DE1796353B1 - FERROUS METAL ARTICLE WITH A ZINC-ALUMINUM ALLOY COATING AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING - Google Patents
FERROUS METAL ARTICLE WITH A ZINC-ALUMINUM ALLOY COATING AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURINGInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Zink-Aluminium-Überzüge auf Eisenoberflächen und betrifft insbesondere Zink-Aluminium-Schutzüberzüge auf Stahloberflächen, die geschmeidig und korrosionsfest sind und an den Oberflächen fest anhaften.The invention relates to, and particularly relates to, zinc-aluminum coatings on iron surfaces Zinc-aluminum protective coatings on steel surfaces that are supple and corrosion-resistant and on adhere firmly to the surfaces.
Zum Schutz von Oberflächen eisenhaltiger Metalle gegen korrodierende Medien ist es üblich, die Eisenoberfläche mit einem Nichteisenmetall zu überziehen. Diese Überzüge sollen nicht nur schützen, sondern auch geschmeidig sein, fest anhaften und ein glattes, gefälliges Aussehen haben.To protect the surfaces of ferrous metals against corrosive media it is common to coat the iron surface with a non-ferrous metal. These coatings should not only protect, but also be supple, firmly adhering and create a smooth, have a pleasing appearance.
Als Schutzüberzug für Oberflächen aus eisenhaltigen Metallen hat man bislang die Metalle Zinn, Zink, Weißmetall, Nickel, Chrom, Cadmium, Kupfer, Aluminium, Bronze und Blei verwendet. Das am meisten für Überzüge benutzte Metall ist Zink, teilweise wegen der relativ geringen Kosten und teilweise wegen seiner hohen Stelle in der Spannungsreihe gegenüber dem Eisen. In zahlreichen Fällen sind die Zinküberzüge gegen Korrosion jedoch nicht genügend widerstandsfähig. Daher sucht man ständig metallische Überzüge, bei denen der Schutz, die Geschmeidigkeit, das Haften, ein gutes Aussehen und niedrige Herstellungskosten miteinander kombiniert sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, benötigt man einen metallischen Überzug, der auf einer eisenhaltigen Unterlage äußerst korrosionsbeständig ist. Außerdem muß sichergestellt sein, daß derartige Überzüge metallurgisch an das Metall der Unterlage gebunden sind. Fernerhin soll die eisenführende Legierungsschicht an der Grenzfläche zwischen dem Überzug und dem Metall dünn und gleichförmig sein, und der Überzug soll gut aussehen und eine gute Verformbarkeit besitzen. Schließlich soll es geschmeidig sein und fest haften.As a protective coating for surfaces made of ferrous metals, the metals tin, zinc, White metal, nickel, chromium, cadmium, copper, aluminum, bronze and lead are used. Most for The metal used in coatings is zinc, partly because of its relatively low cost and partly because of its high point in the series of voltages opposite the iron. In numerous cases the coatings are zinc however not sufficiently resistant to corrosion. Therefore one is constantly looking for metallic coatings, where the protection, the suppleness, the adhesion, good looks and low manufacturing costs are combined. In other words In other words, you need a metallic coating that is extremely corrosion-resistant on a ferrous surface is. In addition, it must be ensured that such coatings metallurgically to the metal Document are bound. Furthermore, the iron-bearing alloy layer at the interface between the coating and the metal should be thin and uniform, and the coating should look good and be good Have deformability. After all, it should be pliable and stuck firmly.
Aus der IT-PS 5 65 969 ist es bekannt, Motorventile mit einem in Pulverform aufgebrachten Aluminium-Zink-Überzug zu versehen, wobei der Zinkanteil nur etwa 5Gew.-% beträgt. Aus der DT-PS 2 86 939 und der GB-PS 8 64 532 ist das Beschichten von Eisengegenständen mit Aluminium- bzw. Aluminium- oder Kupferpulver bekannt.From IT-PS 5 65 969 it is known engine valves with an aluminum-zinc coating applied in powder form to provide, the zinc content is only about 5 wt .-%. From DT-PS 2 86 939 and GB-PS 8 64 532 is the coating of iron objects known with aluminum or aluminum or copper powder.
