JP2962098B2 - １１０Ｋｓｉ グレードの高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法 - Google Patents
１１０Ｋｓｉ グレードの高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高強度耐食性マルテンサ
イト系ステンレス鋼管の製造法に係り、湿潤炭酸ガス、
さらに塩分、極微量の硫化水素を含有する高深度油井に
使用するに適した高強度耐食性マルテンサイト系ステン
レス鋼管の製造法に関するものである。
イト系ステンレス鋼管の製造法に係り、湿潤炭酸ガス、
さらに塩分、極微量の硫化水素を含有する高深度油井に
使用するに適した高強度耐食性マルテンサイト系ステン
レス鋼管の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】油井管として従来広く用
いられているのは、高強度管としては炭素鋼、低合金鋼
である。しかし近年においては石油資源の確保のため高
深度油井が開発されているが、その環境は湿潤炭酸ガス
を含むなど厳しい腐食環境状態にあることが多く、従来
の炭素鋼、低合金鋼に代って１３％Crマルテンサイト系
ステンレス鋼などの高合金鋼が用いられるようになって
いる。
いられているのは、高強度管としては炭素鋼、低合金鋼
である。しかし近年においては石油資源の確保のため高
深度油井が開発されているが、その環境は湿潤炭酸ガス
を含むなど厳しい腐食環境状態にあることが多く、従来
の炭素鋼、低合金鋼に代って１３％Crマルテンサイト系
ステンレス鋼などの高合金鋼が用いられるようになって
いる。
【０００３】またこのような鋼に要求される特性として
高強度と共に耐食性、耐応力腐食割れ性があり、これら
の性質を満足させる鋼として、例えば特公昭61-3391
号、特開昭58-199850 号、特開昭61-207550 号などが発
表されている。
高強度と共に耐食性、耐応力腐食割れ性があり、これら
の性質を満足させる鋼として、例えば特公昭61-3391
号、特開昭58-199850 号、特開昭61-207550 号などが発
表されている。
【０００４】しかし、上記した従来の１３％Cr系鋼は耐
食性が充分でなく、また高強度化による靱性劣化が著し
く、従って高強度耐食性油井管としての特性が満足され
ていない。一方現用の２相系ステンレス鋼には高強度と
良好な靱性を兼備した鋼も開発されてはいるが本系の鋼
は製造性に劣り、また高価であるという課題がある。
食性が充分でなく、また高強度化による靱性劣化が著し
く、従って高強度耐食性油井管としての特性が満足され
ていない。一方現用の２相系ステンレス鋼には高強度と
良好な靱性を兼備した鋼も開発されてはいるが本系の鋼
は製造性に劣り、また高価であるという課題がある。
【０００５】また、前記した特公昭61-3391 号、特開昭
58-199850 号、特開昭61-207550 号などに示された鋼は
高強度化に伴う靱性低下から、油井の高深度化に伴い生
じる更に高強度化した材料を用いて軽量薄肉化すべき要
望に即応できない不利がある。
58-199850 号、特開昭61-207550 号などに示された鋼は
高強度化に伴う靱性低下から、油井の高深度化に伴い生
じる更に高強度化した材料を用いて軽量薄肉化すべき要
望に即応できない不利がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
従来技術における課題を解決すべく検討を重ねて創案さ
れたものであって、１３％Cr系鋼を強度、靱性および耐
食性のバランスを保ちながら共に改善することにより従
来技術における課題を適切に解決する。
従来技術における課題を解決すべく検討を重ねて創案さ
れたものであって、１３％Cr系鋼を強度、靱性および耐
食性のバランスを保ちながら共に改善することにより従
来技術における課題を適切に解決する。
【０００７】即ち耐食性向上のためにはCrの増加が有効
であるが、それは一方でδ−フェライト相を生成させる
ので鋼の強度、靱性を低下させる。このため前記δ−フ
ェライト相を抑制する必要があるが、オーステナイト生
成元素であるNiの増加はコスト面から制約がある。また
Ｃ量の増加もδ−フェライト相の抑制に有効であるが焼
戻し時に炭化物を形成し、耐食性や靱性の劣化を導くの
でその増加には限界がある。
であるが、それは一方でδ−フェライト相を生成させる
