JP2015520679A - ホットスタンピング部品の溶接性改善方法 - Google Patents
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Abstract
表面酸化物によって溶接性が低下していたホットスタンピング部品の溶接性を向上させ得るホットスタンピング部品の溶接性改善方法について開示する。本発明の一実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階と、溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階と、表面酸化層が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施するホットスタンピング部品の溶接段階とを含む。
Description
本発明は、ホットスタンピング部品の溶接性改善方法に関し、より詳細には、表面酸化物によって溶接性が低下していたＡｌめっきされたホットスタンピング部品の溶接性を向上させ得るホットスタンピング部品の溶接性改善方法に関する。
ホットスタンピング技術は、既存のプレス成形が冷間状態で行われるのとは異なって、高温で行われる。
高温でホットスタンピングを行う場合、素材の延伸率が大幅に増加するので、成形性に特別な制約を受けなく、また、熱処理効果によって超高強度を達成できるという長所がある。
ところが、ホットスタンピングは、ほとんどが９００℃以上の高温で行われるので、素材の高温安全性が非常に重要であり、このために、一般にめっき鋼板を使用して行う。
現在、ほとんどのホットスタンピング用素材としてはＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板が用いられており、最近になって、これより低価のＧＡめっき鋼板を用いるための研究が活発に進められているが、高温でのめっき層の蒸発、酸化皮膜の発生などの技術的限界によって多くの制約が伴う。
しかし、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を用いたホットスタンピング部品の場合、表面酸化物によって表面溶接性が低下するという問題がある。
図１は、ホットスタンピング部品として車両のセンターピラー（ｃｅｎｔｅｒ―ｐｉｌｌａｒ）を例示的に示した図である。図示したセンターピラー１０は、Ａｌ―Ｓｉめっきされたホットスタンピング部品であって、センターピラー１０内の設定された各位置Ｐに多数のナットが溶接される。そして、このときのナット溶接は、プロジェクション溶接（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ）方式に従う。
そして、図２は、ホットスタンピング部品として車両のセンターピラーを通じたナットのプロジェクション溶接が行われる状態を示した図である。図示したように、プロジェクション溶接装置２０内の対面する一対の溶接電極２１、２３間にホットスタンピング部品、すなわち、センターピラー１０を置いた後、ナットＮを挟んだ状態で電流を印加する。これによって、ホットスタンピング部品とナットとの間の抵抗溶接（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｌｄｉｎｇ）が実施される。
ところが、このような方式によって溶接されたナットＮの場合、ホットスタンピング部品から容易に分離する現象が頻繁に発生していた。そして、このような溶接不良は、Ａｌ―Ｓｉめっきされたホットスタンピング部品の表面酸化物が表面溶接性を低下させることによって発生するという事実を確認することができた。
関連した先行技術としては、大韓民国登録特許公報第７６０１５２号（２００７.０９.１８.公告）があり、前記先行文献には、ホットスタンピングを用いて亜鉛めっき鋼板で高強度の自動車用部品を製造する方法に関する技術が開示されている。
本発明は、表面酸化物によってナット溶接性が低下したホットスタンピング部品の溶接性を改善できるホットスタンピング部品の溶接性改善方法を提供する。
本発明の一実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；及び前記表面酸化層が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施するホットスタンピング部品の溶接段階；を含む。
また、本発明の一実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；前記溶接部位の酸化層の残部とめっき層の一部を除去する酸化層及びめっき層の一部の除去段階；及び前記酸化層及びめっき層の一部が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施する溶接段階；を含む。
また、本発明の一実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；前記溶接部位の酸化層の残部とめっき層の一部を除去する酸化層及びめっき層の一部の除去段階；前記溶接部位のめっき層を全部除去するめっき層の全部の除去段階；及び前記酸化層及びめっき層の全部が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施する溶接段階；を含む。
前記ホットスタンピング部品は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とする。
前記ホットスタンピング部品は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接部位には、プロジェクション溶接によって溶接を実施することができる。
前記ホットスタンピング部品は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接段階では、プロジェクション溶接によって溶接が実施され、前記表面酸化層の除去段階、前記酸化層及びめっき層の一部の除去段階及び前記めっき層の全部の除去段階では、グラインダーまたはレーザー研磨を用いることができる。
本発明の一実施例によると、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を用いたホットスタンピング部品に溶接（例：ナット溶接）が必要である場合、予め溶接される部位に対する局部的な酸化層及び／またはめっき層の除去作業を実施し、ホットスタンピング部品の溶接性を向上させることができる。
そして、ホットスタンピング部品の溶接部位に対する局部的な酸化物及び／またはめっき層の除去作業を実施するにおいて、グラインダー装置またはレーザー装置を用いることができる。
特に、溶接（例：ナット溶接）前に、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に表面酸化層のみを除去する場合、溶接性改善効果は小さいが、めっき層がそのまま残存するので高い耐食性を確保することができる。
このようなホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、相対的に高い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業に活用することができる。
また、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に酸化層とめっき層の一部を除去する場合、耐食性を一定の水準まで確保しながらも高い溶接性改善効果を示すことができる。
また、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に酸化層とめっき層の全部を除去する場合、溶接性改善効果は極大化できるが、耐食性は比較的低下する。
このようなホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、相対的に低い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業に活用することができる。
本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならなく、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義できるとの原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈しなければならない。また、本明細書に記載した実施例と図面に示した構成は、本発明の最も望ましい一つの実施例に過ぎないもので、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点において、これらに取って代わる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
ホットスタンピング技術は、既存のプレス成形が冷間状態で行われるのとは異なって、高温で行われる。高温でホットスタンピングを行う場合、素材の延伸率が大幅に増加するので、成形性に特別な制約を受けず、また、熱処理効果によって超高強度を達成できるという長所がある。ところが、ホットスタンピングは、ほとんどが９００℃以上の高温で行われるので、素材の高温安全性が非常に重要であり、このために、主にＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を用いて行われる。
ところが、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を用いたホットスタンピング部品は、表面酸化物によって溶接性が低下するという問題がある。本発明の各実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、前記のような問題を解決するための発明に該当する。
図３は、本発明の各実施例に係る溶接性が改善される前のホットスタンピング部品の簡略な断面図である。
図３を参照すると、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材としたホットスタンピング部品は、下側から上側に向かってＦｅ（マルテンサイト）、ＦｅＡｌ及びＦｅ３Ａｌ、ＦｅＡｌ２、ＦｅＡｌ（Ｓｉ）、Ｆｅ２Ａｌ５が積層され、その表面に約５nmないし約１００nmの厚さでＡｌ表面酸化層が形成されている。ところが、前記表面酸化層は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材としたホットスタンピング部品の溶接性を低下させる。
特に、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材としたホットスタンピング部品のうち、センターピラー（図１の１０）を例に挙げることができる。
センターピラーは、車両の部品であって、内部に設定された各位置に多数のナットがプロジェクション溶接を通じて接合される。ところが、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板がホットスタンピング工程を通じて提供されたセンターピラーの表面には前記のような表面酸化層が存在し、これに溶接されたナットが容易に分離するという現象が頻繁に表れる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の各実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法について詳細に説明する。
第１の実施例
図４は、本発明の第１の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
図４は、本発明の第１の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
本発明の第１の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、溶接部位の選定段階（Ｓ１１０）、表面酸化層の除去段階（Ｓ１２０）及び溶接段階（Ｓ１３０）を経て達成することができる。
溶接部位の選定段階（Ｓ１１０）は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材として成形・製作されたホットスタンピング部品上の溶接部位を選定する段階である。
具体的な例として、図１に示したホットスタンピング部品の例であるセンターピラー（図１の１０）を参照することができる。
センターピラー（図１の１０）の内部には、多数のナット（図示せず）が溶接されるべき位置Ｐが定められており、このような位置を周辺に限定して溶接部位が選定される。
但し、このような溶接部位は、ホットスタンピング部品の種類、サイズなどに応じて少しずつ変わり、該当部品の特徴に応じて異なる形態に選定することができる。
ところが、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材としたホットスタンピング部品の場合、表面にＡｌ酸化層（これを‘表面酸化層'という）が形成され、この表面酸化層は部品の溶接性を阻害する原因になる。したがって、後述する表面酸化層の除去段階（Ｓ１２０）でこれを除去する。
表面酸化層の除去段階（Ｓ１２０）は、ホットスタンピング部品の溶接部位の表面酸化層を除去する段階である。
この段階において、表面酸化層は、グラインダーを用いて機械式で除去することができる。
また、レーザー装備を用いて表面酸化層を除去することができる。
グラインダー及びレーザー装備を用いた研磨方式は、慣用的に知られている技術であるので、これについての説明は省略する。
表面酸化層の除去段階（Ｓ１２０）を通じて、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とするホットスタンピング部品の表面に形成されたＡｌ酸化層は効果的に除去されるが、表面酸化層の厚さは約５nmないし約１００nmである。
前記表面酸化層が除去されたホットスタンピング部品の概略的な断面形状は、図５を参照して確認することができる。
