CN104781435A - 无取向性电磁钢板制造用热轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明,通过将由规定的成分组成形成的热轧钢板,使其在氮气氛中以1000℃×30秒退火之后,在80℃浸渍于7%HCl溶液中60秒后的酸洗减少量成为40g/m2~100g/m2的范围,从而能够得到不仅铁损、磁通密度等磁特性优异而且循环性、钢板的表面外观也优异的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板。
Description
技术领域
本发明涉及主要用作电气设备的铁芯材料的无取向性电磁钢板用热轧钢板及其制造方法,特别涉及不仅铁损、磁通密度等磁特性优异而且循环性、钢板的表面外观也优异的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板及其制造方法。
背景技术
近年来,在节约以电力为首的能源的世界动态中,对于电气设备迫切期望其高效率化。
另外,从使电气设备小型化的观点考虑,特别是对铁芯材料的小型化的要求越来越高。
此外,最近,从对环境的考虑,关于电气设备的铁芯材料的再利用化也成为了紧要的课题。
上述要求等中,对于电气设备的高效率化、铁芯材料的小型化,有效的是改善铁芯的素材的电磁钢板的磁特性,而在以往的无取向性电磁钢板的领域中,作为减少磁特性特别是铁损的手段,为了增大电阻而降低涡流损耗,通常采用提高Si、Al、Mn等的钢中的含量的方法。
然而,该方法中,出现无法避免磁通密度下降这样的本质问题。
另一方面,作为降低涡流损耗的手段,一般已知有提高Si、Al等的含量的同时减少C、S的方法,或者如专利文献1所述添加B,如专利文献2所述添加Ni等增加合金成分的方法。
这些添加合金成分的方法能改善铁损特性,但磁通密度的改善效果小,均无法满足要求。另外,随着合金的添加,钢板的硬度上升,加工性劣化,因此即便对无取向性电磁钢板进行加工而用于电气设备,其通用性也不足,用途很大程度上受到限制。
另外,提出了几种改变制造工序,改善产品板的晶向的集成度,即集合组织而提高磁特性的方法。例如,专利文献3中,公开了将含有Si:2.8~4.0质量%和Al:0.3~2.0质量%的钢在200~500℃的温度范围实施温轧,使{100}<UVW>组织发达的方法,另外,专利文献4中,公开了将含有Si:1.5~4.0质量%和Al:0.1~2.0质量%的钢进行热轧后,通过组合1000℃~1200℃的热轧板退火和压下率:80~90%的冷轧而使{100}组织发达的方法。
但是,这些方法产生的磁特性的改善效果,特别是磁通密度的改善效果尚不能满足要求,而且在加工性和循环性的方面还有问题。即,如果钢中含有某种程度以上的Al,则钢板的硬度上升而阻碍加工性的同时循环利用铁芯材料或者需要在家中进行废料处理时具有损害电炉的电极这样的问题。
此外,使用铁芯的循环利用材铸造马达的轴等时,如果含有0.1质量%以上的Al,则浇铸时钢液的表面进行氧化,使粘性增大,导致钢液的铸模内填充性劣化,阻碍完好的浇铸也是问题。
为了解决上述的问题,专利文献5中公开了将Al设为0.02%以下、专利文献6中公开了将Al设为0.017%以下、专利文献7中公开了将Al设为0.010%以下、以及专利文献8中公开了将Al设为0.030%以下,同时减少S、N等的杂质量,并且控制热轧板退火后的平均粒径、冷轧条件等,由此制造磁通密度高且铁损低的无取向性电磁钢板的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭58-151453号公报
专利文献2:日本特开平3-281758号公报
专利文献3:日本特开昭58-181822号公报
专利文献4:日本特开平3-294422号公报
专利文献5:日本特许第3888033号公报
专利文献6:日本特许第4126479号公报
专利文献7:日本特许第4258951号公报
专利文献8:日本特许第4258952号公报
发明内容