ので鋼の強度、靱性を低下させる。このため前記δ−フ
ェライト相を抑制する必要があるが、オーステナイト生
成元素であるNiの増加はコスト面から制約がある。また
Ｃ量の増加もδ−フェライト相の抑制に有効であるが焼
戻し時に炭化物を形成し、耐食性や靱性の劣化を導くの
でその増加には限界がある。
【０００８】本発明者は上記のようなCr量の増加による
組成の制約を考慮しつつ、１１０〜１３０Ksi の耐力を
保つよう焼戻し温度を調整した材料を用い、各種の実験
および検討を重ね、従来の１３％Cr系鋼でなし得なかっ
た１１０Ksi グレードの高靱性耐CO2 腐食性鋼管を得る
ことに成功したものであって、以下の如くである。
組成の制約を考慮しつつ、１１０〜１３０Ksi の耐力を
保つよう焼戻し温度を調整した材料を用い、各種の実験
および検討を重ね、従来の１３％Cr系鋼でなし得なかっ
た１１０Ksi グレードの高靱性耐CO2 腐食性鋼管を得る
ことに成功したものであって、以下の如くである。
【０００９】 （１） 重量比で、 Ｃ：0.06〜0.15％、 Cr：14.0〜16.0％、 Si：1.0 ％以下、 Mn：2.０％以下、 Ni：0.5 〜5.0 ％、 Ｎ：0.05〜0.15％、 Ｐ：0.02％以下、 Ｓ：0.01％以下、 Mo：0.4 〜1.5 ％、 Al：0.001 〜0.1 ％ を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる組成で
あって、 Cr−12C ＋0.75Ni＋10N ≧13.0 なる関係を満足し、かつδ−フェライト相を相の割合に
て１５％以下とした鋼による鋼管を９００〜９５０℃で
焼準してから５００〜６５０℃で焼戻しすることを特徴
とする１１０Ksi グレードの高強度耐食性マルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の製造法。
あって、 Cr−12C ＋0.75Ni＋10N ≧13.0 なる関係を満足し、かつδ−フェライト相を相の割合に
て１５％以下とした鋼による鋼管を９００〜９５０℃で
焼準してから５００〜６５０℃で焼戻しすることを特徴
とする１１０Ksi グレードの高強度耐食性マルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の製造法。
【００１０】なお上記成分に関しては、Ｖ：0.０５〜0.
３％、Nb：0.０１〜0.２％の１種または２種をも含有
し、またCu：0.２〜3.０％を含有せしめ、更にそれらを
複合して含有させることができる。
３％、Nb：0.０１〜0.２％の１種または２種をも含有
し、またCu：0.２〜3.０％を含有せしめ、更にそれらを
複合して含有させることができる。
【００１１】
【作用】上記したような本発明について、その成分限定
理由を各成分について順次説明すると、以下の如くであ
る。
理由を各成分について順次説明すると、以下の如くであ
る。
【００１２】Ｃは、最も有効な強化元素であり、またオ
ーステナイト生成元素でもあって、マルテンサイト相を
得るためにも有効な元素である。このＣが0.０６％未満
では強度の確保に十分でなく、またδ−フェライト相が
増加し、このδ−フェライト相抑制に高価なNiの使用を
増加させることになるため、下限を0.０６％とした。過
剰な含有は焼戻し時にCr等の炭化物などの析出量を増加
させ、耐食性と靱性を損うことからその上限を0.１５％
とした。
ーステナイト生成元素でもあって、マルテンサイト相を
得るためにも有効な元素である。このＣが0.０６％未満
では強度の確保に十分でなく、またδ−フェライト相が
増加し、このδ−フェライト相抑制に高価なNiの使用を
増加させることになるため、下限を0.０６％とした。過
剰な含有は焼戻し時にCr等の炭化物などの析出量を増加
させ、耐食性と靱性を損うことからその上限を0.１５％
とした。
【００１３】Crは、耐食性を向上させる元素で、含有量
が少くて１4.０％未満では１3.０％Cr鋼と同等の耐食性
しか示されず、またその含有量が高くなって１6.０％を
超えるとδ−フェライト相の生成量が増すため、１4.０
〜１6.０％とした。
が少くて１4.０％未満では１3.０％Cr鋼と同等の耐食性
しか示されず、またその含有量が高くなって１6.０％を
超えるとδ−フェライト相の生成量が増すため、１4.０
〜１6.０％とした。
【００１４】Siは、脱酸剤として必要であるが、強力な