図５に示したように、ホットスタンピング部品の表面酸化層は除去され、断面を通じては、Ｆｅ（マルテンサイト）、ＦｅＡｌ及びＦｅ３Ａｌ、ＦｅＡｌ２、ＦｅＡｌ（Ｓｉ）、Ｆｅ２Ａｌ５のみが示されている。
溶接段階（Ｓ１３０）は、以前の段階で表面酸化層が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接が実施される段階である。
ホットスタンピング部品の具体的な例として、図１に示したセンターピラー（図１の１０）を参照すると、センターピラーの内部を通じて多数のナットが溶接される位置（Ｐ）、すなわち、溶接部位を通じて表面酸化層が除去された後、センターピラーとナットとの間のプロジェクション溶接が実施される。
このように、上述した方法によってホットスタンピング部品の溶接部位に対する表面酸化層のみを除去した後、溶接を行うと、溶接性改善効果は、後述する実施例に比べて相対的に小さいが、相対的に高い耐食性を確保することができる。
したがって、前記第１の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、相対的に高い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業に活用することができる。
第２の実施例
図６は、本発明の第２の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
図６は、本発明の第２の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
本発明の第２の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、溶接部位の選定段階（Ｓ２１０）、表面酸化層の除去段階（Ｓ２２０）、酸化層及びめっき層の一部の除去段階（Ｓ２３０）及び溶接段階（Ｓ２４０）を経て達成することができる。
溶接部位の選定段階（Ｓ２１０）は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材として成形・製作されたホットスタンピング部品上の溶接部位を選定する段階である。
具体的な例として、図１に示したホットスタンピング部品の例であるセンターピラー（図１の１０）を参照することができる。センターピラー（図１の１０）の内部には、多数のナット（図示せず）が溶接されるべき位置Ｐが定められており、このような位置を周辺に限定して溶接部位が選定される。
このような溶接部位の選定段階（Ｓ２１０）は、上述した本発明の第１の実施例の溶接部位の選定段階（図４のＳ１１０）と同一であるので、重複する説明は省略する。
表面酸化層の除去段階（Ｓ２２０）は、ホットスタンピング部品の溶接部位の表面酸化層を除去する段階である。
この段階において、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とするホットスタンピング部品の表面に形成されたＡｌ酸化層は除去され、このときに除去される表面酸化層の厚さは約５nmないし約１００nmの範囲内である。
酸化層及びめっき層の一部の除去段階（Ｓ２３０）は、上述した表面酸化層の除去段階（Ｓ２２０）と共に、またはこれと順次的に行われる段階である。
これら表面酸化層の除去段階（Ｓ２２０）及び酸化層及びめっき層の一部の除去段階（Ｓ２３０）は、グラインダーまたはレーザー装備を用いて行うことができる。
そして、この段階を経て表面酸化層の下部に形成された残りの酸化層（ＦｅＡｌ２、ＦｅＡｌ（Ｓｉ））と、その下部のＦｅＡｌ及びＦｅ３Ａｌのめっき層の一部を除去することができる。
表面酸化層を始めとして、酸化層及びめっき層の一部が除去されたホットスタンピング部品の概略的な断面形状は、図７を参照して確認することができる。すなわち、図示したホットスタンピング部品の断面を通じては、Ｆｅ（マルテンサイト）、ＦｅＡｌ及びＦｅ３Ａｌのめっき層のみが存在する。
溶接段階（Ｓ２４０）は、以前の段階で表面酸化層を始めとして、残りの酸化層の全部とめっき層の一部が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接が実施される段階である。
上述した段階を通じて行われる溶接性改善方法によると、酸化層の全部とめっき層の一部が除去されることによって、耐食性を確保しながらも高い溶接性改善効果を有することができる。
第３の実施例
図８は、本発明の第３の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
図８は、本発明の第３の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法のフローチャートである。
本発明の第３の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、溶接部位の選定段階（Ｓ３１０）、表面酸化層の除去段階（Ｓ３２０）、酸化層及びめっき層の一部の除去段階（Ｓ３３０）、めっき層の全部の除去段階（Ｓ３４０）及び溶接段階（Ｓ３５０）を経て達成することができる。
溶接部位の選定段階（Ｓ３１０）は、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材として成形・製作されたホットスタンピング部品上の溶接部位を選定する段階である。
具体的な例として、図１に示したホットスタンピング部品の例であるセンターピラー（図１の１０）を参照することができる。センターピラー（図１の１０）の内部には、多数のナット（図示せず）が溶接されるべき位置Ｐが定められており、このような位置を周辺に限定して溶接部位が選定される。
このような溶接部位の選定段階（Ｓ３１０）は、上述した本発明の第１及び第２の実施例の溶接部位の選定段階と同一であるので、重複する説明は省略する。
表面酸化層の除去段階（Ｓ３２０）は、ホットスタンピング部品の溶接部位の表面酸化層を除去する段階である。この段階において、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とするホットスタンピング部品の表面に形成されたＡｌ酸化層は除去され、このときに除去される表面酸化層の厚さは約５nmないし約１００nmの範囲内である。
酸化層及びめっき層の一部の除去段階（Ｓ３３０）は、上述した表面酸化層の除去段階（Ｓ３２０）と共に、またはこれと順次的に実施することができる。
めっき層の全部の除去段階（Ｓ３４０）は、上述した第２の実施例と異なって、ホットスタンピング部品の溶接部位に残っているめっき層を全部除去する段階である。この段階を通じて、表面酸化層（Ａｌ酸化層）とその下部に形成された残りの酸化層（ＦｅＡｌ２、ＦｅＡｌ（Ｓｉ））はもちろん、めっき層（ＦｅＡｌ及びＦｅ３Ａｌ）が全て除去される。
めっき層の全部の除去段階（Ｓ３４０）を経た後のホットスタンピング部品の概略的な断面形状は、図９を通じて確認することができる。図９を参照すると、Ｆｅ（マルテンサイト）のみが残っている。
溶接段階（Ｓ３５０）は、図９に示したＦｅ（マルテンサイト）のみが残っているホットスタンピング部品の溶接部位に溶接が実施される段階である。
