DE3202223A1 - Improved 36% Ni iron-nickel alloy - Google Patents
Improved 36% Ni iron-nickel alloyInfo
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Abstract
Description
VERBESSERTE 36%-Ni-EISEN-NICKEL-LEGIERUNG IMPROVED 36% Ni-IRON-NICKEL ALLOY
Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Legierung mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten, die allgemein unter der Bezeichnung "Invar" bekannt ist und im folgenden als 36%-Ni Eisen-Nickel-Legierung bezeichnet wird.The invention is an improved alloy with low Coefficient of thermal expansion, commonly known by the name "Invar" and is hereinafter referred to as 36% Ni iron-nickel alloy.
Diese Legierung mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten enthält gemäß ASTM (American Society for Testing Materials) 35-37t Ni, der Rest entfällt auf Fe, und kann daneben bis zu 0,5% Mn, bis zu 0,5% Co, bis zu 0,5% Cr, bis zu 0,5E Mo, bis zu 0,18 C, bis zu 0,358 Si, bis zu 0,025% S und bis zu 0,0258 P als zulässige Zusätze und/oder Verunreinigungen enthalten. Ferner kann sie noch zu Deoxydationszwecken eine geringe 05enge Aluminium enthalten.This alloy with a low coefficient of thermal expansion contains according to ASTM (American Society for Testing Materials) 35-37t Ni, the rest is Fe, and can also contain up to 0.5% Mn, up to 0.5% Co, up to 0.5% Cr, up to 0.5E Mo, up to 0.18 C, up to 0.358 Si, up to 0.025% S and up to 0.0258 P as permissible Contain additives and / or impurities. It can also be used for deoxidation purposes contain a small amount of aluminum.
Im allgemeinen sind in Eisen-Nickel-Legierungen mit hohem Ni-Anteil die Aktivitäten von C, N und 0 wegen dieses hohen Ni-Anteils bemerkenswert hoch, was in der Erstarrungsphase durch Vereinigung von C und 0 zur Bildung von CO-Blasen und von N2-Blasen aus gelöstem Stickstoff führt, was wiederum die Lunkerbildung in den geformten Gußblöcken bedingt. Diese Lunkerbildurig macht die Wärmebehandlung der Legierung unmöglich, weshalb man sich bei ihrer Herstellung auch gewöhnlich des Verfahrens des Vakuumschmelzens bedient.In general, there are iron-nickel alloys with a high Ni content the activities of C, N and 0 are remarkably high because of this high Ni content, what occurs in the solidification phase through the union of C and 0 to the formation of CO bubbles and from N2 bubbles resulting from dissolved nitrogen, which in turn leads to the formation of cavities conditional in the molded ingots. The heat treatment makes this cavity pattern impossible to make the alloy, which is why it is customary to make it the process of vacuum melting.
Da derartige Legierungen in Form einer homogenen austenitischen Phase erstarren, neigen die Verunreinigungen dazu, auszuseigern.Since such alloys are in the form of a homogeneous austenitic phase solidify, the impurities tend to segregate.
Ausgeseigerte Verunreinigungen können jedoch durch Erwärmen in Tief enöfen nicht homogenisiert werden und verursachen daher im Laufe der Brammenherstellung Korngrenzrisse, die für die Wärmebehandlung eine weitere Schwierigkeit darstellen.Segregated impurities can, however, by heating in deep ovens are not homogenized and therefore cause in the course of slab production Grain boundary cracks, which represent a further difficulty for heat treatment.