然而,根据上述的技术,出现如果减少Al量则磁特性的稳定性变差这样的新的问题点。此外,还发现在最终退火后的钢板表面外观上会显著出现发白条纹图案等变显眼等表面外观的劣化。
本发明是鉴于上述的现状而进行的,其目的在于提供不仅铁损、磁通密度等磁特性优异而且循环性、钢板的表面外观也优异的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板及其有利的制造方法。
本发明人等为了解决上述的课题,对制造高磁通密度低铁损材时减少对循环性造成问题的Al则磁特性的稳定性变差且表面外观容易劣化的原因进行了研究。
其结果,发现随着钢板中的Al量减少,热轧板退火后的SiO2氧化皮增加,即便通过其后的酸洗等也难以除去氧化皮,容易残留,因此在最终退火后的钢板表面发生发白条纹图案变显眼等表面外观的劣化。此外,还同时得知由于属于该条纹图案的原因的表层氧化物,导致铁损劣化。
在此,对上述现象的原因进行考察的结果,认为含有大量Al时,在钢板表面生成Al氧化物,因其阻碍效果抑制SiO2氧化皮的生成,但如果Al的含有减少,则其阻碍效果变小,因此容易进行Si的氧化,其结果,在钢板表面产生的SiO2氧化皮变多。
另外,若从微观的观点考虑,认为由于SiO2氧化皮生成量的不均变大,所以通过酸洗除去氧化皮的程度的不均增大。
即,发现为了解决上述表面外观劣化的问题,重要的是在热轧板退火后使氧化皮的除去变容易。
此外,本发明人等为了找出容易除去上述氧化皮的方法,对添加元素的种类等进行了深入研究。
其结果发现如果添加P,则钢板的酸洗性提高而能容易地除去热轧板退火后的氧化皮。然而,还发现热轧板退火后的氧化皮因部位不同而导致生成量差异大,在酸洗初期已经除去了氧化皮的位置的铁部分会被过度除去。
因此,本发明人等进行了进一步的研究,结果彻底明确了一并添加Mo对于抑制已经除去了氧化皮的位置的铁的过度除去是极其有效的。
即,发现对于除去上述氧化皮,一并含有规定量的P和Mo是最有效的解决对策。
本发明基于上述的观点。
即,本发明的要点构成如下。
1.一种无取向性电磁钢板制造用热轧钢板,由如下成分组成形成:以质量%计含有C:0.005%以下、Si:1.5%~4.5%、Al:0.005%以下、Mn:0.20%以下、S:0.003%以下、N:0.003%以下、P:0.03%~0.2%、Mo:0.002%~0.03%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成,将该热轧钢板在氮气氛中以1000℃×30秒进行退火后在80℃浸渍于7%HCl溶液中60秒后,其酸洗减少量为40g/m2~100g/m2。
2.根据上述1所述的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板,上述热轧钢板以质量%计进一步含有选自Sb:0.005%~0.2%、Sn:0.005%~0.2%、Ca:0.001%~0.005%、Cr:0.05%~0.5%中的1种或者2种以上。
3.一种无取向性电磁钢板制造用热轧钢板的制造方法,是由对如下成分组成形成的板坯进行加热后,实施热轧、卷取的一系列的工序构成的无取向性电磁钢板用热轧钢板的制造方法,其中,将上述热轧时的最终热轧结束温度设为825℃~925℃,并且将上述热轧时的热轧结束后的卷取温度设为525℃~650℃;上述板坯以质量%计含有C:0.005%以下、Si:1.5%~4.5%、Al:0.005%以下、Mn:0.20%以下、S:0.003%以下、N:0.003%以下、P:0.03%~0.2%、Mo:0.002%~0.03%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
4.根据上述3所述的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板的制造方法,上述板坯以质量%计进一步含有选自Sb:0.005%~0.2%、Sn:0.005%~0.2%、Ca:0.001%~0.005%、Cr:0.05%~0.5%中的1种或者2种以上。
