JP2001073060A - 高靭性・高強度の高融点金属系合金材料 - Google Patents
高靭性・高強度の高融点金属系合金材料Info
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Abstract
合金材料の提供。 【解決手段】 Mo,W,Crの1種を母相とする合金
加工材中に固溶された窒化物形成用金属元素を再結晶上
限温度以下の低温で内部窒化することにより超微細窒化
物を分散含有させて該加工材の再結晶下限温度を高め、
該内部窒化した加工材に再結晶下限温度以上の温度で第
2段の窒化処理を行って、加工材の少なくとも表面側が
加工組織を保持したまま超微細窒化物析出粒子が粒成長
し安定化した組織であるようにする。
Description
料、特に、高融点金属であるMo,W、Crの1種を母
相とする窒化物粒子分散強化型の高靭性・高強度の高融
点金属系合金材料とその製造方法に関する。
は、その高温特性を活かして、航空・宇宙・発熱材、エ
レクトロニクス分野などで21世紀のキーマテリアルと
して期待されている。
℃と高い、(2)他の高融点金属に比べて比較的に機械
的強度に優れている、(3)熱膨張率が純金属中ではタ
ングステン(W)についで小さい、(4)電気伝導性・
熱伝導性が良好、(5)溶融アルカリ金属や塩酸に対す
る耐蝕性が良好、などの特徴を有し、(1)鉄鋼材料へ
の合金添加元素、(2)電極、管球用部品(X線管球、
放電灯用電極、CT電極)、(3)半導体部品(整流器
用基板、リード電極、焼結用ボート、ルツボ、ヒートシ
ンク)、(4)耐熱構造部品(炉用発熱体、反射板)な
どの用途に広く用いられている。また、将来的用途とし
ては、(5)光学部品(レーザー用ミラー)、(6)原
子炉用材料(炉壁材料、防護壁材料)などが考えられて
いる。しかし、Moは、熱濃硫酸や硝酸などの酸化性の
酸に対する耐蝕性がない、高温強度があまり期待できな
い、高温での再結晶による脆化が著しいなどの欠点を有
している。
温下で使用されるMo板部品には、再結晶温度が高く、
再結晶後の強度が高いドープMo材料が使用されてい
る。この材料は、Moの母相にAl,Si,Kの1種又
は2種以上が添加された材料である。このようなMo板
部品材料の製法として、各種の金属の酸化物、炭化物、
硼化物、窒化物を0.3〜3重量%を含むドープMo焼
結体をトータル加工率で85%以上の減面加工した後、
再結晶温度より100℃高い温度から2200℃までの
温度範囲にて加熱処理して、再結晶粒を細長く大きく成
長させる方法が知られている(特公平6−17556号
公報、特公平6−17557号公報)。
欠点を改良した材料として、Ti,Zr,およびCを添
加した合金、いわゆるTZM合金が古くから知られてい
る。TZM合金は、Moに比べて延性−脆性遷移温度が
低く(−20℃近傍)、再結晶温度が高い(1400℃
近傍)ため、高温部材に用いられているが、加工しにく
いという欠点の他に1400℃以上での使用が制限され
る問題がある。
ためには再結晶温度を高くし、結晶粒の粗大化に伴う材
料の脆弱化を抑えることが重要であり、炭化物を分散さ
せたMo−TiC合金などでは高温での再結晶が抑制さ
れることが報告されている(H.Kurishita,et.al.,J.Nuc
l.Mater.223-237,557,1996)。同様に、特開平8−85
840号公報には、メカニカルアロイングとHIPを利
用して、粒径10nm以下のIV族遷移金属炭化物の超
微粒子が0.05モル%以上5モル%以下分散され、結
晶粒径が1μm以下である再結晶による脆化の少ないM