このように、上述した方法によってホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に酸化層とめっき層の全部を除去する場合、溶接性改善効果は極大化できるが、耐食性は比較的低下する。
したがって、前記第３の実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法の場合、相対的に低い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業を活用することができる。
上述したように、本発明の一実施例よると、Ａｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を用いたホットスタンピング部品に溶接（例：ナット溶接）が必要である場合、予め溶接される部位に対する局部的な酸化層及び／またはめっき層の除去作業を実施し、ホットスタンピング部品の溶接性を向上させることができる。
そして、ホットスタンピング部品の溶接部位に対する局部的な酸化物及び／またはめっき層の除去作業を実施するにおいて、グラインダー装置またはレーザー装置を用いることができる。
特に、溶接（例：ナット溶接）前に、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に表面酸化層のみを除去する場合、溶接性改善効果は小さいが、めっき層がそのまま残存するので高い耐食性を確保することができる。
このようなホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、相対的に高い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業に活用することができる。
また、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に酸化層とめっき層の一部を除去する場合、耐食性を一定の水準まで確保しながらも高い溶接性改善効果を示すことができる。
また、ホットスタンピング部品の溶接部位に対して局部的に酸化層とめっき層の全部を除去する場合、溶接性改善効果は極大化できるが、耐食性は比較的低下する。
このようなホットスタンピング部品の溶接性改善方法は、相対的に低い耐食性が要求されるホットスタンピング部品（または該当部品の特定部位）の作業に活用することができる。
以上では、本発明の望ましい一実施例に係るホットスタンピング部品の溶接性改善方法について説明した。
上述した実施例は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解しなければならなく、本発明の範囲は、上述した詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示されるだろう。そして、後述する特許請求の範囲の意味及び範囲はもちろん、その等価概念から導出される全ての変更及び変形可能な形態が本発明の範囲に含まれると解釈しなければならない。
Claims (12)
- ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；
前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；及び
前記表面酸化層が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施する溶接段階；を含むホットスタンピング部品の溶接性改善方法。 - 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とする、請求項１に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接部位には、プロジェクション溶接によって溶接が実施される、請求項１に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接部位には、プロジェクション溶接によって溶接が実施され、
前記表面酸化層の除去段階では、グラインダーまたはレーザー研磨を用いる、請求項１に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。 - ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；
前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；
前記溶接部位の酸化層の残部とめっき層の一部を除去する酸化層及びめっき層の一部の除去段階；及び
前記酸化層及びめっき層の一部が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施する溶接段階；を含むホットスタンピング部品の溶接性改善方法。 - 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とする、請求項５に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接部位には、プロジェクション溶接によって溶接が実施される、請求項５に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接段階ではプロジェクション溶接によって溶接が実施され、
前記表面酸化層の除去段階及び前記酸化層及びめっき層の一部の除去段階では、グラインダーまたはレーザー研磨を用いる、請求項５に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。 - ホットスタンピング部品内の溶接部位を選定する溶接部位の選定段階；
前記溶接部位の表面酸化層を除去する表面酸化層の除去段階；
前記溶接部位の酸化層の残部とめっき層の一部を除去する酸化層及びめっき層の一部の除去段階；
前記溶接部位のめっき層を全部除去するめっき層の全部の除去段階；及び
前記酸化層及びめっき層の全部が除去されたホットスタンピング部品の溶接部位に溶接を実施する溶接段階；を含むホットスタンピング部品の溶接性改善方法。 - 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とする、請求項９に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接部位には、プロジェクション溶接によって溶接が実施される、請求項９に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
- 前記ホットスタンピング部品はＡｌ―Ｓｉ系めっき鋼板を素材とし、前記溶接段階ではプロジェクション溶接によって溶接が実施され、
前記表面酸化層の除去段階、前記酸化層及びめっき層の一部の除去段階及び前記めっき層の全部の除去段階では、グラインダーまたはレーザー研磨を用いる、請求項９に記載のホットスタンピング部品の溶接性改善方法。
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