根据本发明,能够同时提供循环性优异且钢板的表面外观美观的高磁通密度且低铁损的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板及其有利的制造方法。
附图说明
图1是表示采集酸洗前的热轧板退火后的试样,求出酸洗时间与酸洗减少量的关系的结果的图。
图2是表示分析铁损W15/50与热轧板退火后的试样的酸洗减少量的关系以及对表面外观的影响而得的结果的图。
图3是表示分析测试材料在P、Mo各添加量下的铁损W15/50和表面外观而得的结果的图。
图4是表示铁损W15/50和影响表面外观的最终热轧结束温度和热轧结束后卷取温度的影响的图。
具体实施方式
以下,对本发明进行具体说明。应予说明,表示以下所示的钢板成分的%符号在没有特殊说明的情况下是指质量%。
首先,对由本发明导出的实验结果进行说明。
首先,为了分析P、Mo的添加对磁特性和表面外观的热轧板退火后的酸洗减少量的影响,在实验室中熔炼含有C:0.0016%、Si:3.0%、Al:0.0005%、Mn:0.15%、S:0.0018%和N:0.0021%的组成的钢A以及含有C:0.0021%、Si:3.0%、Al:0.0007%、Mn:0.12%、S:0.0022%、N:0.0015%、P:0.06%和Mo:0.005%的组成的钢B,在1100℃加热后,热轧成2.2mm厚。接着,在100%N2气氛中对该热轧钢板实施1000℃×30秒的热轧板退火。接下来,在7%HCl、80℃的条件下,改变酸洗时间进行酸洗后,冷轧成板厚:0.50mm厚,在20%H2-80%N2气氛中,以1025℃温度×10秒进行最终退火。
并且,另外采集酸洗前的热轧板退火后的试样,分析了酸洗时间与酸洗减少量的关系。将其结果示于图1。由图1可知,随着酸洗时间变长,钢A、B均有酸洗减少量增加的趋势,但与P一起添加了Mo的钢B中,短时间内酸洗减少量大一些,但随着时间变长,有抑制酸洗减少量增大的趋势。
将上述测试材料的铁损W15/50与热轧板退火后的测试材料的酸洗减少量的关系以及表面外观调查结果示于图2。由图2可知添加了P、Mo的钢B的酸洗减少量为40g/m2~100g/m2的范围,尤其能兼得良好的磁特性和表面外观。另一方面,没有添加P、Mo的钢A的酸洗减少量也为40g/m2~100g/m2的范围,但铁损的下降幅度小,另外表面外观的发白条纹图案也显眼。
接下来,为了分析添加P、Mo的钢在上述酸洗减少量的范围内铁损提高幅度大且表面外观良好的理由,通过SEM观察进行热轧板退火·酸洗后的钢板表面的分析。其结果,没有添加P、Mo的钢A即便在酸洗时间长、酸洗减少量多的情况下也明显看到残留氧化皮多的位置以及因酸洗侵蚀钢基体的晶界的局部位置。另一方面,添加P、Mo的钢B用30秒左右的酸洗时间就看不到残留氧化皮,即便在酸洗时间长的条件下,也几乎看不到钢基体的晶界被侵蚀的部分。
研究以上的结果,认为上述的现象是由于通过添加P使钢板的氧化皮容易被除去,另一方面通过添加Mo抑制对除去氧化皮后的钢基体的侵蚀而产生的现象。另一方面,不添加P、Mo时,首先,在除去容易酸洗的氧化皮后,钢基体部分容易优先被侵蚀,即便进行长时间的酸洗,仍然是氧化皮容易残留的表面状态。
接下来,对P和Mo的最佳添加量进行分析。
在实验室熔解含有C:0.0025%、Si:3.5%、Al:0.0010%、Mn:0.07%、S:0.0012%和N:0.0018%且P在0.01~0.3%、Mo在0~0.1%的范围变化的钢,在1100℃加热后,热轧至2.0mm厚。接着,在100%N2气氛中对该热轧钢板实施1000℃×30秒的热轧板退火。进一步以在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒的条件进行酸洗后,冷轧至板厚:0.35mm厚,在20%H2-80%N2气氛中,以1025℃×10秒的条件进行最终退火。并且,另外采用酸洗前后的热轧板退火后的试样,分析酸洗减少量。
