DE2459604A1 - FERRITIC STAINLESS STEEL HIGH PERMEABILITY - Google Patents
FERRITIC STAINLESS STEEL HIGH PERMEABILITYInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
Description
Hamburg, den 13. Dezember 1974 169974 IP 49752Hamburg, December 13, 1974 169974 IP 49752
Priorität: 17. Dezember 1973, Dapan, Pat.Anm.Nr. 141 538/1973Priority: December 17, 1973, Dapan, Pat. 141 538/1973
Anmelder:Applicant:
Citizen UJätch Company LimitedCitizen UJätch Company Limited
9-18, 1-chome, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo / Japan 9-18, 1-chome, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo / Japan
Ferritischer rostfreier Stahl hoher PermeabilitätHigh permeability ferritic stainless steel
Die Erfindung bezieht sich auf einen ferritischen rostfreien Stahl hoher Permeabilität, der eine überlegene Korrosionsfestigkeit und sehr gute magnetische Eigenschaften aufweist.The invention relates to a high permeability ferritic stainless steel which is superior in corrosion resistance and has very good magnetic properties.
Ferritischer rostfreier Stahl ist bekannt als besonders gutes meichmagnetisches material, das sich durch gute Korrosionsfestigkeit auszeichnet und z.B. für die Herstellung uon elektromagnetischen Ventilteilen benutzt wird.Ferritic stainless steel is known as a particularly good meichmagnetic material, which is characterized by good corrosion resistance and is used e.g. for the production of electromagnetic valve parts.
-2--2-
509825/0509825/0
Es ist versucht worden, die magnetischen Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl dadurch zu verbessern, indem allein Al, Si oder Ti oder kombiniert Al und \l zugesetzt wird, siehe z.B. die japanische Patentveröffentlichung Sho-46-15213. Bei derartig verbesserten rostfreien Stählen erreichen die Gleichstrom-Hilagneteigenschaften UJerte, die für die /Permeabilität ( LL ) in der Größenord nung von höchstens 8.000 und für die Koerzitivkraft (H ) höchstens 0,3 Oe betragen. Außerdem läßt bei diesem bekannten Material die Korrosionsfestigkeit erheblich zu wünschen übrig.Attempts have been made to improve the magnetic properties of ferritic stainless steel by adding Al, Si, or Ti alone or a combination of Al and \ 1 , see, for example, Japanese Patent Publication Sho-46-15213. In such improved stainless steels, the DC magnetic properties reach U values which for the permeability ( LL ) are in the order of magnitude of at most 8,000 and for the coercive force (H) are at most 0.3 Oe. In addition, the corrosion resistance of this known material leaves much to be desired.
Für diese bekannten Legierungen können die magnetischen Eigenschaften, nämlich die Permeabilität LL und die Koerzitiv-For these known alloys, the magnetic properties, namely the permeability LL and the coercive
/ m/ m
kraft in der Größenordnung van 1.500 bzw. 3,0 Oe betragen, wenn das material einer leicht auszuführenden industriellen Wärmebehandlung unterworfen wird, z.B. einem Glühen bei weniger als 1.0000C. Falls die Glühtemperatur auf 1.35O0C gesteigert wird, ändern sich die liierte für ll, und die Koerzitivkraft auf die Größenordnung von 8.000 bzw. 0,3 Oe.force be 1,500 and 3.0 Oe in the order van when the material is subjected to an easy to perform industrial heat treatment, including annealing at less than 1000 0 C. If the annealing temperature is raised to 0 C 1.35O, the change Affiliated for ll, and the coercive force on the order of 8,000 and 0.3 Oe, respectively.
Erfahrungen haben gezeigt, daß diese Magneteigenschaften der bekannten !Ylagnetmaterialien mit Bezug auf die hohe Permeabilität und die Anforderungen zur Korrosionsfestigkeit erheblich verbesserungsbedürftig erscheinen.Experience has shown that these magnetic properties of the known! Ylagnet materials with reference to the high permeability and the requirements for corrosion resistance are considerable Appear in need of improvement.