フェライト生成元素でもあるため、1.０％以下とした。
フェライト生成元素でもあるため、1.０％以下とした。
【００１５】Mnは、脱酸、脱硫剤として有効な元素であ
るとともに、オーステナイト相生成元素であるが、過剰
に添加しても効果は飽和するため2.０％以下とする。
るとともに、オーステナイト相生成元素であるが、過剰
に添加しても効果は飽和するため2.０％以下とする。
【００１６】Niは、耐食性に有効であると共にオーステ
ナイト生成元素であり、δ−フェライト相の抑制に有効
な元素であるが、0.５％未満ではその効果は適切に得ら
れない。一方このNiは高価であるため5.０％を上限とし
て、0.５〜5.０％とした。
ナイト生成元素であり、δ−フェライト相の抑制に有効
な元素であるが、0.５％未満ではその効果は適切に得ら
れない。一方このNiは高価であるため5.０％を上限とし
て、0.５〜5.０％とした。
【００１７】Ｎは、耐食性に有効な元素であり、またオ
ーステナイト生成元素でもあるが、0.０５％未満とその
含有量が少い場合は効果が十分でなく、一方0.１５％を
超えると加工性を損うため、0.０５〜0.１５％とした。
ーステナイト生成元素でもあるが、0.０５％未満とその
含有量が少い場合は効果が十分でなく、一方0.１５％を
超えると加工性を損うため、0.０５〜0.１５％とした。
【００１８】Ｐ、Ｓは、鋼の熱間加工性および耐応力腐
食割れ性を低下させる元素であるため、それぞれ0.０２
％以下、0.０１％以下とした。
食割れ性を低下させる元素であるため、それぞれ0.０２
％以下、0.０１％以下とした。
【００１９】Alは脱酸元素であり、0.００１〜0.１％の
範囲で添加した。0.００１％未満では脱酸材としての効
果が適切に得られず、一方0.１％を超えるとAlN の析出
が起り、耐食性に悪影響を与えるのでこれを上限とし
た。
範囲で添加した。0.００１％未満では脱酸材としての効
果が適切に得られず、一方0.１％を超えるとAlN の析出
が起り、耐食性に悪影響を与えるのでこれを上限とし
た。
【００２０】Moは、耐食性、特に耐孔食性に有効な元素
であるが、0.４％未満ではその効果が明かでなく、また
1.５％を超える過剰なδ−フェライト相を増加させ、し
かも高価であるため0.４〜1.５％とした。
であるが、0.４％未満ではその効果が明かでなく、また
1.５％を超える過剰なδ−フェライト相を増加させ、し
かも高価であるため0.４〜1.５％とした。
【００２１】Ｖ、Nbは、強力な炭化物形成元素であり、
結晶粒の細粒化に有効であるが、フェライト生成元素で
あるためその添加量をそれぞれ0.０５〜0.３％、0.０１
〜0.２％とした。即ち夫々の下限はその効果の認められ
る量であり、またそれぞれの上限はその効果が飽和し且
つ靱性に悪影響が顕われる点を考慮して定めた。
結晶粒の細粒化に有効であるが、フェライト生成元素で
あるためその添加量をそれぞれ0.０５〜0.３％、0.０１
〜0.２％とした。即ち夫々の下限はその効果の認められ
る量であり、またそれぞれの上限はその効果が飽和し且
つ靱性に悪影響が顕われる点を考慮して定めた。
【００２２】Cuは、上記したMoと同様に耐食性を改善す
る元素であって、0.２％以下ではその効果が不充分であ
り、また3.０％を超えて添加してもその効果が飽和して
しまうため、0.２〜3.０％とした。
る元素であって、0.２％以下ではその効果が不充分であ
り、また3.０％を超えて添加してもその効果が飽和して
しまうため、0.２〜3.０％とした。
【００２３】次に、本発明では、Cr−12C ＋0.75Ni＋10
N なる式の値を１3.０以上とするもので、添付図面に示
すようにこの関係式の数値が１3.０以上となることによ
り腐食度が顕著に減少することが確認され、また後述す
る衝撃試験および引張試験の結果、δ−フェライト相が
１５％以上あると後述する実施例の表に示すように衝撃
特性および常温強度を低下させることも確認され、従来
の１３％Cr系鋼で得られなかった１１０Ksi グレードで
の高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管を得し
める。また本発明では上記のような鋼を押出し成形法に
より造管してから９００〜９５０℃で焼準してから５０
０〜６５０℃で焼戻しする低温焼準と低温焼戻しを採用
し工業的に安定して高強度を確保する。
N なる式の値を１3.０以上とするもので、添付図面に示