In der Zwischenzeit ist der Bedarf an verflüssigtem Erdgas stark gestiegen und damit auch die Nachfrage nach Tankern, Lagertanks , Tankfahrzeugen usw. sowie dazugehörigen Großkonstruktionen zum Transport und zur Lagerung sowie entsprechenden Ausrüstungen (nachfolgend kurz "Container und Ausrüstungen" bezeichnet) Der für den Bau derartiger Container und Ausrüstungen verwendete Werkstoff soll folgende Anforderungen erfüllen: a) Beständigkeit des Gefüges in einem Temperaturbereich von bis zu -162°C ohne Verlust der Zähigkeit bei dieser Temperatur, b) möglichst geringe Veränderungen in den Abmessungen innerhalb eines Temperaturbereichs von Zimmertemperatur bis -1620C, insbesondere möglichst geringer Wärmedehnungskoeffizient innerhalb dieses Temperaturbereichs, c) leichte Durchführbarkeit der für den Bau der Container und Ausrüstungen unumgänglichen Schweißarbeiten sowie Vermeidung von Schweißfehlern, d.h. von Rißbildungen bei hohen Temperaturen, was zu Gasaustritt oder Bruch führt, d) Vermeidung von verzögerten Rißbildungen, wie Spannungsrißkorrosion usw. in den Containern und Ausrüstungen.In the meantime, the demand for liquefied natural gas has risen sharply and with it the demand for tankers, storage tanks, tankers, etc. as well associated large constructions for transport and storage as well as corresponding Equipment (hereinafter referred to as "Containers and Equipment" for short) The for The material used in the construction of such containers and equipment should be as follows Fulfill the requirements: a) Stability of the structure in a temperature range of up to -162 ° C without loss of toughness at this temperature, b) if possible small changes in dimensions within a temperature range of Room temperature down to -1620C, especially the lowest possible coefficient of thermal expansion within this temperature range, c) easy feasibility of the construction the containers and equipment unavoidable welding work as well as avoidance of Welding defects, i.e. cracks at high temperatures, leading to gas leakage or breakage, d) Avoidance of delayed crack formation, such as stress corrosion cracking etc. in the containers and equipments.
Einen Werkstoff, der diesen Forderungen gerecht würde, gibt es bisher nicht. Die derzeit für Container und Ausrüstungen für verflüssigtes Erdgas in Frage kommenden Werkstoffe, und zwar Stahl mit 9% Ni, Aluminiumlegierungen, austenitische nichtrostende Stähle, Invarlegierungen mit 36% Ni usw. erfüllen nur einen Teil dieser Forderungen.So far, there is a material that would meet these requirements not. Currently in question for containers and equipment for liquefied natural gas coming materials, namely Steel with 9% Ni, aluminum alloys, Austenitic stainless steels, invar alloys with 36% Ni, etc. only meet part of these demands.
Die Invarlegierung mit 36% Ni erfüllt die Forderungen a) undb>, d.h. die Struktur dieser Legierung, nämlich ihr flächenzentriertes kubisches Gitter, bleibt bis zur Temperatur von flüssigem Stickstoff (-1960C), die sich im Labor leicht realisieren läßt, erhalten, ebenso auch die Zähigkeit, ohne daß es zur Versprödung kommt. Ferner behält diese Legierung über einen weiten Temperaturbereich (von Zimmertemperatur bis -196°C) ihren niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten.The invar alloy with 36% Ni fulfills the requirements a) and b>, i.e. the structure of this alloy, namely its face-centered cubic lattice, stays up to the temperature of liquid nitrogen (-1960C), which is easy in the laboratory can be realized, as well as the toughness without causing embrittlement comes. Furthermore, this alloy retains over a wide temperature range (from room temperature down to -196 ° C) their low coefficient of thermal expansion.
Diese Legierung ist jedoch nicht frei von den Problemen der Lunkerbildung und Korngrenzrissen, und ist außerdem anfällig für Rißbildung bei hohen Temperaturen, wie sie beim Schweißen auftreten. Dies wird durch niederschmelzende Ni-S-Verbindungen verursacht, die jedoch bei dem verwendeten Werkstoff nicht vermeidbar sind. Sie zeigt weiterhin eine schlechte Korrosionsbeständigkeit und ist anfällig für Spannungsrißkorrosion.However, this alloy is not free from the problems of pinholing and grain boundary cracks, and is also prone to cracking at high temperatures, as they occur during welding. This is achieved by means of low-melting Ni-S compounds which, however, cannot be avoided with the material used. she also exhibits poor corrosion resistance and is prone to stress corrosion cracking.