Die Erfindung bezweckt deshalb, verbesserte ferritischeThe invention therefore aims to provide improved ferritic
9-82670020 ~3~9-82670020 ~ 3 ~
rostfreie Stähle zu schaffen, die gegenüber üblichen vergleichbaren Legierungsmetallen sich durch eine überlegene hohe Permeabilität und hohe Korrosionsfestigkeit auszeichnen.to create stainless steels that are comparable to usual Alloy metals are characterized by a superior high permeability and high corrosion resistance.
Um diese Aufgabe zu lösen und weitere Vorzüge zu verwirklichen, sind umfangreiche Versuche ausgeführt morden, uiobei mehrere bevorzugte Legierungselemente, nämlich Ta, Zr, Ge, Sn, Ce, UJ, IYIo, Ti, Si, Al, V und Nb ferritischen rostfreien Basisstählen zugesetzt wurden, die 12 - 30 Geiu.^ Cr enthielten. Bei Untersuchung des Ergebnisses zeigte sich, daß der Zusatz von Ti, V, Ge, Ce und/oder UJ die besten Ergebnisse zur Verbesserung der Permeabilität und der Korrosionsfestigkeit der Legierungsstähle brachte.In order to solve this problem and to realize further advantages, extensive experiments have been carried out, uiobei several preferred alloying elements, namely Ta, Zr, Ge, Sn, Ce, UJ, IYIo, Ti, Si, Al, V and Nb ferritic stainless Base steels containing 12-30 Geiu. ^ Cr were added. When the result was examined, it was found that the addition of Ti, V, Ge, Ce and / or UJ gave the best results to improve permeability and corrosion resistance who brought alloy steels.
Aus diesen Versuchen hat sich ergeben, daß eine erfindungsgemäße hochkorrosionsfeste Legierung mit hoher Permeabilität auf der Basis eines rostfreien Fe-Cr-Stahles enthält: 12 - 30 Gem.-% Cr, bis zu 0,12 Gew.-^ C, bis zu 1,0 Gew.-^ Si und bis zu 1,0 Gew.-% IYIn, uiobei der Rest Fe ist. Diese Legierung wird besonders gekennzeichnet durch einen u/eiteren Zusatz von 0,2- 2,0 Qeui.-% wenigstens eines Gliedes aus der aus Ti, V, Ge, Ce und UJ bestehenden Gruppe.These tests have shown that a highly corrosion-resistant alloy according to the invention with high permeability based on a rustproof Fe-Cr steel contains: 12-30 % Cr, up to 0.12% by weight, up to 1 , 0 wt% Si and up to 1.0 wt% IYIn, the balance being Fe. This alloy is particularly characterized by a further addition of 0.2-2.0 Qeui .-% of at least one member from the group consisting of Ti, V, Ge, Ce and UJ.
Durch die Erfindung wird ein verbesserter rostfreier Stahl auf der Basis Fe-Cr geschaffen, der eine maximale Permeabilität (IL1n) von mehr als 15.000 und eine Koerzitivkraft (Hc) von weniger als 0,15 Oe aufweist und dessen Korrosionsfestig-The invention provides an improved stainless steel based on Fe-Cr, which has a maximum permeability (IL 1n ) of more than 15,000 and a coercive force (Hc) of less than 0.15 Oe and whose corrosion resistance
B Q9 825/0828 ~4"B Q9 825/0828 ~ 4 "
kait gleichzeitig gegenüber üblichen vergleichbaren Materialien beträchtlich verbessert ist.kait at the same time compared to common comparable materials is considerably improved.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Anspruch sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung ausführlich anhand von Tabellen erläutert ist.Further advantages and features of the invention emerge from the claim and from the following description in which the invention is explained in detail with reference to tables.