すようにこの関係式の数値が１3.０以上となることによ
り腐食度が顕著に減少することが確認され、また後述す
る衝撃試験および引張試験の結果、δ−フェライト相が
１５％以上あると後述する実施例の表に示すように衝撃
特性および常温強度を低下させることも確認され、従来
の１３％Cr系鋼で得られなかった１１０Ksi グレードで
の高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管を得し
める。また本発明では上記のような鋼を押出し成形法に
より造管してから９００〜９５０℃で焼準してから５０
０〜６５０℃で焼戻しする低温焼準と低温焼戻しを採用
し工業的に安定して高強度を確保する。
【００２４】
【実施例】（実施例１） 本発明によるものの具体的実施例について説明すると、
本発明者等は次の表１に示すような本発明鋼Ａ〜Ｆおよ
び比較鋼１〜６を供試鋼として溶製し、熱間押出しして
鋼管としてから９００〜９５０℃焼準、５００〜６５０
℃焼戻しの熱処理を行い、１１０〜１３０Ksi の耐力と
し、各種試験片を採取した。
本発明者等は次の表１に示すような本発明鋼Ａ〜Ｆおよ
び比較鋼１〜６を供試鋼として溶製し、熱間押出しして
鋼管としてから９００〜９５０℃焼準、５００〜６５０
℃焼戻しの熱処理を行い、１１０〜１３０Ksi の耐力と
し、各種試験片を採取した。
【００２５】
【表１】
【００２６】上記のようにして準備された試験片に対す
る耐食性の試験は、２9.９５atm CO2−0.０５atm H2S
−１０％NaCl溶液中に３３６時間浸漬し、その腐食減量
を測定した。試験温度は２００℃である。またδ−フェ
ライト量の測定は、熱処理後の試料で光学顕微鏡を用い
た画像処理法で行った。
る耐食性の試験は、２9.９５atm CO2−0.０５atm H2S
−１０％NaCl溶液中に３３６時間浸漬し、その腐食減量
を測定した。試験温度は２００℃である。またδ−フェ
ライト量の測定は、熱処理後の試料で光学顕微鏡を用い
た画像処理法で行った。
【００２７】衝撃試験は２mmＶノッチ、フルサイズの試
験片を用い、０℃で試験し吸収エネルギーを求めた。ま
た引張試験は、直径６mmφ、標点距離３０mmの試験片を
用いて常温で行ったが、これらの各試験結果は次の表２
に示す如くである。
験片を用い、０℃で試験し吸収エネルギーを求めた。ま
た引張試験は、直径６mmφ、標点距離３０mmの試験片を
用いて常温で行ったが、これらの各試験結果は次の表２
に示す如くである。
【００２８】
【表２】
【００２９】前記した腐食試験の結果は添付図面に要約
して示す如くであって、Cr−12C ＋0.75Ni＋10N の数値
が１3.０未満の場合の腐食速度は1.３ｇ／m2／hr以上で
あるが、Cr−12C ＋0.75Ni＋10N の数値が１3.０以上場
合は0.６ｇ／m2／hr以下であり、上記Cr−１２Ｃ＋0.７
５Ni＋１０Ｎの数値が１3.０を境として腐食速度が顕著
に改善されることが示されている。
して示す如くであって、Cr−12C ＋0.75Ni＋10N の数値
が１3.０未満の場合の腐食速度は1.３ｇ／m2／hr以上で
あるが、Cr−12C ＋0.75Ni＋10N の数値が１3.０以上場
合は0.６ｇ／m2／hr以下であり、上記Cr−１２Ｃ＋0.７
５Ni＋１０Ｎの数値が１3.０を境として腐食速度が顕著
に改善されることが示されている。
【００３０】δ−フェライト相は腐食速度には影響しな
いが、衝撃特性を低下させる。１５％以上のδ−フェラ
イト相生成鋼（比較鋼３、５、６）では０℃の吸収エネ
ルギーが２kgf ・m 以下になり十分な靱性を有しない。
これに対して、本発明鋼は１１０〜１３０Ksi の耐力で
も靱性が比較鋼に比べて優れており、油井管としての使
用に耐えうることを示している。
いが、衝撃特性を低下させる。１５％以上のδ−フェラ
イト相生成鋼（比較鋼３、５、６）では０℃の吸収エネ
ルギーが２kgf ・m 以下になり十分な靱性を有しない。
これに対して、本発明鋼は１１０〜１３０Ksi の耐力で
も靱性が比較鋼に比べて優れており、油井管としての使
用に耐えうることを示している。
【００３１】（実施例２） 次の表３に示す鋼を溶製し、分塊圧延によりビレットと
なし、マンネスマン圧延機により外径７3.０mm、肉厚5.
５１mmの鋼管となし、９００〜９５０℃で焼ならし、５
００〜６５０℃焼戻しの熱処理を行い、その特性を検討
した。
なし、マンネスマン圧延機により外径７3.０mm、肉厚5.