o合金を製造することが開示されている。
合で0.5〜2.0重量%含有する合金をフォーミング
ガス中で1100〜1300℃に加熱して窒化処理して
耐熱衝撃性および耐摩耗性を向上させる方法(特公昭5
3−37298号公報)や、Mo−0.01〜1.0重
量%Zr合金を1000〜1350℃、好ましくは、1
100〜1250℃で内部窒化して、高温強度と加工性
を向上させる方法(特公平4−45578号公報)、M
o−0.5〜1.0重量%Ti合金をN2 ガス中130
0℃で内部窒化する方法(日本金属学会誌、43、65
8、1979)等も公知である。また、本発明者らは、
希薄Mo−Ti合金を約1100℃で優先窒化し、ナノ
スケールの超微細TiN粒子を分散析出させることで機
械的強度を著しく向上できることを報告した(粉末冶金
協会講演概要集、平成9年度春季大会、255、199
7)。
炉壁材、航空宇宙用材料などの超高温耐熱構造材料とし
て有望視されているが、現在のところ耐熱構造材料とし
ての有効な用途開発や実用化は行われていない。その最
も大きな原因は、結晶粒界の脆弱さに起因する低温脆性
にある。
晶粒が圧延方向につぶれて伸びた微細組織をしており、
室温以下の比較的低い温度域まで優れた延性を示す。し
かし、このMo圧延材料は、ひとたび900℃以上の高
温で使用されると再結晶化が起こる結果亀裂が直線的に
伝播しやすい等軸粒組織を呈し、延性・脆性遷移温度は
室温付近まで上昇する。そのため、Mo再結晶材は室温
でも床に落としただけで粒界割れを生じる危険性があ
る。そのために、再結晶をなるべく高い温度まで抑制す
る必要があり、改良の試みがいろいろとなされている
が、満足な解決策はいまだ得られていない。
HIPにより製造した材料は、再結晶温度が約2000
℃と高く、高温強度の高い材料が得られるが、製品のサ
イズや形状に制約があり、またHIPにより製造した材
料は硬いため(Hv〜500)、この材料から製品への
成形・加工が困難であるという問題点があり、任意形状
に予め製品加工した後に粒子分散処理した高強度・高靭
性の材料の開発が望まれていた。また、微量のTiやZ
rを含有する希薄合金を内部窒化したものはある程度の
高温強度が得られるものの、例えば、真空中で1200
℃で1時間加熱するポストアニール処理を行うと、超微
細窒化物粒子は消失し、再結晶を抑制することができな
い。
解決し、微細窒化物分散粒子の形態(板状、球状)と大
きさ分布を制御し、分散粒子により結晶粒界をピン止め
して再結晶を阻止することにより靭性、強度を著しく向
上させた高融点金属系合金材料を提供するものである。
種を母相とする合金加工材中に固溶された窒化物形成用
金属元素を内部窒化することによって形成された微細窒
化物を母相中に分散含有する該合金加工材であって、加
工材の少なくとも表面側は加工組織を維持したまま窒化
物析出粒子が粒成長した組織であることを特徴とする窒
化物粒子分散型の高靭性・高強度の高融点金属系合金材
料である。合金材料が比較的薄い場合は、加工材の内部
まで加工組織を維持した構造とすることができる。すな
わち、この場合は、内部に再結晶組織が存在しない材料
となる。また、合金材料が比較的厚い場合は、加工材の
内部側が再結晶組織である二層構造とすることができ
る。
母相とする合金加工材であって、母相中に窒化物形成用
金属元素としてTi,Zr,Hf,V,Nb,Taの少
なくとも1種を固溶する合金加工材を第1段窒化処理と
して、窒化雰囲気中において該合金の再結晶上限温度以
下で、かつ再結晶下限温度−200℃以上の温度で加熱
して、窒化物形成用金属元素の超微細窒化物粒子を分散