In der folgenden Tabelle 1 sind mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung vergleichsweise dargestellt,In the following Table 1 are several preferred embodiments shown comparatively for the invention,
Bei den hier zugrundeliegenden Versuchen "wurde Ta, Zr, Ge, Sn, Ce, Ui, IYIo, Ti, Si, Al oder Nb einem ferritischen rostfreien Stahl auf der Basis von etwa 18 Gew.-% Cr zugesetzt.The underlying here attempts "Ta, Zr, Ge, Sn, Ce, Ui, IYIo, Ti, Si, Al or Nb was added to a ferritic stainless steel on the basis of about 18 wt -.% Cr added.
509825/0 8 28509825/0 8 28
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Mo : 1. 29
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Mon: 1. 29
Mon: December 2nd
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0.013
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(22)(21)
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1.520.37
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(27)(26)
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(30)
17.6
17.5 ■17.6
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0.350.33
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ANMERKUNG:ANNOTATION:
Taballenuiarta sind Gq\u,% Taballenuiarta are Gq \ u,%
5G9825/08285G9825 / 0828
Diese Proben oder Beispiele 1 - 33 wurden, wie in der folgenden Tabelle 2 dargestellt ist, ziuei Stunden lang in einer gasförmigen UJasserstoffatmosphäre uon 800 C über 900 C und 1.0000C bis 1.1000C geglüht, dann mit einer Abkühlungsgeschuiindigkeit von 100°C/Stunde auf 600QC gekühlt und schließlich schnell luftgekühlt. Mehrere physikalische Eigenschaften, uiie die maximale Permeabilität ( LL ), Koerzitiukraft (H ), die Korrosionsfestigkeit und der Grad der Vickers-Härte der derart behandelten Proben sind ebenfalls in derselben Tabelle 2 gezeigt.These samples or Examples 1 -, were as shown in Table 2 below 33, annealed ziuei hours in a gaseous UJasserstoffatmosphäre uon 800 C over 900 C and 1000 0 C to 1100 0 C, then treated with a Abkühlungsgeschuiindigkeit of 100 ° C / Chilled to 600 ºC for an hour and finally quickly air-cooled. Several physical properties such as the maximum permeability ( LL ), coercive force (H), corrosion resistance and the degree of Vickers hardness of the samples thus treated are also shown in the same Table 2.
-7--7-
509825/0828509825/0828
,Taballa 2 ·, Taballa 2
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%
te nap. ,
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-8--8th-
Zur Bestimmung des Ausmaßes der Korrosionsfestigkeit wurde jede Probe an ihrer Oberfläche mittels eines Schmirgelpapiers Nr. 220 poliert, mit Azeton und Äthylalkohol entfettet, in einen Behälter mit Stadtwasser eingetaucht und schließlich 24 Stunden lang mit einer 5% wässerigen NaCl-Lösung von 35 C besprüht. Sodann wurde die derart behandelte Fläche geprüft und in eine der folgenden fünf Klassen 1-5 gemäß dem Ausmaß der eingetretenen Korrosion und Verfärbung eingeordnet.To determine the degree of corrosion resistance, the surface of each sample was polished using emery paper No. 220, degreased with acetone and ethyl alcohol, immersed in a container with city water and finally sprayed with a 5% aqueous NaCl solution at 35 ° C. for 24 hours. The surface treated in this way was then tested and classified into one of the following five classes 1-5 according to the extent of the corrosion and discoloration that had occurred.