Das Problem der Lunkerbildung kann bis zu einem bestimmten Grad durch das Vakuumschmelzverfahren vermieden werden. In der JA-OS Nr. 84722/73 (Patentschrift Nr. 9569/79) ist daher auch eine 36%-Ni-Eisen-Nickel-Legierung beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr Mn-Gehalt auf 0,5-1,5% der Kohlenstoffgehalt auf 0,005-0,025% und der N-Gehalt auf 0,001-0,015% eingeschränkt sind und 0,005-0,100% Ti zugefügt werden, wodurch die Lunkerbildung in den Gußblöcken verhindert wird. Die in der genannten Patenschrift beschriebene Erfindung zeigt somit, daß die Lunkerbildung durch Zugabe von 0,5-1,52 Mn und 0,005% oder mehr Ti verhindert werden kann, und daß eine solche Legierung ohne Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens hergestellt werden kann. Diese Patentschrift macht jedoch keine Angaben über den O-Gehalt und macht auch keine Angaben über Beständigkeit gegenüber Korngrenzrißbildung, Rißfestigkeit bei hohen Temperaturen und Beständigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion.The problem of cavity formation can go through to a certain extent the vacuum melting process can be avoided. In JA-OS No. 84722/73 (patent specification No. 9569/79) therefore also describes a 36% Ni-iron-nickel alloy which is characterized in that its Mn content is 0.5-1.5% of the carbon content are restricted to 0.005-0.025% and the N content to 0.001-0.015% and 0.005-0.100% Ti are added, whereby the formation of voids in the ingots is prevented. The invention described in the cited patent document thus shows that the formation of cavities can be prevented by adding 0.5-1.52 Mn and 0.005% or more of Ti, and that such an alloy is produced without using the vacuum melting process can be. However, this patent does not provide any information about the O content and also does not provide any information on resistance to grain boundary cracking, crack resistance at high temperatures and resistance to stress corrosion cracking.
Die JA-O, Nr. je2922/76 beschreibt ein Verfahren, durch da Korngrenzrisse durch die Beschränkung des S-Gehaltes auf höchstens 0,015%, des Al-Gehaltes auf höchstens 0,02% und des O-Gehaltes auf höchstens 0,025E verhindert werden kann. Diese OS schlägt auch die Umgehung von Lunkerbildung durch Zusatz von Ti vor, wie sie ebenfalls in der JA-OS Nr. 84722/73 beschrieben ist. Diese OS macht jedoch keine Angaben auf die Rißfestigkeit bei hohen Temperaturen und auf Beständigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion.JA-O, no. Je2922 / 76 describes a process through which grain boundary cracks occur by limiting the S content to a maximum of 0.015%, the Al content to a maximum of 0.02% and the O content to a maximum of 0.025E can be prevented. This OS also suggests avoiding the formation of cavities by adding Ti, such as it is also described in JA-OS No. 84722/73. However, this OS doesn't do any Information on the crack resistance at high temperatures and on resistance to Stress corrosion cracking.
Alle genannten Veröffentlichungen sind übrigens vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht worden.Incidentally, all publications mentioned are from the applicant of the present Application has been submitted.
