperatura está, de preferência, entre 500° e 580 °C. - em geral, após o revestimento, a chapa revestida é processada de acordo com a técnica anterior. Em particular a chapa é resfriado até a temperatura ambiente.
[028] Esse tratamento permite a obtenção de uma estrutura final, isto é, após a divisão, revestimento e resfriamento à temperatura ambiente, que contém entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85 e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita.
[029] Além disso, esse tratamento permite a obtenção de um teor aumentado de C na austenita retida, que é de pelo menos 0,9%, de preferência até pelo menos 1,0% e até 1,6%.
[030] Além disso, o tamanho de grão de austenita médio é, de preferência, de 5 μm ou menos, e o tamanho médio dos blocos de bainita ou martensita é, de preferência, de 10 μm ou menos.
[031] A quantidade de austenita retida é, por exemplo, de pelo menos 7%.
[032] Com tal tratamento, as chapas revestidas têm um limite de elasticidade YS de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 14%, e uma razão de expansão de furo HER de acordo com o padrão ISO 16630:2009 de pelo menos 30% pode ser obtida.
[033] Como exemplo, uma chapa de 1,2 mm em espessura que tem a seguinte composição: C = 0,19%, Si = 1,5% Mn = 2,2%, Cr = 0,2%, sendo que o restante é Fe e impurezas, foi produzida pela laminação a quente e a frio. O ponto de transformação teórico Ms desse aço é 375 °C e o ponto Ac3 é 835 °C.
[034] As amostras da chapa foram tratadas termicamente por recozimento, arrefecimento brusco e divisão, em seguida, galvanizadas ou galvanizadas e recozidas, e as propriedades mecânicas foram medidas.
[035] As condições de tratamento e as propriedades obtidas são relatadas na tabela I para as amostras que foram galvanizadas e na tabela II para as amostras que foram galvanizadas e recozidas. Todas os aços foram recozidos acima de Ac3, medido pelo método experimental. A chapa foi mantida à temperatura de arrefecimento brusco por cerca de 3 s. A velocidade de resfriamento durante o arrefecimento brusco foi de cerca de 50 °C/s.
[036] As a temperatura de arrefecimento brusco, PT é a temperatura de divisão, Pt é o tempo de manutenção na temperatura de divisão, TGA é a temperatura de aliagem para as chapas que são galvanizadas e recozidas, YS é o limite de elasticidade, Ts é a resistência à tração, UE é o alongamento uniforme, Te é o alongamento total e HER é a razão de alongamento de furo medida de acordo com o padrão ISO 16630:2009. RA% é a quantidade de austenita retida na microestrutura, o tamanho de grão de RA é o tamanho de grão de austenita médio, C% em RA é o teor de C na austenita retida, e o tamanho de grão de BM é o tamanho médio dos grãos ou blocos de martensita e bainita.
[037] As amostras 1, 2, 3, que são galvanizadas, mostram que de modo a obter as propriedades desejadas e mais especificamente as propriedades de ductilidade, a temperatura de divisão PT tem de estar próxima a 460 °C, isto é, a temperatura para revestimento por imersão a quente. Quando a temperatura de divisão PT for 400 °C ou abaixo, ou 500 °C ou acima, em particular, não estando dentro da faixa de 430 a 480 °C, a ductilidade é fortemente reduzida e não é suficiente.
[038] As amostras 4 a 9 e 11, que são galvanizadas e recozidas, mostram que uma temperatura de divisão de 460 °C ou menos mostra os melhores resultados.
[039] Por exemplo 10, a divisão foi feita aquecendo-se até 480 °C, em seguida, resfriando-se linearmente até 460 °C.
[040] Os exemplos 4 a 8 mostram que, com a temperatura de divisão de 460 °C e um tempo de divisão entre 10 s e 60 s, é possível obter as propriedades desejadas nas chapas galvanizadas e recozidas. Esses exemplos mostram também que é preferível ter um tempo de divisão menor que 60 s, de preferência cerca de 30 s porque com o tal tempo de divisão, o limite de elasticidade é mais elevado que 1.000 MPa, embora o mesmo seja menor que 1.000 MPa quando o tempo de divisão for 60 s. A micrografia da figura 1 ilustra o exemplo 8 que contém 7,5% de austenita retida e 92,5% de martensita+bainita.