VerfärbungExtent of corrosion and
Discoloration
färbungless than three rust spots with ver
coloring
als 1/4 der Oberfläche korrodiert
und v/erfärbtmore than three rust spots and less
corroded as 1/4 of the surface
and v / colored
und verfärbt1/4 - 1/2 of the surface is corroded
and discolored
diert und verfärbtmore than half the surface is corrosive
dated and discolored
509825/0828509825/0828
Wann-die kennzeichnenden Daten, die in der vorstehenden Tabelle 2 enthalten sind, im Hinblick auf die fflagnetisiarungceigenschaften und die Korrosionsfestigkeit geordnet werden, um damit die Gesamtujirkung des Zusatzelementes herauszustellen, ergibt sich die folgende Tabelle 4: ■When-the identifying data specified in the foregoing Table 2 are included, with regard to the magnetic properties and the corrosion resistance are classified, in order to emphasize the overall effect of the additional element, the following table 4 results: ■
•-^festigkeit• Corr.- ;
• - ^ strength
"4,5-above
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3
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or larger
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1.29% Mon
0.92% V
0.51% v
0.27% W
0.51% V0.43% Ti
0.51% V
0.26% Ge
0.37% Ce0.48% Gc
0.26% Ge
0.37% Ce
1. 52% Si0. & 6% W
1. 52% Si
3,000atuja same
3,000
1.73% V0.04% Zr '
1.73% V
0.04% Zr0.86% Gc
0.04% Zr
• ·. 2, 000about the same
• ·. 2,000
2.85% Ce1.52% Ce
2.85% Ce
2.17% Mo
0.74% Si.1.74% Ge
2.17% Mon
0.74% Si.
0.37% Si*
1.41% W0.49% Ce
0.37% Si *
1.41% W
1, 500about the same
1,500
1.41% W '
0. 58% Nb0.94% Ta
1.41% W '
0. 58% Nb
0.31% Ta
0.70% Mo0.19% Ta
0.31% Ta
0.70% Mon
Anmerkung: * bedeutet SUS 430 oder 3IS-A1S1-430, d.h. ein Legierungsstahl, der im wesentlichen gleich einem rostfreien 18 Cr-Stahlist und als Beurteilungsstandard für alle angeführten Proben dient.Note: * means SUS 430 or 3IS-A1S1-430, i.e. a Alloy steel substantially the same as 18 Cr stainless steel and used as a standard of judgment is used for all samples listed.
509825/0828 ORIGINAL INSPECTED509825/0828 ORIGINAL INSPECTED
-10--10-
Die Tabellen 2 und 4 zeigen im Zusammenhang mit den Ergebnissen von leicht industriell auszuführenden Glühbehandlungen bei Temperaturen bis höchstens 1.100°C, daß der Zusatz von wenigstens einem Mitglied der Gruppe, die aus V, Ge und Ti besteht, die fflagnetisierungs- und Korrosionsfestigkeitseigenschaften in einem merklichen Ausmaß verbessert.Tables 2 and 4 show in connection with the results of annealing treatments that can easily be carried out industrially at temperatures up to a maximum of 1,100 ° C that the addition of at least one member of the group consisting of V, Ge and Ti, the magnetic and corrosion resistant properties improved to a noticeable extent.
Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die besonders günstigen Eigenschaften, die sich bei den gleichen Proben 1-33 ergeben, luenn die Glühbehandlungstemperatur auf 1.-35O0C gesteigert luird. Die Glühbehandlung wurde bei den angegebenen Temperaturen in einer Wasserstoffgasatmosphäre über zwei Stunden ausgeführt, worauf mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 100 C/ Stunde auf 600 C und von dort mit Luft weiter schnell abgekühlt wurde.The following Table 5 shows the particularly favorable properties, which result from the same samples 1-33, luenn the annealing temperature in the first-35O 0 C luird increased. The annealing treatment was carried out at the specified temperatures in a hydrogen gas atmosphere for two hours, followed by rapid cooling at a cooling rate of 100 ° C./hour to 600 ° C. and from there further rapid cooling with air.
Tabelle 5 zeigt, daß durch den Zusatz van wenigstens einem Mitglied der Gruppe, die aus V, Ge, Ce und LU besteht, bedeutende Verbesserungen erreicht werden, wonach LL größer als 15.000, die Koerzitivkraft H weniger als 0,15 Oe und die Korrosionsfestigkeit größer als 4,5 ist. Diese Ergebnisse bedeuten, daß die damit hergestellten Legierungen tatsächlich nahezu keine Korrosion und Verfärbung zeigen.Table 5 shows that significant improvements are achieved by adding at least one member of the group consisting of V, Ge, Ce and LU, according to which LL is greater than 15,000, the coercive force H is less than 0.15 Oe and the corrosion resistance is greater than 4.5. These results mean that the alloys made therewith actually show almost no corrosion and discoloration.