将上述测试材料的P、Mo添加量与铁损W15/50和表面外观的关系示于图3。由图3可知在P:0.03~0.2%且Mo:0.002~0.03%的范围内铁损下降的同时表面外观也得到改善。另外,在上述P、Mo添加量范围的热轧板退火后的试样在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒的条件下,其酸洗减少量为40g/m2~100g/m2的范围。
此外,对得到良好的磁特性和表面外观的热轧钢板的制造条件进行了研究。
准备由C:0.0013%、Si:1.9%、Al:0.0015%、Mn:0.10%、S:0.0009%、N:0.0026%、P:0.12%和Mo:0.01%的成分组成形成的钢坯,在1100℃加热后,使最终热轧结束温度和热轧结束后的卷取温度变化而热轧至2.2mm厚。接下来,在氮气氛中以1000℃×30秒实施热轧板退火,以在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒的条件进行酸洗后,冷轧至板厚:0.50mm厚。其后,以20%H2-80%N2气氛、1000℃×10秒的条件进行最终退火。
从得到的钢板沿轧制方向和与轧制方向呈直角的方向切取爱普斯坦试验片,测定磁特性。应予说明,磁特性用L+C特性(使用轧制方向的试验片和与轧制方向成直角的方向的试验片各一半进行测定而得的特性)进行评价。另外,表面外观的分析也一并进行。
将铁损W15/50和影响表面外观的最终热轧结束温度和热轧结束后的卷取温度的影响示于图4。由图4可知最终热轧结束温度为825℃~925℃的范围,热轧结束后的卷取温度为525℃~650℃的范围时,同时能得到有效的铁损减少效果和良好的表面外观。
这里,将最终热轧结束温度和热轧结束后的卷取温度控制在上述范围时,钢板表面的氧化皮除去性变好的理由尚不清楚,但认为添加P和Mo时,通过满足上述温度范围,使在热轧钢板生成的氧化皮的形态·性状变得对其后工序中的氧化皮除去有利。
以下,对如上所述规定的本发明的成分组成范围的限定理由进行说明。
C:0.005%以下
为了抑制钢板的磁时效劣化,优选极力减少C,可允许达到0.005%。优选为0.0035%以下。另一方面,下限值没有特别限制,可以为0%,工业上将C的含量控制在0%是困难的,因此C大多时含有0.0005%以上。
Si:1.5%~4.5%
本发明的电磁钢板中,Si是使电阻增大而改善铁损的有用元素。为了得到该铁损改善的效果,需为1.5%以上的Si含量。另一方面,如果超过4.5%则钢板的加工性劣化,且磁通密度的下降也变得明显,因此Si含量限定在1.5~4.5%的范围。
Al:0.005%以下
Al与Si同样,一般作为钢的脱氧剂使用,因增加电阻而减少铁损的效果大,所以通常是无取向性电磁钢板的主要构成元素之一。然而,本发明中为了得到作为目标的循环性优异的高磁通密度·低铁损的电磁钢板,需要减少Al量,从该观点考虑限定在0.005%以下的范围。优选为0.004%以下的范围。另一方面,下限值没有特别限制,可以为0%。
Mn:0.20%以下
Mn与Si同样,不仅具有增大电阻而减少铁损的效果,还具有将钢固溶强化的作用,是有效的元素。因此,在无取向性电磁钢板中,通常添加0.20%左右,为了提高循环性,认为Si为主体成分更有利,因此本发明中的Mn量限定在0.20%以下的范围。另一方面,下限值没有特别限制,从生产率等的观点考虑为0.03%左右。
S:0.003%以下
S是不可避免地混入的杂质,如果其含量多则硫化物系夹杂物大量形成而成为铁损增加的原因。因此,本发明中设为0.003%以下。另一方面,下限值没有特别限制,从生产率等的观点设为0.0002%左右。
N:0.003%以下
N与S同样,也是不可避免地混入的杂质,如果其含量多则氮化物大量形成而成为铁损增加的原因。因此,本发明中设为0.003%以下。另一方面,下限值没有特别限制,从生产率等的观点考虑设为0.0005%左右。
P:0.03%~0.2%
本发明中,P是改善热轧板退火后的氧化皮的除去性、改善最终退火后的磁特性和表面外观所必需的元素,低于0.03%时其添加效果不充分,另一方面,如果超过0.2%则呈现偏析引起的脆化作用,导致晶界断裂、轧制性下降,因此限定在上述范围。优选为0.04%~0.15%。