Bisher bestand ein allgemeines Vorurteil bei der Herstellung von Aluminium-Zink-Überzügen, mehr als etwa 12% Zink zu verwenden, wenn der Überzug im wesentlichen aus Aluminium besteht, oder mehr als einen sehr kleinen Prozentsatz von Aluminium von beispielsweise 2'/2% zu verwenden, wenn der Überzug im wesentlichen aus Zink besteht.So far, a general prejudice existed in the production of aluminum-zinc coatings, to use more than about 12% zinc, when the coating consists essentially of aluminum, or more than a very small percentage of aluminum, for example, 2 '/ 2% use if the coating consists essentially of zinc.
Gegenstand der Erfindung ist der in den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnete Metallgegenstand sowie das in Anspruch 3 gekennzeichnete Verfahren.The subject of the invention is the metal object characterized in claims 1 and 2 as well as that in Claim 3 characterized method.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes gemäß der Erfindung wird somit auf eine eisenhaltige Unterlage, z. B. einen Streifen, deren Oberfläche von Oxiden und anderen Verunreinigungen frei ist, ein Überzug aus 25 bis 70% Aluminium und Zink als Rest derart aufgebracht, daß sich an der Grenzschicht zwischen der Unterlage und dem Überzug eine sehr dünne, gleichförmige, eisenführende Legierungsschicht ergibt.In the method for producing the object according to the invention is thus on a ferrous Document, e.g. B. a strip, the surface of which is from Oxides and other impurities are free, a coating of 25 to 70% aluminum and zinc as the remainder applied in such a way that at the interface between the substrate and the coating a very results in a thin, uniform, iron-bearing alloy layer.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere zum Überziehen von Stahlbändern und -drähten brauchbar. Die Erfahrung hat ganz allgemein gezeigt, daß eine dicke Legierungsschicht an der Grenzfläche zwischen dem Stahlband und einem nicht eisenhaltigen ät schützenden Überzugsmetall die Bildung von Rissen im ^P Überzug begünstigt, wenn der überzogene Gegenstand später deformiert wird. Zusätzlich führt eine starke Legierung mit dem Überzugsmetall bei Streifen von dünner Bemessung aus Eisen zu einem verhältnismäßig großen Verlust an Grundmetall. Auch führt eine starke Legierung an der Grenzschicht manchmal zu einem unebenen Überzug, so daß das Aussehen der Oberfläche viel zu wünschen übrig läßt.The method according to the invention is particularly useful for coating steel strips and wires. Experience has generally shown that a thick layer of alloy at the interface between the steel strip and a non- ferrous protective coating metal promotes the formation of cracks in the coating if the coated article is later deformed. In addition, a strong alloy with the clad metal results in a relatively large loss of base metal in thin iron strips. Also, a strong alloy at the interface sometimes results in an uneven coating, so that the appearance of the surface leaves much to be desired.
Zum Aufwalzen des Überzuges wird die Oberfläche eines Stahlbleches mit geringem KohlenstoffgehaltThe surface of a steel sheet with a low carbon content is used to roll the coating
durch Ätzen mit Säure aufgerauht. Sie wird mit einer dünnen Schicht Tridecylalkohol versehen. Dann wird das Blech mit einer Mischung aus Zinkpulver (75%) und Aluminiumpulver (25%) bedeckt, weil der Alkohol das anfängliche Haften des Pulvers auf dem Blech fördert.roughened by acid etching. It is provided with a thin layer of tridecyl alcohol. Then it will be the sheet metal covered with a mixture of zinc powder (75%) and aluminum powder (25%) because the alcohol is the promotes initial adhesion of the powder to the sheet metal.
Das das Pulver tragende Blech wird durch Druckwalzen hindurchgezogen, um das Pulver auf dem Blech zu verdichten und dann bei 400° C etwa 5 min lang warmgehalten, um den Überzug an das Blech zu binden.The sheet metal carrying the powder is pulled through pressure rollers to force the powder onto the sheet metal compact and then held at 400 ° C for about 5 minutes to bond the coating to the panel.