Aus der vorstehenden experimentellen Analyse ergibt sich, daß durch Zusatz von insbesondere Ti, V und Ge beträchtliche Verbesserungen in den [Ylagnetisierungs- und dsn Korrosions-From the above experimental analysis, it can be seen that by adding in particular Ti, V and Ge, considerable improvements in the [Ylagnetisierungs- and dsn Corrosion-
509825/0828509825/0828
-11--11-
fBstigkeitsBigBnschaften dar hier betrachteten Legierungen erreicht werdsn, nachdem das Material einer Glühbehandlung mit industriell leicht bsherrschbaren Temperaturen von weniger als 1.1OD0C und auch in Bereichen darüber unterworfen morden ist.The strength properties of the alloys considered here are achieved after the material has been subjected to an annealing treatment with industrially easily manageable temperatures of less than 1.1OD 0 C and also in areas above it.
Gemäß der Erfindung kann die verbesserte, besonders wirtschaftliche ferritische rostfreie Stahllegierung auf der Basis· Fe-Cr zu einem erheblichen Teil für die Zwecke eingesetzt werden, für die bislang teure Permalloy-Legierungen auf Fe-Ni-Basis benutzt werden. Für die erfindungsgemäß verbesserten Legierungen ist demnach sin weites Anwendungsfeld vorhanden.According to the invention, the improved, particularly economical ferritic stainless steel alloy based on · Fe-Cr to a considerable extent are used for the purposes for the previously expensive permalloy alloys based on Fe-Ni used will. For the alloys improved according to the invention, accordingly there is a wide field of application.
Falls der CR-Gehalt auf weniger als 12 Gew.-% verringert wird, sinkt die Korrosionsfestigkeit beträchtlich. Falls dagegen der Cr-Gehalt auf mshr als 30 Gbw.-$! erhöht wird, verschlechtern sich die fflagnetisierungseigenschaften entsprechend.If the CR content to less than 12 wt -.% Is decreased, the corrosion resistance decreases significantly. On the other hand, if the Cr content is reduced to mshr than 30 Gbw .- $! is increased, the magnetic properties deteriorate accordingly.
Der Zusatz an C wird vorzugsweise mit Rücksicht auf die magnetischen und Korrosionseigenschaften der herzustellen Legierungen möglichst gering gehalten. C kann in der Legierung aber bis zu einem Höchstwert von 0,12 Gew.-% enthalten sein.The addition of C is preferably kept as low as possible in view of the magnetic and corrosion properties of the alloys to be produced. C may be up to a maximum of 0.12 weight in the alloy, however - be% by weight..
Si und IYIn werden als Redutionsmittel zugesetzt und können zu weniger als 1,0 GewV-% enthalten sein.Si and IYIn are added as reducing agents and can be used to be contained less than 1.0 wt%.
509825/0828 -1.2-509825/0828 -1.2-
Die hier genannten Legierungselemente Ti, Ge, Ce und UJ
können einzeln oder gemeinsam zur Verbesserung der Magnetisierungs-
und Korrosionseigenschaften der hergestellten Legierungen
und mit wenigstens 0,2 Gew.-fa enthalten sein. Ein
Zusatz dieser Elemente mit mehr als 2 Ge\u,-% insgesamt führt
zu einer Verschlechterung der lYlagnetisierungseigenschaf t.
Daher sollte der Anteil dieser Legierungseletnente insgesamt
im Bereich von 0,2 - 2 Gew.-% gewählt u/erden.The alloying elements Ti, Ge, Ce and UJ mentioned here
can be contained individually or together to improve the magnetization and corrosion properties of the alloys produced and with at least 0.2 wt . An addition of these elements with more than 2 % in total leads to a deterioration in the positioning properties.