形成させ、ついで第2段窒化処理として、窒化雰囲気中
において、第1段窒化処理で得られた該合金加工材の再
結晶下限温度以上の温度で加熱して、第1段窒化処理に
より分散形成された超微細窒化物粒子を粒成長させ安定
化させることを特徴とする窒化物粒子分散型の高靭性・
高強度の高融点金属系合金材料の製造方法である。
の窒化処理を行ってもよい。第3段以降の窒化処理は、
窒化雰囲気中において、前段の窒化処理によって得られ
た該合金加工材の再結晶下限温度以上の温度で加熱し
て、前段の窒化処理によって分散形成された窒化物粒子
をさらに粒成長させ安定化させることにより高融点金属
系合金材料の再結晶温度をさらに上昇させるものであ
る。
理では、希薄合金加工材の加工組織を維持したまま窒素
を加工材に拡散することにより母相中に固溶されている
窒化物形成用金属元素を優先窒化して超微細窒化物粒子
を形成し、母相に分散させる。なお、希薄合金とは固溶
体合金の溶質元素の濃度が約5重量%以下の微少量含有
される合金をいう。また、優先窒化とは、母相の金属で
はなく窒化物形成元素のみが優先的に窒化される現象を
いう。
べて多段窒化に特徴を有するが、本発明における各段階
の窒化はそれぞれに異なる作用をもたらし、窒化物粒子
の大きさ、分布、形態の制御による高強度化作用、加工
組織中の結晶粒界の移動を阻止し、合金の再結晶を抑制
することによって再結晶温度を飛躍的に上昇させる作
用、かつ加工組織を維持することによる高靭性化作用が
発揮され、これにより、低温(約−100℃)から高温
(約1800℃)までの広い温度範囲で高強度・高靭性
が得られる。
られている1100℃以上の内部窒化処理温度より低い
温度で行う。第1段窒化処理の雰囲気は、アンモニア
ガス雰囲気、N2 ガス雰囲気、フォーミングガス雰囲気
(水素ガス:窒素ガス=1:9〜5:5)、およびこれ
ら三者のガスのそれぞれにプラズマ放電させた雰囲気な
どいずれでもよい。
材の加工組織を維持したまま合金加工材の表面側の析出
粒子を粒成長させ安定化させる。合金加工材の内部側は
この窒化処理による高温加熱を受け再結晶する。第2段
窒化処理の雰囲気は、アンモニアガス雰囲気、N2 ガス
雰囲気、フォーミングガス雰囲気(水素ガス:窒素ガス
=1:9〜5:5)、およびこれら三者のガスのそれぞ
れにプラズマ放電させた雰囲気などいずれでもよい。第
2段窒化処理を例えばAr雰囲気など非窒化雰囲気で行
うと、第1段窒化処理で析出した窒化物粒子が母相中で
分解し、完全に消失し、ピン止め源がなくなる。
させるTi,Zr,Hf、V,Nb,Taの群から選択
される元素は単独で加えても、2種以上を併用してもよ
い。これらの元素の合計含有量は、0.1〜5.0wt
%以下、より好ましくは1.0〜2.0wt%%であ
る。0.1wt%未満であるとTiN析出粒子が少なす
ぎて高温環境下の再結晶を阻止することができない。
5.0wt%を超えると窒化後の材料が脆くなり、実用
上使用困難である。
金は、TZM合金(例えば、Mo−0.5Ti−0.0
8Zr−0.03C)、TZC合金(例えば、Mo−
1.25Ti−0.3Zr−0.15C)のような窒化
物形成用金属元素以外の金属元素、非金属元素、例えば
炭素を微量含有する合金でもよい。TZM合金やTZC
合金では、優先窒化で(Ti,Zr)Nの窒化物粒子が
析出する。
固溶体合金の製造法は、特に限定されず、母相となる金
属粉末と窒化物形成用金属元素を混合し、成型、焼結す
る粉末冶金方法、溶解凝固法により製造することができ
る。
し、窒化物形成用金属元素としてTiを固溶するMo−
0.5wt%Ti合金加工材を3段窒化処理する場合に
