CN110484820A - 一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板及其制备方法,本发明实施例提供的一种热冲压用铝硅镀层钢板按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分包括:C:0.20~0.50%,Si:0.2~1.6%,Al:0.02~1.6%,Mn:1.0~4.0%,Cr:0.1~0.7%,Mo:0.1~0.7%,B:0.001~0.005%,S≤0.005%,P≤0.01%,N≤0.01%,O≤0.003%,其余为Fe和不可避免夹杂元素,其中,1.0%≤Al+Si≤2.0%。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域,特别涉及一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化的发展,钢板热冲压技术应运而生,其将高强度钢板在温度场内由奥氏体转变为马氏体,提高了钢板强度,降低了钢板重量。然而,由于热成形淬火后全部为马氏体组织,强度高但韧性不足,传统22MnB5、30MnB5、37MnB5Cr等热冲压用钢,热冲压后其强度可以达到1300MPa以上,而延伸率只有4-8%。如何在不降低强度的情况下,提高钢的塑性,成为热成形技术中亟待解决的问题。
中国专利CN108707823A公布的超高强度钢板及其制备方法和超高强度钢,化学成分质量百分比为:C:0.20~0.25%,Si:0.10~0.40%,Mn:1.00~1.50%,Cr:0.10~0.40%,Ti:0.01~0.04%,Al:0.01~0.06%,V:0.01~0.10%,B:0.0015~0.0035%,P≤0.020%,S≤0.010%,N≤0.006%,余量为Fe及不可避免杂质。其制备得到的铝硅镀层超高强钢板具有优良的耐高温性能,同时具有1080MPa以上的的屈服强度,抗拉强度1400MPa以上,但伸长率仅为6.5%。
中国专利CN201110269388公开了一种汽车用高强韧性热成形钢板的热处理方法,属于汽车用高强钢技术领域,为解决目前热成形用钢板在成形后强度高但塑性不好等问题,解决问题的技术措施:将成分质量百分含量为:C:0.2~0.4%、Si:0.1~0.5%、Mn:1.0~2.0%、Cr:0.1~0.5%、B:0.001~0.005%、Ti:0.01~0.05%、Al:0.01~0.1%、P:<0.02%、S:<0.01%、N:<0.01%、0:<0.0030%,余量为铁及不可避免杂质的热成形用钢板在冲压成形后在100~500℃范围内,进行1~5min的回火处理,显著提高热成形钢的塑性,改善热冲压成形后钢板的韧性。该专利介绍了一种钢板的热处理方法,其回火处理时间较长,生产效率较低。
中国专利CN103255340A公开了一种汽车用高强韧性热成形钢板,主要成分为wt%:C:0.1~0.5,Si:0.5~1.5,Mn:1.2~2.4,Ti:0.01~0.05,B:0.001~0.005,S:≤0.01,P:≤0.01,其余为Fe;制备方法包括:对具有所述组成的钢板用钢以20~100℃/s的速度加热到奥氏体化温度恒温一段时间后热轧,使奥氏体晶粒细化;以50~120℃/s的速度淬火到50~370℃,获得部分过饱和马氏体和未发生马氏体相变的残余奥氏体;在200~500℃的回火温度等温5~600s,使碳由马氏体向残余奥氏体分配以稳定奥氏体;淬火到室温,获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织。此专利同样需要等温回火过程,较现在已有热冲压线的成本增加,另外未充分考虑Al、Cr等合金元素作用。
发明内容
鉴于上述问题,提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的热冲压用铝硅镀层钢板及其制备方法。
本发明实施例提供一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分包括:C:0.20~0.50%,Si:0.2~1.6%,Al:0.02~1.6%,Mn:1.0~4.0%,Cr:0.1~0.7%,Mo:0.1~0.7%,B:0.001~0.005%,S≤0.005%,P≤0.01%,N≤0.01%,0≤0.003%,其余为Fe和不可避免夹杂元素,其中,1.0%≤Al+Si≤2.0%。
进一步的,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分还包括如下至少一种:Ti:0.02~0.15%,Nb:0.02~0.15%,V:0.02~0.15%。
进一步的,所述铝硅镀层钢板的镀层厚度为10~40μm。
进一步的,经热冲压后,所述镀层厚度为20~60μm。
进一步的,按重量百分比计,所述镀层化学成分为:Si:8~11%,Fe:1~4%,余量为Al和不可避免夹杂元素。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、退火、热镀铝硅、光整、拉矫、落料料片加热、淬火工序,获得热冲压用铝硅镀层钢板;
所述热轧中,加热出炉温度为1150~1280℃,终轧温度为850~920℃,卷取温度为500~700℃;
所述冷轧压下量为40~80%,形成钢带;
所述退火中,退火温度为720~800℃,露点温度为-10~-60℃;
所述热镀铝硅中,将所述退火后钢带以3~30℃/s速率冷却至640~680℃,进行热浸镀;
所述落料料片加热中,加热温度为800~1000℃。
进一步的,热镀铝硅中,所述热浸镀时间为2~10s。
进一步的,所述热浸镀结束后,进行两次冷却,其中,第一次冷却是以2-20℃/s速率冷却至500℃~550℃,第二次冷却是以大于等于20℃/s速率冷却至小于等于300℃。
进一步的,落料料片加热中,所述保温时间为3~10min。