In der früheren JA-OS Nr. 100959/80 des Anmelders (sie entspricht der US-Anmeldung Nr. 113943) wurde eine 36%-Ni-Eisen-Nickel-Legierung mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten vorgeschlagen, die die unter c) und d) genannten Eigenschaften aufweist ohne auf die unter a) und b) genannten Eigenschaften zu verzichten. Diese Legierung enthält 34,5-37,5% Ni, während der Rest auf Fe entfällt, und kann bis zu 0,18 C, bis zu 1,2% Mn, bis zu 0,35% Si, bis zu 0,5t Cr, bis zu 0,5% Mo, bis zu 0,028 Al, bis zu 0,05% Co, bis zu 0,025% P und bis zu 0,015% S enthalten, wobei der Mn-Gehalt bei einem gleichzeitigen Al-und S-Gehalt von höchstens 0,005% bis zu 1,2% beträgt, während der Mn-Gehalt mindestens 0,5%, höchstens aber 1,2% beträgt, wenn entweder der Al- oder der S-Gehalt nicht mehr als 0,005t beträgt.In the applicant's earlier JA-OS No. 100959/80 (it corresponds to U.S. Application No. 113943) was a 36% Ni-Iron-Nickel alloy with low Proposed thermal expansion coefficients that have the properties mentioned under c) and d) without sacrificing the properties mentioned under a) and b). These Alloy contains 34.5-37.5% Ni, while the remainder is Fe, and can be up to to 0.18 C, up to 1.2% Mn, up to 0.35% Si, up to 0.5t Cr, up to 0.5% Mo, up to to 0.028 Al, up to 0.05% Co, up to 0.025% P and up to 0.015% S, where the Mn content with a simultaneous Al and S content of at most 0.005% 1.2%, while the Mn content is at least 0.5%, but not more than 1.2%, if either the Al or the S content is not more than 0.005t.
Angesichts des hier angeführten Standes der Technik wurde angenommen, daß eine noch weiter verbesserte Legierung mit höherer Rißfestigkeit bei hohen Temperaturen und ohne Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens gewonnen werden kann, wenn der C-Gehalt weiter beschränkt würde und eine kleine Menge Ti zugesetzt würde. Daraufhin wurden Versuche durchgeführt, die zur vorliegenden Erfindung führten.In view of the state of the art cited here, it was assumed that a still further improved alloy with higher crack resistance at high temperatures and can be obtained without using the vacuum melting method if the C content would be further restricted and a small amount of Ti would be added. Thereupon were Experiments carried out which led to the present invention.
Erfindungsgemäß wird nunmehr eine neue 36%-Ni-Eisen-Nickel-Le- gierung mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten bereitgestellt, die 34,5-37,58 Ni, höchstens 1,2% Mn, 0,005-0,12E Ti enthält und wobei der Rest auf Fe entfällt und außerdem Lis zu 0,0358 C, bis zu 0,35% Si, bis zu 0,025 P, bis zu 0,015't S, bis zu 0,02% Al, bis zu 0,025% 0, bis zu 0,015% N sowie unvermeidliche Verunreinigungen enthalten kann, wobei der Mn-Gehalt bei gleichzeitigem S- und Al-Gehalt von höchstens 0,005% weniger als 0,5% betragen kann, während der Mn-Gehalt über 0,5E liegen muß, falls entweder der S- oder der Al-Gehalt über 0,005% liegt.According to the invention, a new 36% Ni-Iron-Nickel-Le- yaw provided with a low coefficient of thermal expansion, which is 34.5-37.58 Ni, at most Contains 1.2% Mn, 0.005-0.12E Ti and the remainder being Fe and more Lis to 0.0358 C, up to 0.35% Si, up to 0.025 P, up to 0.015't S, up to 0.02% Al, up to 0.025% 0, up to 0.015% N and unavoidable impurities can, whereby the Mn content with simultaneous S and Al content of max. 0.005% may be less than 0.5%, while the Mn content must be above 0.5E if either the S or the Al content is above 0.005%.
In der obigen Definition der Legierungszusammensetzung sind die Gehaltsbereiche der Komponenten bis auf den C- und Ti-Gehalt im Stand der Technik enthalten. Die kennzeichnenden Merkmale dieser Erfindung beruhen auf der Beschränkung des C- bzw. Ti-Gehaltes.In the alloy composition definition above, the content ranges are of the components except for the C and Ti content in the prior art. the Characteristic features of this invention are based on the limitation of the C- resp. Ti content.
