CN109988968B - 一种低碳当量大厚度q690e级高强钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板及其生产方法,钢板化学成分组成为:C:0.06~0.09%,Si:0.15~0.2%,Mn:1.05~1.15%,P≤0.01%,S≤0.003%,Nb:0.01~0.02%,V:0.025~0.035%,Cr:0.5~0.6%,Ni:0.7~0.9%,Mo:0.4~0.5%,B:0.001~0.0015%,Ti:0.01~0.02%,Alt:0.02~0.05%,余量为Fe和不可避免的杂质;生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序。本发明钢板具有低碳当量和良好的综合性能,可用于水电站、船舶、海洋平台和工程机械等领域。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板及其生产方法。
背景技术
大厚度高强度钢是一种技术含量高、附加值高的产品。随着国内大型工程的大力发展,Q690E及以上等级的高强钢在工程机械、矿山开采、起重矿车、海洋平台、水力发电等方面得到了大力应用。该类钢板均应用于关键部位,对于大型构件的结构起到至关重要的作用。这类钢板的应用,不仅要求具有大厚度规格、较高的强度和冲击韧性,还要有良好的焊接性。
国内一些钢厂也在研究大厚度的Q690D及以上高强钢的生产工艺,但对于110mm的低碳当量大厚度Q690E高强钢研究较少。
公开号为:CN 106756544 A,一种超低碳当量大厚度Q690D高强钢的生产方法,公布了100mm厚Q690D钢板的生产方法。
公开号为:CN201310560500.6,一种调质高强钢Q690D特厚钢板的生产方法,通过合理的成分设计,经过在线淬火+离线调质,得到合理的性能,但该专利从公布的厚度为100mm钢板的生产工艺采用两级淬火工艺,增加了生产工序,生产成本不经济。
公开号为:CN201410221530.9,厚规格Q690D高强度高韧性钢板及其生产方法,采用合理的成分设计,通过在线TMCP+离线QT工艺,得到合理的性能,但该专利公布的生产方法只适合50mm-80mm厚度Q690D生产方法。
综上,通过合理的成分设计和工艺设计,开发低碳当量大厚度Q690E级高强钢板具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板;同时本发明还提供了一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案是:一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板,所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.06~0.09%,Si:0.15~0.2%,Mn:1.05~1.15%,P≤0.01%,S≤0.003%,Nb:0.01~0.02%,V:0.025~0.035%,Cr:0.5~0.6%,Ni:0.7~0.9%,Mo:0.4~0.5%,B:0.001~0.0015%,Ti:0.01~0.02%,Alt:0.02~0.05%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板碳当量Ceq≤0.52%,焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22;钢板的组织为回火索氏体+贝氏体。Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15;Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
本发明所述钢板厚度为110mm。
本发明所述钢板屈服强度≥740MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率≥16.5%,-40℃横向冲击功≥150J。
本发明还提供了一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法,所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序;所述轧后控冷工序,入水温度770~790℃,返红温度580~620℃;所述淬火工序,加热温度890~930℃,加热系数为2~3min/mm,出炉后水冷;所述回火工序,采用回火炉进行回火,加热温度590~630℃,保温系数为3~4min/mm,出炉后空冷。
本发明所述冶炼工序,冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.06~0.09%,Si:0.15~0.2%,Mn:1.05~1.15%,P≤0.01%,S≤0.003%,Nb:0.01~0.02%,V:0.025~0.035%,Cr:0.5~0.6%,Ni:0.7~0.9%,Mo:0.4~0.5%,B:0.001~0.0015%,Ti:0.01~0.02%,Alt:0.02~0.05%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述连铸工序,冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm。
本发明所述加热工序,钢坯最高加热温度1230~1240℃,均热温度1200~1220℃,总加热时间≥8min/cm,均热段在炉时间≥30min,保证微合金元素的充分固溶,同时防止奥氏体晶粒尺寸过分长大。
本发明所述轧制工序,采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1000~1100℃,单道次压下率为10~15%,累计压下率为42~49%。
本发明所述轧制工序,第二阶段终轧温度为780~800℃,累计压下率为35~42%。