Der überzogene Gegenstand gemäß der ErfindungThe coated article according to the invention
wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:is explained in more detail with reference to the drawings:
F i g. 1 bis 4 zeigen Mikrophotographien von Querschnitten durch überzogene Stahlbänder gemäß der Erfindung, wobei die Überzüge aus etwa 25%, 35%, 54% und 70% Aluminium mit im wesentlichen Zink als Rest in den einzelnen Beispielen bestehen. Die mit der Zink-Aluminium-Legierung überzogenen eisenhaltigen Metallgegenstände der Erfindung enthalten eine dünne Legierungszwischenschicht zwischen dem eisenhaltigen Kern und dem Überzug. Der Überzug ist durch zinkreiche Regionen (die in dem Überzug in F i g. ι bis 4 als hellere Flächenteile erscheinen) und aluminiumreiche Regionen (die in dem Überzug in F i g. 1 bis 4 als dunklere Flächenteile erscheinen) gekennzeichnet. Derartige zinkreiche Regionen und aluminiumreiche Regionen ergeben eine metallurgische Wechselwirkung mit der Legierungszwischenschicht, so daß man einen überzogenen Metallgegenstand mit überragender Korrosionsfestigkeit erhält.F i g. 1 to 4 show photomicrographs of cross-sections through coated steel strips according to FIG Invention wherein the coatings consist of about 25%, 35%, 54% and 70% aluminum with essentially zinc as Remainder exist in the individual examples. The ferrous ones coated with the zinc-aluminum alloy Metal articles of the invention contain a thin intermediate alloy layer between the ferrous one Core and the coating. The coating is characterized by zinc-rich regions (those in the coating in FIGS appear as lighter patches) and regions rich in aluminum (those in the coating in Figs. 1 to 4 as darker parts of the surface appear). Such zinc rich regions and aluminum rich regions result in a metallurgical interaction with the alloy interlayer, so that one coated metal object with superior corrosion resistance.
Die Mikrophotographie der F i g. 1 zeigt in 50Ofacher Vergrößerung einen Querschnitt durch einen überzogenen Gegenstand gemäß der Erfindung, wobei der Überzug aus 25% Aluminium, 74% Zink und 0,77% Silicium, Rest Verunreinigungen, besteht. In diesem Beispiel ist keine sichtbare Legierungsbildung des Eisens mit dem Überzugsmetall vorhanden.The photomicrograph of FIG. 1 shows in 50 times Enlargement of a cross-section through a coated article according to the invention, the The coating consists of 25% aluminum, 74% zinc and 0.77% silicon, the remainder being impurities. In this For example, there is no visible alloying of the iron with the coating metal.
In F i g. 2 ist eine Mikrophotographie mit 500facher Vergrößerung eines weiteren erfindungsgemäßen, überzogenen Gegenstandes wiedergegeben. Die Legierungsschicht zwischen dem Überzug und dem Metall der Unterlage ist bei einer Zusammensetzung des Überzuges aus 35% Aluminium, 64% Zink und 1% Silicium derart dünn, daß sie bei der 500fachen Vergrößerung fast nicht unterscheidbar istIn Fig. Figure 2 is a photomicrograph, magnified 500X, of another coated film of the present invention Object reproduced. The alloy layer between the coating and the metal the base is with a composition of the coating of 35% aluminum, 64% zinc and 1% Silicon so thin that it is almost indistinguishable at 500x magnification
Wenn der Aluminiumgehalt des Überzuges über 35% hinaus erhöht wird, tritt eine geringe Materialmenge als Legierungsgrenzschicht in Erscheinung. Selbst wenn das Aluminium 70% des Legierungsüberzuges darstellt, ist die eisenführende Legierung an der Grenzfläche gleichförmig und dünn. Diese bei größeren Aluminiummengen auftretende dünne Abmessung und Gleichförmigkeit der Grenzflächenlegierung kann man in den F i g. 3 und 4 sehen, die in 500facher Vergrößerung den Querschnitt durch einen ähnlichen Metallgegenstand gemäß der Erfindung zeigen. Bei der Probe gemäß F i g. 3 besteht der überzogene Gegenstand im Überzug aus annähernd 54% Aluminium, 44,5% Zink und 1,5% Silicium, bei der Probe gemäß Fig.4 aus annähernd 70% Aluminium, 28% Zink und 2% Silicium.When the aluminum content of the coating is increased beyond 35%, a small amount of material occurs as Alloy boundary layer in appearance. Even if the aluminum represents 70% of the alloy coating, the ferrous alloy is uniform and thin at the interface. This with larger amounts of aluminum Occurring thin dimension and uniformity of the interface alloy can be seen in the F i g. 3 and 4, which are enlarged 500 times, show the cross-section through a similar metal object show according to the invention. In the sample according to FIG. 3, the coated object consists in the coating from approximately 54% aluminum, 44.5% zinc and 1.5% silicon, in the sample according to FIG. 4 from approximately 70% aluminum, 28% zinc and 2% silicon.