ついて説明するが、その他のW、Cr合金系についても
同様に適用できる。
再結晶温度は主に加工度などの合金素材の作製条件に依
存し、再結晶上限値TR´0 と下限値TR0 の一定の幅
を有し、例えば950〜1020℃位である(図1の
)。再結晶を起こす温度は加工度が大きいほど低くな
る。
を目的とする優先窒化処理である。1atmN2 雰囲気
で窒化した場合、超微細TiNのサイズは幅約1.5n
m、厚さ約0.5nmの平板状である。10atmN2
雰囲気における窒化で析出する粒子のサイズは幅2〜4
nmであり、1atmN2 における窒化より小さく高密
度で析出する。この出発材料のMo−Ti合金の優先窒
化が顕著に起こる温度は、再結晶下限温度TR0 より約
200℃低い温度、すなわちTR0 −200℃(例えば
800℃)以上で、再結晶上限温度TR´0 (例えば1
020℃)よりわずかに低い温度である。よって、第1
段窒化処理の加熱温度は例えば900℃とする(図1の
)。
の再結晶下限温度をTR1 (例えば1000℃)に高め
ることができる。第1段窒化処理したMo−Ti合金
は、TiN析出粒子の量と大きさが材料の表面からの深
さにより変化しているため、再結晶温度の下限値TR1
と上限値TR´1 (例えば1400℃)の幅は広がる
(図1の)。
化を目的とするものである。第2段窒化処理の加熱温度
は、第1段窒化処理材の再結晶下限温度TR1 以上で、
第1段窒化処理材の再結晶上限温度TR´1 よりわずか
に低い温度にすべきである。よって、第2段窒化処理の
加熱温度は、例えば1300℃とする(図1の)。
金の再結晶下限温度をTR2 (例えば1100℃)に高
めることができる(図1の)。さらに、粒子の大きさ
は、第2段窒化処理温度が1400℃、1500℃、1
600℃と高くなるに従い増加し、析出粒子が成長する
ことが分かる。
成長・安定化を目的とするものである。第3段の窒化処
理の加熱温度は、第2段窒化処理材の再結晶下限温度T
R2以上で、第2段窒化処理材の再結晶上限温度TR´2
(例えば1600℃)よりわずかに低い温度にすべき
である。よって、第3段窒化処理の加熱温度は、例えば
1500℃とする(図1の)。第3段の窒化処理をす
ると、Mo−Ti合金の再結晶下限温度をTR3 (例え
ば1550℃)に、再結晶上限温度をTR´3(例えば
1800℃)にさらに高めることができる。
00℃であり、Mo−0.5wt%Ti合金の再結晶温
度は1000℃前後であるが、本発明のMo合金では、
多段窒化処理により再結晶温度を約1800℃まで上昇
させることができる。すなわち、高温使用可能温度を従
来の約900℃から約1600℃まで高めることが可能
となった。
より、TiN粒子を成長させると、第1段窒化処理でT
iNが分散した領域では、加工組織を残したまま再結晶
を抑制できることが分かった。このように、Mo母相中
に大きさと形態を制御した微細TiN粒子を分散析出す
ることにより高強度が得られる。また、成長、安定化し
た微細TiN粒子がMoの結晶粒界移動のピン止め点と
して作用し、加工材の表面部は再結晶が抑止され、加工
組織を保持するので高靭性が得られる。
表面側から内部側への組織の変化と硬さ分布を示す模式
図である。加工材の表面側が加工組織を維持したまま窒
化物析出粒子が粒成長した組織であり、内部側が再結晶
組織である二層構造となっている。また、加工材の表面
より約100μmの深さまで微細なTi窒化物粒子が分
散し、そのため表面側は内部側より硬さが大きく、Mo
−0.5wt%Ti合金では、Hv300〜500の値
となる。
Ti合金を高温加熱した再結晶材料、(b)Mo−0.