本发明设计思路如下:
采用低碳含量微合金化思想,碳、锰固溶强化;加入适量的Nb、V、Ti微合金元素进行晶粒细化,同时其碳氮化物起到析出强化作用;加入适量的Cr、Mo和B元素,提高钢的淬透性,加入适量的Ni,提高钢的冲击韧性,通过后续的控制轧制,并充分利用轧后的控冷工艺和调质热处理工艺,使钢板得到回火索氏体+贝氏体组织,具有良好的力学性能和焊接性能。
其中,各组分及含量在本发明中的作用是:
C:碳是钢中最经济、最基本的强化元素,通过固溶强化和析出强化作用可以提高钢的强度,但是碳对于钢的塑形、低温韧性和焊接性能有不利的影响,综合考虑碳对钢性能的影响,C含量控制在0.06~0.09%。
Si:硅是常用的脱氧剂,有固溶强化作用,有利于提高钢的弹性极限和改善其综合性能,但Si含量较高时,降低了钢的韧性和塑形,易导致冷脆,不利于焊接。因此,本发明将Si的含量控制在0.15~0.2%。
Mn:可以溶入铁素体,提高钢的强度和硬度,还能与S形成MnS,以消除S的有害作用,工业用钢一般都含有一定量的Mn,它能消除或减弱钢因S所引起的热脆性,从而改善钢的热加工性能。Mn也强烈增加钢的淬透性,锰量过高,易出现中心偏析,本发明Mn含量控制为1.05~1.15%。
P、S:在一般工业用结构钢中,P、S是钢中不可避免会存在的有害元素,需要在炼钢过程中严格控制其含量。本发明控制P≤0.01%,S≤0.003%。
Al:铝是钢中常用的脱氧剂,钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性;当铝与N 结合时,防止N在钢中固溶而产生应变时效,铝过高则使夹杂物含量增多,降低焊接性和韧性,其含量控制在0.02~0.05%。
Nb:铌是强碳氮化物形成元素,能有效的延迟变形奥氏体的再结晶,组织奥氏体晶粒长大,提高奥氏体再结晶温度,细化晶粒,提高钢的强韧性,通过在轧后冷却过程中析出碳氮化物,产生细晶强化和析出强化作用来提高钢的综合机械性能,本发明钢中Nb含量为0.01~0.02%。
V:钒也是强碳氮化物形成元素,具有较大的溶解度,钒在奥氏体-铁素体相变前保持固溶状态,因此,在奥氏体/铁素体两相区和铁素体区产生强烈的析出强化作用,提高钢的强度,本发明钢中V的含量为0.025-0.035%。
Ti:微量Ti与钢中C、N结合,形成细小稳定的C、N化物颗粒,在板坯加热过程中可以有效组织奥氏体晶粒的粗化,同时与B联合使用可以提高有效硼的含量,提高钢的淬透性和冲击韧性,本发明Ti含量控制为0.01~0.02%。
Cr:Cr是提高淬透性的元素,能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成,促进贝氏体或马氏体转变,从而使钢的强度增加,但Cr含量过高会使钢板韧性有所降低,并增加回火脆性,因此可以根据强韧性要求,确定合理的Cr含量,本发明Cr含量为0.5~0.6%。
Ni:Ni可以提高奥氏体相区,降低奥氏体转变温度,从而奥氏体向珠光体转变受阻,促使钢中产生马氏体,增加马氏体与铁素体之间的位相差,裂纹穿过马氏体的阻力增加,提高钢的低温冲击韧性。但是Ni价格昂贵,综合考虑钢的低温冲击韧性以及生产成本,Ni含量控制在0.7~0.9%。
Mo:推迟铁素体转变,显著提高钢的淬透性,适量的Mo可以克服调质处理时钢的回火脆性,从而提高钢的冲击韧性。本发明Mo含量为0.4~0.5%。
B:微量的B可以显著抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核,同时还使贝氏体转变曲线变得扁平,从而即使在低碳的情况下在一个较大的冷速范围内也能得到贝氏体组织,提高钢的强度,但加入量达到一定程度后,B的作用达到饱和,且易导致钢质脆化,因此将B的含量控制在0.001~0.0015%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:1、本发明钢板的化学成分设计采用低C,保证钢板良好的焊接性;采用Nb、V、Ti微合金化设计,添加适量的Ni等合金元素,辅以Cr、Mo和B等合金元素提高钢的淬透性,保证钢板的综合性能。2、本发明通过轧后控冷和调质处理得到回火索氏体+贝氏体的显微组织,钢板具有良好的低温韧性。3、本发明Q690E级钢板具有低碳当量和焊接裂纹敏感性指数,具有低温冲击韧性优良、焊接性良好等特点,Ceq≤0.52%,Pcm≤0.22,屈服强度≥740MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率≥16.5%,-40℃横向冲击功≥150J,钢板厚度为110mm。4、本发明Q690E级钢板可用于水电站、船舶、海洋平台和工程机械等领域。
附图说明
图1为实施例1低碳当量大厚度Q690E级高强钢板显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.52%,Pcm:0.21。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1240℃,均热温度1220℃,总加热时间11min/cm,均热段在炉时间40min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1100℃,单道次压下率为11%,累计压下率为45.5%;第二阶段终轧温度为800℃,累计压下率为39%;
(5)轧后控冷工序:入水温度790℃,返红温度620℃;
(6)淬火工序:加热温度930℃,加热系数为2min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度590℃,保温系数为4min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度750MPa,抗拉强度809MPa,延伸率19%,-40℃横向冲击功平均221J;钢板显微组织见图1,由图1可见其组织为回火索氏体+贝氏体。(实施例2-8 Q690E级高强钢板显微组织图与图1类似,故省略。)
实施例2