Kohlenstoff ist ein Bestandteil, der in der Schmelze der Legierung zur Bildung von Blasen führt. Es wurde herausgefunden, daß die Blasenbildung ohne Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens verhindert werden kann, wenn der Sauerstoffgehalt auf höchstens 0,025% unter Zugabe von Ti sogar bei einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,035% beschränkt wird.Carbon is a component that is found in the melt of the alloy leads to the formation of bubbles. It was found that the blistering without Application of the vacuum melting process can be prevented when the oxygen content to a maximum of 0.025% with the addition of Ti even with a carbon content of up to is limited to 0.035%.
In der genannten japanischen Offenlegungsschrift Nr. 89722/73 ist der Ti-Gehalt mit 0,005-0,100% definiert. Es wird beschrieben, daß in Gegenwart von mindestens 0,5% Mn Titan in einer Menge von mindestens 0,005% eine Blasenbildung verhindert, wogegen Beschädigungen der Oberfläche (sog. Titan-Streifen, die durch TiO2 hervorgerufen werden) in beträchtlicher Anzahl im Endprodukt auftreten, wenn der Ti-Gehalt 0,1% übersteigt. In der vorliegenden Erfindung jedoch hat Ti bei einem Gehalt von mindestens 0,005% die genannte Wirkung erreicht, sogar bei einem Mn-Gehalt von weniger als 0,5%, was aus der Beschränkung des O-Gehalts auf höchstens 0,025% resultiert. Titanstreifen bilden sich dabei selbst bei einem Ti-Gehalt von bis zu 0,12'-." also über 0,1%, nicht. In der genannten JA-OS Nr. 84722/73 ist der O-Gehalt übrigens nicht begrenzt.In the aforesaid Japanese Patent Laid-Open No. 89722/73 is the Ti content is defined as 0.005-0.100%. It is described that in the present blistering of at least 0.5% Mn titanium in an amount of at least 0.005% prevents damage to the surface (so-called titanium strips, which by TiO2) occur in considerable numbers in the end product if the Ti content exceeds 0.1%. In the present invention, however, Ti has one Content of at least 0.005% achieves the stated effect, even with an Mn content of less than 0.5%, which results from the restriction of the O content to a maximum of 0.025% results. Titanium strips are formed even with a Ti content of up to 0.12'-. " so over 0.1%, not. In the aforementioned JA-OS No. 84722/73 Incidentally, the O content is not limited.
In der erfindungsgemäßen Legierung beträgt der O-Gehalt vorzugsweise 0,020% oder darunter, der P-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,018 oder darunter, der Si-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,25% oder darunter, der Co-Gehalt beträgt 0,02% oder darunter und der Ti-Gehalt beträgt 0,01-0,108.In the alloy of the present invention, the O content is preferably 0.020% or less, the P content is preferably 0.018 or less, the Si content is preferably 0.25% or less, the Co content is 0.02% or below and the Ti content is 0.01-0.108.
Die erfindungsgemäße Legierung kann sowohl durch ein Schmelzverfahren mit Luft als auch im Vakuumschmelzverfahren hergestellt werden.The alloy according to the invention can be produced both by a melting process with air as well as in the vacuum melting process.
Vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is illustrated below by means of exemplary embodiments explained in more detail.
Legierungsproben, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 zusammengestellt ist, wurden hergestellt und auf Lunkerbildung untersucht. Die Proben 1, 3, 4 und 5 wurden im LD-Vakuum-Verfahren hergestellt, während die Proben 2 und 6 durch Schmelzen im Elektroofen unter Luftatmosphäre hergestellt wurden. Jede Probe wurde zu einem 6-t-Block gegossen, der dann zum Nachweis vorhandener Blasen zerteilt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefaßt. Wie aus dieser Tabelle zu ersehen ist, sind Legierungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung frei von Blasen.Alloy samples, the composition of which is shown in Table 1 is, were produced and examined for cavity formation. Samples 1, 3, 4 and 5 were produced using the LD vacuum process, while samples 2 and 6 were produced by melting were produced in an electric furnace under an air atmosphere. Each sample became one A 6-ton block was poured, which was then broken up to detect any bubbles present. the Results are also summarized in Table 1. As from this table too As can be seen, alloys of the composition according to the invention are free from bubbles.