5wt%Ti合金に第1段窒化処理および第2段窒化処
理した本発明の材料、(c)Mo−0.5wt%Ti合
金を予め真空中1500℃で加熱・再結晶化処理して粗
大結晶粒とし、N2 雰囲気中で1500℃で25時間窒
化処理した材料、それぞれの30℃における変位−応力
測定におけるクロスヘッドの変位(mm)と応力(MP
a)との関係を示す。
域のみにナノサイズのTiN粒子を析出分散させたMo
複合材料について、さらに少なくとも第2段窒化処理を
行うことにより再結晶温度を更に高め、高靭性・高強度
とすることができる。また、本発明の製造方法は、単純
な窒化熱処理を採用するだけであり、特別な設備が不要
で、安全なN2 ガスなどを使用することができ、製品成
形後の処理であるから、寸法精度の高い多様な製品形状
に適用可能である。
を作製し、これを1800℃の水素雰囲気中で焼結を行
って、Mo−0.5wt%Ti合金焼結体とした。次に
熱間・温間圧延、さらに冷間圧延を経て厚さ1mmの板
材とし、この板材から角棒状加工材を切り出した。加工
材の表面をエメリー紙により研磨後、電解研磨を行っ
た。第1段窒化処理として、1atmのN2 ガス気流中
で、Mo−0.5wt%Ti合金が再結晶する上限温度
よりわずかに低い1000℃で、16時間、優先窒化を
行い、加工材の表面部に超微細TiN粒子が分散した領
域を有する加工材を作製した。
流中で1500℃、24時間、加熱処理した。得られた
加工材について組織観察(TEM、光学顕微鏡など)、
硬さ試験などによりキャラクタリゼーションを行った。
N粒子を分散した加工材の透過電子顕微鏡組織写真を示
す。TiN粒子の大きさは約1.5nmである。第1段
窒化処理により超微細TiN粒子をMo母相中に分散析
出させ、第2段窒化処理で超微細TiN粒子の粒成長
(形態と粒子サイズの制御)、微細TiNの存在部位の
拡大などが起こる。
電子顕微鏡組織写真を示す。第1段窒化処理により超微
細TiN粒子(大きさは約1.5nm)を分散させた領
域(表面から約120μm)では、母相の加工組織を保
ったまま、TiN粒子を大きな(直径約10〜20n
m,長さ約40〜150nm)棒状TiN粒子として成
長、安定化している。
中、1500℃で1時間ポストアニールした場合の表面
側(左側)から内部側(右側)へかけての組織の変化を
示す光学顕微鏡組織写真である。加工材の表面付近の領
域(表面から深さ約100μmの範囲)では、粒径の小
さい結晶粒の組織が観察された。再結晶していないの
で、微細な結晶粒の加工組織が保存されている。これは
微細なTiN粒子の分散により結晶粒の成長が抑制され
た結果と考えられる。
50℃で16時間の第1段窒化処理し、1500℃、2
4時間、第2段窒化処理を行った加工材の曲げ試験によ
る温度と応力の関係を示す。延性−脆性遷移温度は−1
20℃であり、臨界強度(応力)は2400MPaに達
する。
Mo−0.5Ti−0.08Zr−0.03C)を12
00℃で24時間の第1段窒化処理を行い、1600℃
で24時間の第2段窒化処理を行った。図8は、その加
工材の断面の光学顕微鏡写真である。TZM合金の再結
晶温度は高いので第1段窒化処理の温度を高くすること
ができる。表面から約300μmの深さまで加工組織が
保持されているのが分かる。
化処理を行わなかった以外は実施例1と同じ処理を行っ
た。図9は、この加工材を真空中、1200℃で1時間
ポストアニールした場合の表面側から内部側へかけての
組織の変化を示す光学顕微鏡組織写真であり、再結晶を
起し、結晶粒の粗大化が生じているのが分かる。
して表面側を加工組織、内部側を再結晶組織に高度構造
制御することによって、クラック伝播を阻止して高温に
おける靭性、強度を従来材よりも飛躍的に高めた材料で
ある。この新規材料は、簡易な優先窒化処理により作製
できる上に、窒化前に製品加工できるために加工処理が
容易でかつ省エネルギー的であって、実用化容易な利点
を有する。
す模式図である。
部側への組織の変化と硬さ分布を示す模式図である。
比較例の加工材の変位−応力測定におけるクロスヘッド
変位(mm)と応力(MPa)との関係を示すグラフで
ある。
顕微鏡組織写真である。
顕微鏡組織写真を示す。
た場合の組織の変化を示す図面代用光学顕微鏡組織写真
である。
し、第2段窒化処理を行った加工材の曲げ試験による温
度と応力の関係を示すグラフである。
図面代用光学顕微鏡組織写真である。
ニールした場合の組織の変化を示す図面代用光学顕微鏡
組織写真である。
Claims (5)
- 【請求項1】 Mo,W,Crの1種を母相とする合金
加工材中に固溶された窒化物形成用金属元素を内部窒化
することによって形成された微細窒化物を母相中に分散
含有する該合金加工材であって、加工材の少なくとも表
面側は加工組織を維持したまま窒化物析出粒子が粒成長
した組織であることを特徴とする窒化物粒子分散型の高
靭性・高強度の高融点金属系合金材料。 - 【請求項2】 加工材の内部まで加工組織を維持した構
造であることを特徴とする請求項1記載の窒化物粒子分
散型の高靭性・高強度の高融点金属系合金材料。 - 【請求項3】 加工材の内部側が再結晶組織である二層
構造を特徴とする請求項1記載の窒化物粒子分散型の高
靭性・高強度の高融点金属系合金材料。 - 【請求項4】 Mo,W,Crの1種を母相とする合金