Mo:0.002%~0.03%
本发明中,Mo通过与P并用,有助于改善热轧板退火后的氧化皮的除去性,是有助于改善最终退火后的磁特性和表面外观所必需的添加元素,含量低于0.002%时得不到充分的添加效果,另一方面,如果添加超过0.03%,则反而出现对磁特性带来不良影响的趋势,因此限定在上述范围。优选为0.003%~0.02%。
本发明中,除上述的基本成分以外,为了提高无取向性电磁钢板的磁特性、改善表面性状,可以适当地含有以下叙述的元素。
Sn、Sb:0.005%~0.2%
Sn、Sb均具有改善无取向性电磁钢板的集合组织而提高磁特性的效果,为了得到该效果,在单独添加或者复合添加Sb、Sn的情况下,Sb、Sn均优选为0.005%以上的添加率。另一方面,如果过量添加则钢变得脆化,钢板制造中的板断裂、铸痂等瑕疵增加,因此在单独添加或者复合添加Sn、Sb的情况下,Sn、Sb均优选为0.2%以下。
Ca:0.001%~0.005%
Ca以CaS的形式析出,是有效抑制微细的硫化物的析出且改善铁损的成分。但是,低于0.001%时其添加效果不充分,另一方面,如果超过0.005%,则Ca氧化物的夹杂物增加,反而使铁损劣化,因此添加时,优选设为上述范围。
Cr:0.05%~0.5%
为本发明的Si主体成分钢板的情况下,Cr是有效改善热轧钢板和热轧板退火时生成的表层氧化皮的变性引起的铁损和表面外观的成分,添加0.05%以上时其效果变得明显,但如果超过0.5%则其效果饱和,因此添加时,优选限定在0.05%~0.5%的范围。
应予说明,上述成分以外的剩余部分为在制造工序中混入的不可避免的杂质和Fe。
接下来,对基于本发明的热轧钢板的制造方法中的各条件的限定理由等进行叙述。
使用本发明的热轧钢板制造无取向性电磁钢板时,除后面叙述的热轧钢板的制造条件以外,可以使用用于一般的无取向性电磁钢板的工序和设备来实施。
例如,将利用转炉或电炉等熔炼成规定的成分组成的钢在脱气设备中进行二次精炼,通过连续铸造或者铸锭后的开坯制成钢坯后,实施热轧,制成基于本发明的热轧钢板。
接下来,通过实施热轧板退火、酸洗、冷轧或温轧、最终退火和涂覆绝缘被膜进行烧结之类的工序而得到无取向性电磁钢板。另外,可以利用直接铸造法用100mm以下的厚度的薄铸片直接制造。
本发明中,如下所述需要特别控制热轧钢板的制造条件。
即,以最终热轧结束温度成为825℃~925℃的范围且热轧结束后的卷取温度成为525℃~650℃的范围的方式进行热轧。
应予说明,最终热轧结束温度的优选范围为850℃~900℃,另外热轧结束后的卷取温度的优选范围为550℃~625℃。
通过在这些条件下进行热轧工序,再加上以上述的P、Mo为代表的素材成分的效果,从而使在热轧板退火后的钢板表层部生成的氧化皮的除去性变良好。本发明中,为了特定该氧化皮除去性,考虑代表性的热轧板退火条件、酸洗条件,使用了在氮气氛中以1000℃×30秒进行退火之后,在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒后的酸洗减少量。本发明中,能够呈现该酸洗减少量为40g/m2~100g/m2的范围这样特别良好的氧化皮除去性。
应予说明,本发明中,为了利用上述的酸洗减少量特定热轧钢板的性质以表明得到了良好的磁特性和表面外观,将退火条件限定为1000℃×30秒,将退火后的酸洗条件限定为在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒,但在无取向性电磁钢板的制造中,实际实施的热轧板退火条件(通常为950℃~1100℃)、酸洗等的氧化皮除去条件可以根据要求的产品特性、氧化皮的产生状况等任意设定,不限于上述条件。
实施例
〔实施例1〕
将用转炉吹炼而得的钢液进行脱气处理后进行铸造,制成表1所示的成分的钢坯。其后,以1130℃×1h的条件进行板坯加热后,以表2所示的最终热轧结束温度和热轧结束后的卷取温度条件热轧至2.0mm厚而得到热轧钢板。接着,在100%N2气氛中实施1000℃×30秒的热轧板退火,进行在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒的酸洗处理后,冷轧至表2所示的板厚。其后,在20%H2-80%N2气氛中,以1030℃×10秒的条件进行最终退火后,进行涂覆处理。