进一步的,所述淬火结束时,温度T淬火满足如下条件:Ms-20℃≤T淬火<Ms。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分包括:C:0.20~0.50%,Si:0.2~1.6%,Al:0.02~1.6%,Mn:1.0~4.0%,Cr:0.1~0.7%,Mo:0.1~0.7%,B:0.001~0.005%,S≤0.005%,P≤0.01%,N≤0.01%,0≤0.003%,其余为Fe和不可避免夹杂元素,其中,1.0%≤Al+Si≤2.0%。达到在不降低强度的情况下,提高热冲压用钢的塑性。
本发明实施例提供的高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、退火、热镀铝硅、光整、拉矫、落料料片加热、淬火工序,获得热冲压用铝硅镀层钢板;所述热轧中,加热出炉温度为1150~1280℃,终轧温度为850~920℃,卷取温度为500~700℃:所述冷轧压下量为40~80%,形成钢带;所述退火中,退火温度为720~800℃,露点温度为-10~-60℃;所述热镀铝硅中,将所述退火后钢带以3~30℃/s速率冷却至640~680℃,进行热浸镀;所述落料料片加热中,加热温度为800~1000℃。
具体的,为保证钢的高强度,热成形后获得的基体组织主要为含有高密度位错的细板条马氏体组织,贝氏体组织与残余奥氏体组织为辅。通过在奥氏体区热轧以及添加Nb、Ti、V等来控制原始奥氏体晶粒尺寸,通过细化原始奥氏体晶粒尺寸来进一步细化马氏体尺寸与板条间距。其次,通过控制热成形之后的开模温度增加C配分时间以及添加Si、Al元素来获得马氏体板条间的残余奥氏体。最终获得精细的位错型马氏体、贝氏体和残余奥氏体的多相复合组织。其高强度得益于马氏体和复相组织的细晶强化与位错强化,其塑性的提高来源于组织中存在适量的残余奥氏体和部分贝氏体,同时晶粒细化和多相的协调变形对塑性的提高也有所帮助。达到在不降低强度的情况下,提高热冲压用钢的塑性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中:
图1是本发明实施例1中钢基板的金相照片;
图2是本发明实施例中未经热冲压的铝硅镀层SEM图片;
图3是本发明实施例中经过热冲压的铝硅镀层SEM图片。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例,具体阐述本发明,本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解,这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明,而非限制本发明。
在整个说明书中,除非另有特别说明,本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾,本说明书优先。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:
本申请提供一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分包括:C:0.20~0.50%,Si:0.2~1.6%,Al:0.02~1.6%,Mn:1.0~4.0%,Cr:0.1~0.7%,Mo:0.1~0.7%,B:0.001~0.005%,S≤0.005%,P≤0.01%,N≤0.01%,0≤0.003%,其余为Fe和不可避免夹杂元素,其中,1.0%≤Al+Si≤2.0%。
本申请中,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分还包括如下至少一种:Ti:0.02~0.15%,Nb:0.02~0.15%,V:0.02~0.15%。
本申请中,所述铝硅镀层钢板的镀层厚度为10~40μm。
本申请中,经热冲压后,所述镀层厚度为20~60μm。
本申请中,按重量百分比计,所述镀层化学成分为:Si:8~11%,Fe:1~4%,余量为Al和不可避免夹杂元素。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、退火、热镀铝硅、光整、拉矫、落料料片加热、淬火工序,获得热冲压用铝硅镀层钢板;
所述热轧中,加热出炉温度为1150~1280℃,终轧温度为850~920℃,卷取温度为500~700℃;
所述冷轧压下量为40~80%,形成钢带;
所述退火中,退火温度为720~800℃,露点温度为-10~-60℃;
所述热镀铝硅中,将所述退火后钢带以3~30℃/s速率冷却至640~680℃,进行热浸镀;
所述落料料片加热中,加热温度为800~1000℃。
本申请中,热镀铝硅中,所述热浸镀时间为2~10s。
本申请中,所述热浸镀结束后,进行两次冷却,其中,第一次冷却是以2-20℃/s速率冷却至500℃~550℃,第二次冷却是以大于等于20℃/s速率冷却至小于等于300℃。
本申请中,落料料片加热中,所述保温时间为3~10min。
本申请中,所述淬火结束时,温度T淬火满足如下条件:Ms~(20)≤T淬火<Ms。
本申请中钢化学成分作用如下:
本发明钢基板中C是最有效,最便宜的固溶强化元素,可有效保证热冲压用钢强度级别。同时C是奥氏体稳定化元素,能够最有效地稳定奥氏体。
Si是铁素体形成元素,当热冲压钢在加热至奥氏体区(γ)区保温时,Si原子固溶于铁素体中。铁素体中Si的溶入使C原子活度提高,促进铁素体中的C原子向外扩散,使周围奥氏体中含碳量增加,随着奥氏体中碳含量的增加,其稳定性也随之增加。在冷却过程中,Si抑制碳化物的析出,确保组织中存在一定量的残余奥氏体。
Al元素可使其塑性得到提升,其能够增加奥氏体向贝氏体转变的驱动力,使贝氏体形成的速度得到了加快,以使C原子在铁素体中的活度明显增大,且能对渗碳体的形成起到抑制作用,进而增加奥氏体中的含碳量、使残余奥氏体的含量得到有效提升。
Mn用来增加奥氏体区降低奥氏体化温度,提高淬透性。Cr能显著增加淬透性和减轻高温表面出现严重氧化,但其促进贝氏体形成,不宜过高。Mo可细化钢的晶粒,提高淬透性,Nb、Ti、V与C、N结合形成析出物,主要是用来细化奥氏体晶粒,少量的B保证有足够好的淬透性。
P为在钢液凝固时易形成微观偏析,随后在奥氏体后温度加热时偏聚到晶界,使钢的脆性显著增大,从而使氢致延迟断裂敏感性升高。因此,P含量应控制在0.01%以下。