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.51%,Pcm:0.21。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1240℃,均热温度1210℃,总加热时间10min/cm,均热段在炉时间35min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1050℃,单道次压下率为14%,累计压下率为48.5%;第二阶段终轧温度为792℃,累计压下率为35.3%;
(5)轧后控冷工序:入水温度781℃,返红温度600℃;
(6)淬火工序:加热温度910℃,加热系数为2.5min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度600℃,保温系数为3.5min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度762MPa,抗拉强度819MPa,延伸率16.5%,-40℃横向冲击功平均219J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例3
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.51%,Pcm:0.22。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1230℃,均热温度1200℃,总加热时间9min/cm,均热段在炉时间40min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1030℃,单道次压下率为10.5%,累计压下率为42.4%;第二阶段终轧温度为780℃,累计压下率为42%;
(5)轧后控冷工序:入水温度770℃,返红温度580℃;
(6)淬火工序:加热温度900℃,加热系数为2.5min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度620℃,保温系数为3.5min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度746MPa,抗拉强度807MPa,延伸率18.5%,-40℃横向冲击功平均206J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例4
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.50%,Pcm:0.22。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1240℃,均热温度1220℃,总加热时间8min/cm,均热段在炉时间30min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1000℃,单道次压下率为12%,累计压下率为43.9%;第二阶段终轧温度为785℃,累计压下率为40.5%;
(5)轧后控冷工序:入水温度773℃,返红温度590℃;
(6)淬火工序:加热温度890℃,加热系数为3min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度630℃,保温系数为3min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度768MPa,抗拉强度820MPa,延伸率18%,-40℃横向冲击功平均187J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例5
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.51%,Pcm:0.21。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1232℃,均热温度1208℃,总加热时间12min/cm,均热段在炉时间34min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1070℃,单道次压下率为13%,累计压下率为47.8%;第二阶段终轧温度为797℃,累计压下率为37.6%;
(5)轧后控冷工序:入水温度785℃,返红温度606℃;
(6)淬火工序:加热温度920℃,加热系数为2.2min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度610℃,保温系数为3.7min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度742MPa,抗拉强度813MPa,延伸率17.4%,-40℃横向冲击功平均194J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例6
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.52%,Pcm:0.22。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1236℃,均热温度1215℃,总加热时间8.5min/cm,均热段在炉时间32min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1020℃,单道次压下率为11.5%,累计压下率为44.8%;第二阶段终轧温度为788℃,累计压下率为36.4%;
(5)轧后控冷工序:入水温度787℃,返红温度585℃;