The proportion of these alloy elements should therefore be selected in the total range from 0.2 to 2 % by weight .
509825/0828 -13-509825/0828 -13-
ment, Geiü»%Additional ele
ment, Geiü »%
0.31:
0. 940.19
0.31:
0. 94
temp.
β C 'Incandescent
temp.
β C '
13,600
7,70010,500
13,600
7.700
festigkeit ·Corrosion *
strength
HärteVickcrs
hardness
(2)
(3) ·(1)
(2)
(3)
Ta
TaTa
Ta
Ta
0.04
0.150. 04
0.04
0.15
1,300
1,3001,300
1,300
1,300
11,200
4,0307,600
11.200
4.030
0.22
0.360.22
0.22
0.36
3.5
. 4 ■ 3. 5
3.5
. 4th
120
131114
120
131
(5)
(6)(4)
(5)
(6)
Zr.
ZrZr
Zr.
Zr
0. 86
1.74
3.230.48
0. 86
1.74
3.23
1,300
1, 3001,300
1,300
1,300
16, 500
9,800
6,4001.4, 500
16,500
9,800
6,400
0.23
O.9O0.32
0.23
O.9O
4
. .2.52
4th
. .2.5
107
111110
107
111
(8)
(9)
(10)(7)
(8th)
(9)
(10)
Ge
' Ge
GeGe
Ge
'Ge
Ge
1,300
1,300
1,3001,300
1,300
1,300
1,300
0.14
0.41
0.190.15
0.14
0.41
0.19
3.5
2
24.5
3.5
2
2
119'
149114
119 '
149
Ce : 1.52
Ce : 2.85Ce: 0.49
Ce: 1.52
Ce: 2.85
13, 100-
10, 60020,000
13, 100-
10,600
(13)
(14)(12)
(13)
(14)
W : 0.86
W : 1.41W: 0.41
W: 0.86
W: 1.41
1,300
1,300 ''1,300
1,300
1,300 '
7, 500
15,30015,500
7,500
15,300
0. 15
0. 150.16
0. 15
0. 15
5
4• 4.5
5
4th
116
126111
116
126
.(16)
(17). (15)
. (16)
(17)
Mo : 1.29
Mo : 2. 17Mon: 0.70
Mon: 1.29
Mon: December 2nd
1,200
1,3001,300
1,200
1,300
5, 500
8,90011,700
5, 500
8,900
0.39
0. 140.19
0.39
0. 14
2.5
54.5
2.5
5
106
124124
106
124
(19)
(20)(18)
(19)
(20)
Ti : 0.75Ti: 0.43
Ti: 0.75
1,1.00
• 1,2001,300
1.1.00
• 1,200
■ 2,2006,100
■ 2,200
0.65
0.280.14
0.65
0.28
5
25
5
2
135
144119
135
144
(22)(21)
(22)
Si :. 0.74
Si : 1.52Si: 0.37
Si:. 0.74
Si: 1.52
■1,2001,300
■ 1,200
12,300
10,00014,600
12,300
10,000
•1. 080.60
•1. 08
5• 4
5
124118
124
(24)
(25)(23)
(24)
(25)
Al : 0.43 .Al: 0.15
Al: 0.43.
1,300
1,3001,300
1,300
1,300
1, 560. 4.030
1,560
0.15
0.25.0.13
0.15
0.25.
5
5 5 '
5
5
117 -
147 m 110
117 -
147
(27)(26)
(27)
V : 0.92
V : 1.73V: 0.5t
V: 0.92
V: 1.73
9001, 100
900
24,600
10,20017,400
24,600
10.200
2. 150.68
2nd 15th
•2 t *
• 2
149133
149
(29)
(30)(28)
(29)
(30)
l,300",
1,3001,300
l, 300 ",
1,300
0.110.11
0.140.14
• 4.5
4,5 4.5
• 4.5
4.5
117
127114
117
127
Ce : 0. 37Ge :: 0.26
Ce: 0.37
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