Die dünne eisenführende Legierungsschicht soll eine Schicht an der Grenzfläche bezeichnen, die eine durchschnittliche Dicke von nicht mehr als etwa 0,00635 mm mit Ausnahme der örtlichen Vorsprünge hat. Die Erfindung ist jedoch in weiterem Sinne nicht auf eine Legierungsschicht dieser Dünnheit begrenzt, denn in manchen Anwendungen ist es möglich, auch eine Schicht größerer Dicke zuzulassen.The thin iron-bearing alloy layer is intended to denote a layer at the interface, the one average thickness of no more than about 0.00635 mm excluding local protrusions Has. However, the invention is not limited in a broader sense to an alloy layer of this thinness, because in some applications it is possible to allow a layer of greater thickness.
Der Ausdruck »gleichförmig« soll eine Legierungsschicht bezeichnen, die bei einer ebenen Unterlage im wesentlichen eben ist, die aber örtlich Vorsprünge in dem Zink-Aluminium-Überzug enthalten kann, wie dies z. B. aus F i g. 3 und F i g. 4 hervorgehtThe term "uniform" is intended to denote an alloy layer which, in the case of a flat base, is in the is essentially flat, but which may contain localized protrusions in the zinc-aluminum coating, such as this z. B. from Fig. 3 and F i g. 4 emerges
Typische Ergebnisse (Durchschnittswerte von 4 Proben der Größe 10,1 cm χ 15,2 cm mit geschützten Rändern) sind in der folgenden Tabelle für Salzsprühversuche an einem feuerverzinkten Stahlblech und an Stahlblechen gemäß der Erfindung angegeben, die mit Zink-Aluminium-Überzügen nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren versehen sind.Typical results (averages of 4 10.1 cm 15.2 cm specimens with protected Edges) are in the following table for salt spray tests on a hot-dip galvanized sheet steel and on Steel sheets specified according to the invention with zinc-aluminum coatings according to the above described procedures are provided.
Art des ÜberzugesType of coating
Zeit in StundenTime in hours
(bis zu 1% Rost je 0,025 mm
Überzugsdicke)(up to 1% rust per 0.025 mm
Coating thickness)
325
2290325
2290
32343234
>3805*)> 3805 *)
> 3405*)> 3405 *)
940940
1) feuerverzinkt1) hot-dip galvanized
2) Zink-Aluminium-Uberzug
mit annähernd 25% Al2) Zinc-aluminum coating
with approximately 25% Al
3) wie 2) mit etwa 35% Al3) as 2) with about 35% Al
4) wie 2) mit etwa 45% Al4) as 2) with about 45% Al
5) wie 2) mit etwa 54% Al
6) wie 2) mit 70% Al5) as 2) with about 54% Al
6) as 2) with 70% Al
*) Versuch nicht abgeschlossen. *) Attempt not completed.