(6)淬火工序:加热温度895℃,加热系数为2.7min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度605℃,保温系数为3.2min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度755MPa,抗拉强度801MPa,延伸率17.1%,-40℃横向冲击功平均202J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例7
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.52%,Pcm:0.22。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1235℃,均热温度1205℃,总加热时间9.5min/cm,均热段在炉时间37min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1090℃,单道次压下率为15%,累计压下率为49%;第二阶段终轧温度为782℃,累计压下率为38.7%;
(5)轧后控冷工序:入水温度776℃,返红温度595℃;
(6)淬火工序:加热温度915℃,加热系数为2.9min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度615℃,保温系数为3.9min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度765MPa,抗拉强度825MPa,延伸率19.2%,-40℃横向冲击功平均232J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
实施例8
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板厚度为110mm,其化学成分组成及质量百分含量见表1;Ceq:0.50%,Pcm:0.20。
本实施例低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:冶炼出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1;
(2)连铸工序:冶炼钢水浇注后连铸坯厚度为330mm;
(3)加热工序:钢坯最高加热温度1238℃,均热温度1217℃,总加热时间11.5min/cm,均热段在炉时间36min;
(4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1010℃,单道次压下率为10%,累计压下率为42%;第二阶段终轧温度为795℃,累计压下率为35%;
(5)轧后控冷工序:入水温度783℃,返红温度615℃;
(6)淬火工序:加热温度925℃,加热系数为2.3min/mm,出炉后水冷;
(7)回火工序:采用回火炉进行回火,加热温度625℃,保温系数为3.4min/mm,出炉后空冷。
本实施例所得低碳当量大厚度Q690E级高强钢板力学性能:屈服强度760MPa,抗拉强度826MPa,延伸率20%,-40℃横向冲击功平均222J;钢板组织为回火索氏体+贝氏体。
表1实施例1-8 Q690E级高强钢板的化学成分组成及其质量百分含量(%)
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板,其特征在于,所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.06~0.09%,Si:0.15~0.19%,Mn:1.05~1.15%,P≤0.01%,S≤0.003%,Nb:0.01~0.02%,V:0.025~0.032%,Cr:0.5~0.6%,Ni:0.7~0.9%,Mo:0.4~0.5%,B:0.001~0.0015%,Ti:0.01~0.02%,Alt:0.02~0.05%,余量为Fe和不可避免的杂质,所述钢板碳当量Ceq≤0.52%,焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22;钢板的组织为回火索氏体+贝氏体,厚度为110mm。
2.根据权利要求1所述的一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板,其特征在于,所述钢板屈服强度≥740MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率≥16.5%,-40℃横向冲击功≥150J。
3.基于权利要求1或2所述的一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后控冷、淬火、回火工序;所述轧后控冷工序,入水温度770~790℃,返红温度580~620℃;所述淬火工序,加热温度890~930℃,加热系数为2~3min/mm,出炉后水冷;所述回火工序,采用回火炉进行回火,加热温度590~630℃,保温系数为3~4min/mm,出炉后空冷。
4.根据权利要求3所述的一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法,其特征在于,所述加热工序,钢坯最高加热温度1230~1240℃,均热温度1200~1220℃,总加热时间≥8min/cm,均热段在炉时间≥30min。
5.根据权利要求3所述的一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法,其特征在于,所述轧制工序,采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺,第一阶段轧制温度为1000~1100℃,单道次压下率为10~15%,累计压下率为42~49%。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板的生产方法,其特征在于,所述轧制工序,第二阶段终轧温度为780~800℃,累计压下率为35~42%。
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