５１mmの鋼管となし、９００〜９５０℃で焼ならし、５
００〜６５０℃焼戻しの熱処理を行い、その特性を検討
した。
【００３２】
【表３】
【００３３】上記のようにして得られた結果は次の表４
に示す如くであって、本発明による鋼Ａ１〜鋼Ａ３のも
のは腐食度が0.２０〜0.３で比較鋼Ｃ１より著しく低
く、また本発明のものは吸収エネルギーは8.０〜8.４で
あって、比較鋼の３倍以上を得しめていることは明らか
である。
に示す如くであって、本発明による鋼Ａ１〜鋼Ａ３のも
のは腐食度が0.２０〜0.３で比較鋼Ｃ１より著しく低
く、また本発明のものは吸収エネルギーは8.０〜8.４で
あって、比較鋼の３倍以上を得しめていることは明らか
である。
【００３４】
【表４】
【００３５】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、耐力を１１０Ksi 以上にしても現用１３％Cr系鋼よ
り優れた耐食性を有し、靱性も油井管などとしての特性
を満足させ、しかも経済性を有する鋼管を提供すること
ができる。
は、耐力を１１０Ksi 以上にしても現用１３％Cr系鋼よ
り優れた耐食性を有し、靱性も油井管などとしての特性
を満足させ、しかも経済性を有する鋼管を提供すること
ができる。
【図１】腐食度とCr−１２Ｃ＋0.７５Ni＋１０Ｎとの関
係を示した図表である。
係を示した図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−54063（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75337（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−243740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−174859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−13152（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C21D 9/08 C22C 38/00 302 C22C 38/58
Claims (3)
- 【請求項１】 重量比で、Ｃ：0.06〜0.15％、 Cr：1
4.0〜16.0％、 Si：1.0 ％以下、 Mn：2.０％以下、 Ni：
0.5 〜5.0 ％、 Ｎ：0.05〜0.15％、 Ｐ：0.02％以下、 Ｓ：
0.01％以下、 Mo：0.4 〜1.5 ％、 Al：0.001 〜0.1 ％ を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる組成で
あって、 Cr−12C ＋0.75Ni＋10N ≧13.0 なる関係を満足し、かつδ−フェライト相を相の割合に
て１５％以下とした鋼による鋼管を９００〜９５０℃で
焼準してから５００〜６５０℃で焼戻しすることを特徴
とする１１０Ksi グレードの高強度耐食性マルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の製造法。 - 【請求項２】 重量比で、Ｃ：0.06〜0.15％、 Cr：1
4.0〜16.0％、 Si：1.0 ％以下、 Mn：2.０％以下、 Ni：
0.5 〜5.0 ％、 Ｎ：0.05〜0.15％、 Ｐ：0.02％以下、 Ｓ：
0.01％以下、 Mo：0.4 〜1.5 ％、 Al：0.001 〜0.1 ％ を含有すると共に、 Ｖ：0.05〜0.3 ％、 Nb：0.01〜0.2 ％ の１種または２種を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなる組成であって、 Cr−12C ＋0.75Ni＋10N ≧13.0 なる関係を満足し、かつδ−フェライト相を相の割合に
て１５％以下とした鋼による鋼管を９００〜９５０℃で
焼準してから５００〜６５０℃で焼戻しすることを特徴
とする１１０Ksi グレードの高強度耐食性マルテンサイ
ト系ステンレス鋼管の製造法。 - 【請求項３】 Cu：0.２〜3.０％をも含有することを特
徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の高強
度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10602993A JP2962098B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | １１０Ｋｓｉ グレードの高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10602993A JP2962098B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | １１０Ｋｓｉ グレードの高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06299301A JPH06299301A (ja) | 1994-10-25 |
| JP2962098B2 true JP2962098B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=14423219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10602993A Expired - Fee Related JP2962098B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | １１０Ｋｓｉ グレードの高強度耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼管の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2962098B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999004052A1 (fr) * | 1997-07-18 | 1999-01-28 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Acier inoxydable en martensite a haute resistance a la corrosion |
| SE518023C2 (sv) * | 2000-12-11 | 2002-08-20 | Uddeholm Tooling Ab | Stål för plastformningsverktyg och detaljer av stålet för plastformningsverktyg |
| CN103469097B (zh) * | 2013-09-29 | 2016-04-27 | 宝山钢铁股份有限公司 | 高强度马氏体铁素体双相不锈钢耐腐蚀油套管及其制造方法 |
| DE102016109253A1 (de) * | 2016-05-19 | 2017-12-07 | Böhler Edelstahl GmbH & Co KG | Verfahren zum Herstellen eines Stahlwerkstoffs und Stahlwerksstoff |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP10602993A patent/JP2962098B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06299301A (ja) | 1994-10-25 |
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