加工材であって、母相中に窒化物形成用金属元素として
Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taの少なくとも1種を
固溶する合金加工材を第1段窒化処理として、窒化雰囲
気中において該合金の再結晶上限温度以下で、かつ再結
晶下限温度−200℃以上の温度で加熱して、窒化物形
成用金属元素の超微細窒化物粒子を分散形成させ、つい
で第2段窒化処理として、窒化雰囲気中において、第1
段窒化処理で得られた該合金加工材の再結晶下限温度以
上の温度で加熱して、第1段窒化処理により分散形成さ
れた超微細窒化物粒子を粒成長させ安定化させることを
特徴とする窒化物粒子分散型の高靭性・高強度の高融点
金属系合金材料の製造方法。 - 【請求項5】 第3段以降の窒化処理として、窒化雰囲
気中において、前段の窒化処理で得られた該合金加工材
の再結晶下限温度以上の温度で加熱して、前段の窒化処
理によって分散形成された窒化物粒子を更に粒成長させ
安定化させることを特徴とする請求項4記載の窒化物粒
子分散型の高靭性・高強度の高融点金属系合金材料の製
造方法。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005314769A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Japan Science & Technology Agency | 炭化処理による高強度・高靭性の高融点金属系合金材料とその製造法 |
WO2005106055A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Japan Science And Technology Agency | 高強度・高再結晶温度の高融点金属系合金材料とその製造方法 |
JP2006299384A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Allied Material Corp | 高耐熱性モリブデン合金およびその製造方法 |
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Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
JP2003229503A (ja) * | 2002-01-31 | 2003-08-15 | Nec Schott Components Corp | 気密端子及びその製造方法 |
WO2007142257A1 (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | スポット溶接用電極 |
KR101145299B1 (ko) * | 2008-12-22 | 2012-05-14 | 한국과학기술원 | 질화물/텅스텐 나노복합분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 질화물/텅스텐 나노복합분말 |
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AT16308U3 (de) * | 2018-11-19 | 2019-12-15 | Plansee Se | Additiv gefertigtes Refraktärmetallbauteil, additives Fertigungsverfahren und Pulver |
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Family Cites Families (12)
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JPH0617557B2 (ja) * | 1983-02-10 | 1994-03-09 | 株式会社東芝 | 高温熱処理用モリブデン治具の製造方法 |
JPS59208066A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-26 | Toshiba Corp | 内部窒化モリブデン−ジルコニウム合金の加工法 |
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JP2968885B2 (ja) * | 1992-03-17 | 1999-11-02 | 株式会社クボタ | クロム基耐熱焼結合金およびその製造方法 |
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Cited By (7)
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WO2005106055A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Japan Science And Technology Agency | 高強度・高再結晶温度の高融点金属系合金材料とその製造方法 |
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