S为不可避免的不纯物,形成MnS夹杂物和在晶界偏析会恶化钢的韧性,从而降低钢的韧塑性,并使氢致延迟断裂敏感性升高。因此,S含量应控制在0.01%以下。
N与Al、Ti、Nb、V等结合形成化合物,从而细化晶粒和降低氢致延迟断裂敏感性,但也会偏聚晶界而降低晶界强度。因此,N含量应控制在≤0.005%。
0为有害气体,并影响氢致延迟断裂敏感性,且可能与铝形成粗大的氧化铝夹杂物,恶化钢的韧性。通过多种手段应将[0]含量控制在0.003%以下。
下面将结合具体实施例对本申请的热冲压用铝硅镀层钢板及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.22,Si:0.4,Al:0.95,Mn:2.1,Cr:0.19,Mo:0.32,B:0.003,Ti:0.02,Nb:0.045,V:0.06,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;其Ms点为359℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火热镀铝硅后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度910℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至345℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1471MPa,屈服强度Rp0.2为881MPa,总延伸率为10.7%。
实施例2
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.24,Si:0.7,Al:0.6,Mn:2.4,Cr:0.15,Mo:0.31,B:0.003,Ti:0.03,Nb:0.045,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为337℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度930℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至325℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1564MPa,屈服强度Rp0.2为890MPa,总延伸率为9.5%。
实施例3
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.20,Si:1.4,Al:0.02,Mn:2.5,Cr:0.43,Mo:0.27,B:0.0028,Ti:0.07,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为339℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度920℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至335℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1624MPa,屈服强度Rp0.2为1002MPa,总延伸率为9.6%
实施例4
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.21,Si:0.32,Al:1.30,Mn:3.5,Cr:0.1,Mo:0.47,B:0.0027,Nb:0.057,V:0.12,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为292℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度980℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至290℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1411MPa,屈服强度Rp0.2为902MPa,总延伸率为13.0%。
实施例5
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.27,Si:0.72,Al:0.6,Mn:2.4,Cr:0.25,Mo:0.31,B:0.0032,Ti:0.04,Nb:0.042,V:0.04,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为321℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度900℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至320℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1708MPa,屈服强度Rp0.2为990MPa,总延伸率为9.1%。
实施例6
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.26,Si:1.44,Al:0.02,Mn:2.6,Cr:0.21,Mo:0.31,B:0.0027,Ti:0.07,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为309℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度880℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至305℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1749MPa,屈服强度Rp0.2为1112MPa,总延伸率为7.5%。