[041] Os exemplos 10 e 11 mostram que, quando a temperatura de divisão for acima de 460 °C, a ductilidade é significantemente reduzida.
[042] O exemplo 9 mostra que, no contrário, quando a temperatura de divisão for 440 °C, isto é, menor que 460 °C, as propriedades e, em particular, a ductilidade permanecem boas.
Claims (17)
1. MÉTODO PARA PRODUZIR UMA CHAPA DE AÇO REVESTIDA de elevada resistência que tem uma ductilidade melhorada e uma conformação melhorada caracterizado pelo fato de que a chapa de aço revestida tem um limite de elasticidade YS de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração TS de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 14% e uma razão de expansão de furo HER de pelo menos 30%, por meio do tratamento térmico e revestimento de uma chapa de aço que tem uma composição química que contém, em % em peso: 0,15% < C < 0,25% 1,2% < Si < 1,8% 2% < Mn < 2,4% 0,1% < Cr < 0,25% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, em que o tratamento térmico e revestimento da chapa de aço compreendem as etapas a seguir: - recozer a chapa de aço em uma temperatura de recozimento TA mais elevada que Ac3, porém menor que 1.000 °C por um tempo de mais de 30 s, - arrefecer de forma brusca a chapa de aço, resfriando-se a mesma até uma temperatura de arrefecimento brusco QT entre 250 °C e 350 °C, a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura que consiste em martensita e austenita logo após o arrefecimento brusco, em que o teor de martensita é pelo menos 60% e em que o teor de austenita é tal que a estrutura final contenha 3% a 15% de austenita retida e 85% a 97% de martensita e bainita sem ferrita, - aquecer a chapa de aço até uma temperatura de divisão PT entre 430 °C e 480 °C e manter a chapa de aço na temperatura de divisão por um tempo de divisão Pt entre 10 s e 90 s, - revestir por imersão a quente a chapa de aço e, - resfriar a chapa de aço até a temperatura ambiente.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química da chapa de aço satisfaz a condição a seguir: 0,17% < C < 0,21%
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que a composição química da chapa de aço satisfaz a condição a seguir: 1,3% < Si < 1,6%
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição química da chapa de aço satisfaz a condição a seguir: 2,1% < Mn < 2,3%
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de revestimento por imersão a quente é uma etapa de galvanização.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de revestimento por imersão a quente é uma etapa de galvanização e recozimento com uma temperatura de aliagem TGA entre 480 °C e 510 °C.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento durante o arrefecimento brusco é de pelo menos 20 °C/s.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento durante o arrefecimento brusco é de pelo menos 30 °C/s.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, após a chapa de aço ser bruscamente arrefecida até a temperatura de arrefecimento brusco e antes de aquecer a chapa de aço até a temperatura de divisão PT, a etapa de retenção da chapa à temperatura de arrefecimento brusco QT por um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o tempo de retenção na temperatura de arrefecimento brusco QT está compreendido entre 3 s e 7 s.
11. CHAPA DE AÇO REVESTIDA caracterizada pelo fato de que tem uma composição química que contém, em % em peso: 0,15% < C < 0,25% 1,2% < Si < 1,8% 2,1% < Mn < 2,3% 0,10 % < Cr < 0,25% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, em que a chapa de aço revestida tem uma estrutura que consiste em 3% a 15% de austenita retida e 85% a 97% de martensita e bainita, a estrutura compreendendo ao menos 65% de martensita, sendo que a estrutura é sem ferrita, o tamanho médio dos blocos de martensita ou bainita é de 10 μm ou menos, o tamanho médio dos grãos da austenita retida é de, no máximo, 5 μm, e em que pelo menos uma face da chapa de aço revestida compreende um revestimento metálico, sendo que a chapa de aço revestida tem um limite de elasticidade de pelo menos 800 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1180 MPa, uma alongamento total de pelo menos 14% e uma razão de expansão de furo HER de pelo menos 30%.
12. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a composição química satisfaz a condição a seguir: 0,17% < C < 0,21%
13. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com a reivindicação 11 ou com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a composição química satisfaz: 1,3% < Si < 1,6%
14. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma face compreende um revestimento metálico que é galvanizado.
15. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma face compreende um revestimento metálico que é galvanizado e recozido.
16. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizada pelo fato de que a austenita retida tem um teor de C de pelo menos 0,9%.
17. CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a austenita retida tem um teor de C de pelo menos 1,0%.
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