In dem sogenannten Auspufftest wird die Korrosionsbeständigkeit der Produkte gemäß der Erfindung mitIn the so-called exhaust test, the corrosion resistance of the products according to the invention is determined with
einem Gehalt von 25 bis 70% Aluminium im Überzug weit besser als von feuerverzinkten Gegenständen erfüllta content of 25 to 70% aluminum in the coating is far better than that of hot-dip galvanized objects Fulfills
Beim Auspufftest werden zwei überzogene Proben von der Größe 5,08 cm χ 10,1 cm in eine wäßrige
Lösung von 0,05 normaler Schwefelsäure und 0,01 normaler Bromwasserstoffsäure 8 s lang bei einer
Lösungstemperatur von 82° C getaucht Am Ende der Eintauchzeit von 8 s werden die Proben herausgenommen
und in den Dämpfen der dem Eintauchen dienenden Lösung eine Stunde lang aufgehängt. Dieses
Vorgehen wird jede Stunde wiederholt (insgesamt 20 χ X worauf die Proben in einem Laborofen 2 h lang
auf 2600C gehalten werden, um den Zyklus von 24 h zu
vervollständigen. Hiernach werden die Proben auf den Beginn des Röstens untersucht wobei das Rosten an
den abgeschnittenen Rändern der Proben unberücksichtigt bleibt Der gesamte Versuch dauert 13 Zyklen von
je einem Tag.
Die Ergebnisse des Auspufftestes sind in der Tabelle II aufgeführtIn the exhaust test, two coated samples measuring 5.08 cm χ 10.1 cm are immersed in an aqueous solution of 0.05 normal sulfuric acid and 0.01 normal hydrobromic acid for 8 seconds at a solution temperature of 82 ° C. At the end of the immersion time of Samples are removed for eight seconds and suspended in the fumes of the immersion solution for one hour. This procedure is repeated every hour (total of 20 χ X after which the samples in a laboratory oven for 2 hours maintained at 260 0 C for at the cycle of 24 h to complete. Thereafter the samples to the beginning of the roasting examined wherein the rusting of the cut edges of the samples are not taken into account. The entire experiment lasts 13 cycles of one day each.
The results of the exhaust test are shown in Table II
Beginn des
Röstens der
Stahlunterlage*)Cycles by
beginning of
Roasting the
Steel base *)
mit etwa 25% AlZinc-aluminum coating
with about 25% Al
*) Das Rosten der abgeschnittenen Ränder der Proben ist unberücksichtigt. *) The rusting of the cut edges of the samples is not taken into account.
Die Gegenstände gemäß der Erfindung, deren Überzug 25 bis 70% Aluminium enthält erfüllen bei Biegeversuchen die Anforderungen der A.S.T.M.-Norm A93—59T. Ferner zeigen die Gegenstände gemäß der Erfindung beim flachen Umbördeln des Randes in einem entsprechenden Standardtest bei allen Aluminiumkonzentrationen im Überzug von 25 bis 45% kein Abblättern. Der Überzug mit 70% Aluminium zeigt ein geringfügiges örtliches Abblättern.The articles according to the invention, the coating of which contains 25 to 70% aluminum, meet Bending tests meet the requirements of A.S.T.M.-Norm A93-59T. Furthermore, the objects according to FIG Invention of flanging the edge flat in a corresponding standard test at all aluminum concentrations no peeling in the coating from 25 to 45%. The 70% aluminum coating shows a slight local flaking.
Weiterhin zeigen die Gegenstände gemäß der Erfindung, deren Überzug 25 bis 45% Aluminium enthält, nur eine geringe Rißbildung, wenn sie um 180° flach auf sich selbst zurückgebogen werden.Furthermore, the articles according to the invention show their coating 25 to 45% aluminum contains little cracking when bent back 180 ° flat on itself.