Tabelle 1
Abschließend wurde das Blech 10 Minuten bei 8000C einer Wärmebehandlung unterzogen.Finally, the sheet was subjected to a heat treatment for 10 minutes at 800.degree subjected.
Bei der Herstellung der Proben wurde als Ni-Quelle Elektrolytnickel verwendet; der Co-Gehalt wurde durch eine kombinierte Verwendung von Ferronickel und Elektrolytnickel eingestellt. Mn wurde in Form von metallischem Mn zugesetzt. Die Proben mit einem niedrigen S-Gehalt wurden durch Entschwefelung mit Calciumcarbonat und Fluorit hergestellt.Electrolyte nickel was used as the Ni source for the production of the samples used; the Co content was obtained through a combined use of ferronickel and electrolyte nickel set. Mn was added in the form of metallic Mn. The samples with a low S content were desulfurized with calcium carbonate and fluorite.
Tabelle 2
Tabelle 3 Probe Ergebnis 7 o 8 o 9 o 10 O 11 x 12 x Versuchsbedingungen: Stromstärke: 110 A Bogenlänge: 2 mm o : keine Risse aufgetreten x : Risse aufgetreten Mit den Proben 7 und 8 wurde ein Spannungsrißkorrosionstest durchgeführt. Dabei wurden die Proben einer Belastungsspannung von 30 kg/mm2 in einer Testätzlösung aus 20% NaCl und 0,46 N Cr6+ bei 450C ausgesetzt. Die Bruchzeit laq bei über 1.500 Stunden sowohl bei Muster 7 als auch bei Muster 8. Table 3 Sample result 7 o 8 o 9 o 10 O 11 x 12 x Test conditions: Amperage: 110 A Arc length: 2 mm o: no cracks occurred x: cracks occurred Samples 7 and 8 were subjected to a stress corrosion cracking test. Included the samples were subjected to a load stress of 30 kg / mm2 in a test etching solution of 20% NaCl and 0.46 N Cr6 + exposed at 450C. The break time laq at over 1,500 Hours for both sample 7 and sample 8.
Dabei stellte sich heraus, daß eine Zugabe von Ti keinen bedeutenden Einfluß auf die Spannungsrißkorrosionsfestigkeit der 36%-Ni Eisen-Nickel-Legierung der vorliegenden Erfindung hatte.As a result, it was found that addition of Ti was not significant Influence on the stress corrosion cracking resistance of the 36% Ni iron-nickel alloy of the present invention.
Die erfindungsgemäße Legierung stellt eine Verbesserung der in der JA-OS Nr. 190959/80 (US-Anmeldung Nr. 113943) dar. Durch Zugabe einer kleinen Menge Ti und durch Beschränkung des C-Gehalts kann die Legierung in der gewünschten Qualität ohne Anwendung des Vakuumschmelzverfahrens hergestellt werden, was eine Vereinfachung des Herttellungsverfahrens bedeutet.The alloy according to the invention represents an improvement in the JA-OS No. 190959/80 (US Application No. 113943). By adding a small amount Ti and by limiting the C content, the alloy can be of the desired quality can be produced without using the vacuum melting process, which is a simplification of the manufacturing process means.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823202223 DE3202223A1 (en) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | Improved 36% Ni iron-nickel alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19823202223 DE3202223A1 (en) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | Improved 36% Ni iron-nickel alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3202223A1 true DE3202223A1 (en) | 1983-08-11 |
Family
ID=6153826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19823202223 Ceased DE3202223A1 (en) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | Improved 36% Ni iron-nickel alloy |
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DE (1) | DE3202223A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3002743A1 (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-21 | Nisshin Steel Co Ltd | IMPROVED INVARAGE |
-
1982
- 1982-01-25 DE DE19823202223 patent/DE3202223A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3002743A1 (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-21 | Nisshin Steel Co Ltd | IMPROVED INVARAGE |
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