实施例7
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.34,Si:0.22,Al:1.49,Mn:2.4,Cr:0.61,Mo:0.56,B:0.0038,Ti:0.04,Nb:0.035,V:0.03,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为285℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度1000℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至280℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1742MPa,屈服强度Rp0.2为1035MPa,总延伸率为10.9%。
实施例8
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.31,Si:0.32,Al:1.32,Mn:3.6,Cr:0.21,Mo:0.47,B:0.0027,Ti:0.04,Nb:0.047,V:0.12,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为262℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度950℃保温5min,然后快速转移至模具中淬火至260℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1721MPa,屈服强度Rp0.2为1102MPa,总延伸率为11.0%。
实施例9
一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其组分及重量百分比含量为:C:0.29,Si:1.32,Al:0.045,Mn:3.4,Cr:0.21,Mo:0.67,B:0.0021,V:0.09,S:≤0.01,P:≤0.01,N:≤0.01,0:≤0.003,其余为Fe和不可避免夹杂;经计算,其Ms点为258℃。经冶炼~连铸~热轧~冷轧退火后,将钢在箱式炉中奥氏体化温度850℃保温7min,然后快速转移至模具中淬火至256℃,然后取出空冷到室温。经测试,钢的抗拉强度Rm为1863MPa,屈服强度Rp0.2为1223MPa,总延伸率为9.2%。最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其特征在于,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分包括:C:0.20~0.50%,Si:0.2~1.6%,Al:0.02~1.6%,Mn:1.0~4.0%,Cr:0.1~0.7%,Mo:0.1~0.7%,B:0.001~0.005%,S≤0.005%,P≤0.01%,N≤0.01%,0≤0.003%,其余为Fe和不可避免夹杂元素,其中,1.0%≤Al+Si≤2.0%。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其特征在于,按重量百分比计,所述铝硅镀层钢板的钢基体化学成分还包括如下至少一种:Ti:0.02~0.15%,Nb:0.02~0.15%,V:0.02~0.15%。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其特征在于,所述铝硅镀层钢板的镀层厚度为10~40μm。
4.根据权利要求3所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其特征在于,经热冲压后,所述镀层厚度为20~60μm。
5.根据权利要求3或4所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板,其特征在于,按重量百分比计,所述镀层化学成分为:Si:8~11%,Fe:1~4%,余量为Al和不可避免夹杂元素。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,其特征在于,包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、退火、热镀铝硅、光整、拉矫、落料料片加热、淬火工序,获得热冲压用铝硅镀层钢板;
所述热轧中,加热出炉温度为1150~1280℃,终轧温度为850~920℃,卷取温度为500~700℃;
所述冷轧压下量为40~80%,形成钢带;
所述退火中,退火温度为720~800℃,露点温度为-10~-60℃;
所述热镀铝硅中,将所述退火后钢带以3~30℃/s速率冷却至640~680℃,进行热浸镀;
所述落料料片加热中,加热温度为800~1000℃。
7.根据权利要求6所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,其特征在于,热镀铝硅中,所述热浸镀时间为2~10s。
8.根据权利要求6所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,其特征在于,所述热浸镀结束后,进行两次冷却,其中,第一次冷却是以2-20℃/s速率冷却至500℃~550℃,第二次冷却是以大于等于20℃/s速率冷却至小于等于300℃。
9.根据权利要求6所述的一种高强韧性热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,其特征在于,落料料片加热中,所述保温时间为3~10min。
10.根据权利要求6所述的一种热冲压用铝硅镀层钢板的制备方法,其特征在于,所述淬火结束时,温度T淬火满足如下条件:Ms-20℃≤T淬火<Ms。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191122 |
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