从得到的无取向性电磁钢板沿轧制方向和轧制直角方向分别切取爱普斯坦试验片,测定磁特性(铁损:W15/50,磁通密度:B50)。磁特性用L+C特性进行评价,同时还进行了表面外观的分析。将得到的结果一并标注在表2中。
如表2所示,观察1000℃×30秒的热轧板退火后的在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒后的酸洗减少量值,可知发明例中均为40g/m2~100g/m2的范围。
另外,可知根据基于本发明的热轧钢板的制造条件得到的发明例中,磁特性、表面外观均得到良好的结果。
〔实施例2〕
将用转炉吹炼而得的钢液进行脱气处理后进行铸造,制成表3所示的成分的钢坯。其后,以1100℃×1h进行板坯加热后,以表4所示的最终热轧结束温度和热轧结束后的卷取温度条件热轧至1.6mm厚。接着,在100%N2气氛中实施1000℃×30秒的热轧板退火,进行7%HCl、80℃×60秒浸渍这样的条件的酸洗处理后,冷轧至表4所示的板厚。其后,在20%H2-80%N2气氛中,以1000℃×10秒的条件实施最终退火,进行涂覆处理。
从得到的无取向性电磁钢板沿轧制方向和轧制直角方向分别切取爱普斯坦试验片,测定磁特性(铁损:W10/400,磁通密度:B50)。磁特性用L+C特性进行评价,同时也进行了表面外观的分析。将得到的结果一并标注在表4中。
如表4所示,观察1000℃×30秒的热轧板退火后的、在80℃浸渍于7%HCl的溶液中60秒后的酸洗减少量值,可知发明例中均为40g/m2~100g/m2的范围。
另外,可知根据基于本发明的热轧钢板的制造条件得到的发明例中磁特性、表面外观均得到良好的结果。
Claims (4)
1.一种无取向性电磁钢板制造用热轧钢板,具有如下成分组成:以质量%计含有C:0.005%以下、Si:1.5%~4.5%、Al:0.005%以下、Mn:0.20%以下、S:0.003%以下、N:0.003%以下、P:0.03%~0.2%、Mo:0.002%~0.03%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成,并且,将该热轧钢板在氮气氛中以1000℃×30秒退火之后,在80℃浸渍于7%HCl溶液中60秒后的酸洗减少量为40g/m2~100g/m2。
2.根据权利要求1所述的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板,其中,所述热轧钢板以质量%计进一步含有选自Sb:0.005%~0.2%、Sn:0.005%~0.2%、Ca:0.001%~0.005%、Cr:0.05%~0.5%中的1种或者2种以上。
3.一种无取向性电磁钢板制造用热轧钢板的制造方法,是由对具有如下成分组成的板坯进行加热后,实施热轧、卷取的一系列工序构成的无取向性电磁钢板用热轧钢板的制造方法,其中,将所述热轧时的最终热轧结束温度设为825℃~925℃,并且将所述热轧时的热轧结束后的卷取温度设为525℃~650℃;
所述板坯以质量%计含有C:0.005%以下、Si:1.5%~4.5%、Al:0.005%以下、Mn:0.20%以下、S:0.003%以下、N:0.003%以下、P:0.03%~0.2%、Mo:0.002%~0.03%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
4.根据权利要求3所述的无取向性电磁钢板制造用热轧钢板的制造方法,其中,所述板坯以质量%计进一步含有选自Sb:0.005%~0.2%、Sn:0.005%~0.2%、Ca:0.001%~0.005%、Cr:0.05%~0.5%中的1种或者2种以上。
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