Die Geschmeidigkeit und das Haften der Überzüge sind bei den Gegenständen gemäß der Erfindung mit einem Aluminiumgehalt von 25 bis 70% derart, daß diese die handelsübliche Verformung, z. B. die Ausbildung von Sicken, das Biegen, vertragen, ohne bedeutende Risse oder Schuppen zu bilden. ι οThe suppleness and the adhesion of the coatings are with the articles according to the invention with an aluminum content of 25 to 70% in such a way that this allows for the customary deformation, e.g. B. the training of beads, bending, tolerated without forming significant cracks or scales. ι ο
Zusammenfassend betrachtet, weisen die eisenhaltigen Gegenstände, die mit Zink-Aluminium überzogen sind, wobei der Aluminiumgehalt 25 bis 70% des gesamten Überzuges beträgt, eine Korrosionsbeständigkeit auf, die der der feuerverzinkten Gegenstände überlegen ist. Innerhalb des weiten Bereiches zeichnen sich die Überzüge, deren Aluminiumgehalt 25 bis 40% beträgt, durch ihre Geschmeidigkeit und ihre Freiheit von Schuppenbildung oder Abblättern aus, wenn sie starken Verformungsvorgängen unterworfen werden; die Überzüge mit einem Aluminiumgehalt von 40 bis 60% des Gesamtüberzuges zeichnen sich durch ihre bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit aus, obgleich die Verformbarkeit am oberen Ende des Bereiches des Aluminiumgehaltes etwas verloren geht.In summary, the ferrous objects have been coated with zinc-aluminum are, the aluminum content being 25 to 70% of the total coating, a corrosion resistance which is superior to that of the hot-dip galvanized objects. Draw within the wide area the coatings, the aluminum content of which is 25 to 40%, are characterized by their flexibility and freedom from flaking or peeling when subjected to severe deformation processes; the coatings with an aluminum content of 40 to 60% of the total coating are characterized by their remarkable resistance to corrosion, although the ductility is at the upper end of the range of the Aluminum content is lost somewhat.
Wenn auch die Überzüge für die Gegenstände gemäß der Erfindung im wesentlichen aus Metallen Zink und Aluminium bestehen, so können auch andere, die grundlegenden Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussenden Zusätze oder Verunreinigungen vorhanden sein. Beispielsweise kann der Überzug auch bis zu 0,3% Chrom enthalten, um die Korrosion zwischen den Korngrenzen zu beeinflussen. Derartige Substanzen sollen nicht ausgeschlossen sein, wenn zuvor der Ausdruck »besteht im wesentlichen« verwendet ist.Even if the coatings for the objects according to the invention are essentially made of zinc and metals Aluminum exist, so can others that do not adversely affect the basic properties There may be additives or impurities. For example, the coating can also be up to 0.3% Contain chromium to influence corrosion between grain boundaries. Such substances should not be excluded if the term "consists essentially" is previously used.
Alle Prozentangaben, die sich auf die Komponenten des Überzuges beziehen, beziehen sich auf das Gewicht.All percentages relating to the components of the coating are based on weight.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US38259564 | 1964-07-14 | ||
US382595A US3343930A (en) | 1964-07-14 | 1964-07-14 | Ferrous metal article coated with an aluminum zinc alloy |
US627207A US3393089A (en) | 1964-07-14 | 1967-03-30 | Method of forming improved zinc-aluminum coating on ferrous surfaces |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1796353B1 true DE1796353B1 (en) | 1977-04-28 |
DE1796353C2 DE1796353C2 (en) | 1978-01-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3017544A1 (en) * | 1980-05-08 | 1981-11-12 | Nippon Dia Clevite Co., Ltd., Narashino, Chiba | Steel-backed aluminium alloy bearing material prodn. - by hot rolling aluminium alloy powder coated steel strip in air |
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DE286939C (en) * | ||||
GB864532A (en) * | 1956-06-29 | 1961-04-06 | Copperweld Steel Co | Method of cladding a metal core |
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---|---|
DE1521148A1 (en) | 1969-08-07 |
US3393089A (en) | 1968-07-16 |
SE315460B (en) | 1969-09-29 |
DE1521148B2 (en) | 1975-09-18 |
LU49050A1 (en) | 1966-11-22 |
GB1115673A (en) | 1968-05-29 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B1 | Publication of the examined application without previous publication of unexamined application | ||
C2 | Grant after previous publication (2nd publication) |