JP4858232B2 - 高張力冷延鋼板、高張力亜鉛めっき鋼板およびそれらの製造方法 - Google Patents
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しかし、近年では、自動車車体に対する軽量化と高強度化の要求の高まりから、自動車の内板パネル等の難成形部品を対象として、引張強度(TS)370MPa級以上の高張力冷延鋼板の適用が検討されている。また、既に引張強度(TS)370MPa級の高張力冷延鋼板が使用されている部品においても、より強度の高い高張力鋼板を適用することで、補強部品の削減や薄肉化を通じたさらなる車体の軽量化を推進する動きがある。
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
[1]成分組成は、質量%で、C:0.004〜0.008%、Si:0.1%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02〜0.10%、S:0.02%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.005%以下を含み、下記式(1)を満足するようにNbを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、組織は、平均結晶粒径が20μm以下のフェライト単相組織であり、該フェライト単相組織において、アシキュラーフェライトの分率が体積比で95%超えである高張力冷延鋼板。
1.0≦([Nb]/93)/([C]/12+[N]/14)≦3.0 ‥‥‥ (1)
ただし、[Nb]、[C]、[N]はそれぞれNb、C、Nの含有量(質量%)を示す
[2]成分組成は、質量%で、C:0.004〜0.008%、Si:0.1%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02〜0.10%、S:0.02%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.005%以下を含み、下記式(2)および下記式(3)を満足するようにTiおよびNbを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、組織は、平均結晶粒径が20μm以下のフェライト単相組織であり、該フェライト単相組織において、アシキュラーフェライトの分率が体積比で95%超えである高張力冷延鋼板。
1.0≦([Ti]/48)/([N]/14)≦3.0 ‥‥‥ (2)
1.0≦([Nb]/93)/([C]/12)≦3.0 ‥‥‥ (3)
ただし、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]はそれぞれTi、N、Nb、Cの含有量(質量%)を示す
[3]前記[1]または[2]において、さらに、質量%で、B:0.0003〜0.0030%を含有する高張力冷延鋼板。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかにおいて、さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.5%、Ni:0.05〜0.5%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%の中から選ばれた1種または2種以上の元素を含有する高張力冷延鋼板。
[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の高張力冷延鋼板の表面に亜鉛めっき層を備えてなることを特徴とする高張力亜鉛めっき鋼板。
[6]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1100〜1300℃の温度に再加熱し、Ar3変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、次いで、酸洗、冷間圧延した後に、(Ac3変態点)〜(Ac3変態点+50)℃の温度で焼鈍し、次いで、600℃までの平均冷却速度が下記式(4)を満足する冷却速度で冷却することを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
CR≧14-10 ln[Mn]‥‥‥ (4)
ただし、CRは平均冷却速度(℃/s)、[Mn]はMnの含有量(質量%)を示す。
[7]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1100〜1300℃の温度に再加熱し、Ar3変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、次いで、酸洗、冷間圧延した後に、(Ac3変態点)〜(Ac3変態点+50)℃の温度で焼鈍し、次いで、600℃までの平均冷却速度が下記式(5)を満足する冷却速度で冷却し、次いで、亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力亜鉛めっき鋼板の製造方法。
CR≧14-10 ln[Mn]‥‥‥ (5)
ただし、CRは平均冷却速度(℃/s)、[Mn]はMnの含有量(質量%)を示す。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。また、本発明において、「高張力冷延鋼板」あるいは「高張力亜鉛めっき鋼板」とは、引張強度が370MPa以上である冷延鋼板あるいは亜鉛めっき鋼板である。
まず、本発明の高張力冷延鋼板の成分組成について説明する。
C:0.004〜0.008%
Cは、鋼の高強度化に必要な元素である。所望の鋼板強度を得るためには0.004%以上含有することが必要である。一方、Cの含有量が0.008%を超えると、鋼板の絞り成形性が低下する。よって、Cの含有量は0.004%以上0.008%以下とする。好ましくは、0.005%以上0.007%以下である。
Siは、固溶強化により鋼の強度を高める作用を持つ元素であるが、Siの含有量が0.1%を超えると、鋼板の表面性状が顕著に劣化する。そのため、Siの含有量は0.1%以下とする。好ましくは、0.05%以下である。
Mnは、固溶強化により鋼の強度を増す作用を有する元素であり、鋼の焼入性を高めてポリゴナルフェライトの生成を抑制する効果も有する。所望の鋼板強度を確保するために0.5%以上を含有させる。一方、2.5%を超える過度のMnの含有は、鋼板の絞り成形性やめっき性を低下させる。以上より、Mnの含有量は0.5%以上2.5%以下とする。鋼板組織中に所望の分率のアシキュラーフェライトを安定的に得るためには、Mnの含有量は1.0%以上が好ましく、1.5%以上がより好ましい。
Pは、固溶強化により鋼を高強度化する元素である。所望の鋼板強度を確保するためには0.02%以上の添加が必要である。一方、0.10%を超える多量のPの含有は、鋼板の耐二次加工脆性を低下させるとともに、溶接性やめっき性も低下させる。よって、Pの含有量は0.02%以上0.10%以下とする。鋼板の強度と靱性をバランス良く保つためには、Pの含有量は0.04%以上0.08%以下が好ましい。
Sは、鋼中に不純物として存在する元素であり、極力低減することが好ましい。特に0.02%を超える多量のSは、鋼板の成形性を大きく低下させるとともに、耐二次加工脆性も低下させる。そのため、Sの含有量は0.02%以下とする。好ましくは、0.01%以下である。
Alは、鋼の脱酸のために添加される元素である。Alの含有量が0.01%未満では十分な脱酸効果が得られない。一方、Alの含有量が0.08%を越えると、前記脱酸効果は飽和する上、介在物の増加によって鋼板の表面欠陥の増加を招く。よって、Alの含有量は0.01%以上0.08%以下とする。好ましくは、0.02%以上0.06%以下である。
Nは、鋼中に不純物として存在する元素であり、極力低減することが好ましい。特に0.005%を超える多量のNは、鋼板の成形性を大きく低下させるため、Nの含有量は0.005%以下とする。
Nbは、本発明において最も重要な元素である。Nbは、CやNを炭化物あるいは窒化物として析出固定して鋼板の成形性を向上させる。さらに、結晶粒の微細化を通じて鋼板の絞り成形性と耐二次加工脆性の改善に寄与する効果もある。また、固溶NbあるいはNb系析出物の存在により、アシキュラーフェライトの生成を促進する作用も認められる。このような析出物の形成による成形性向上効果を十分に得るためには、CとNの原子当量以上のNb添加が必要である。一方、多量に添加しても効果が飽和する上、過度のNbの含有は鋼板の製造性を大きく悪化させる。よって、Nbの含有量は、CとNとの原子当量比で1.0以上3.0以下となる、下記式(1)を満足する範囲とする。好ましくは、CおよびNに対するNbの原子当量比が1.0以上2.0以下となる下記式(2)を満足する範囲である。また、良好な製造性を保つためには、Nbの含有量は0.15%以下とするのが好ましい。
Nb:1.0≦([Nb]/93)/([C]/12+[N]/14)≦3.0 ‥‥‥(1)
好ましくは、Nb:1.0≦([Nb]/93)/([C]/12+[N]/14)≦2.0 ‥‥‥(2)
ただし、[Nb]、[C]、[N]はそれぞれNb、C、Nの含有量(質量%)である。
Ti:1.0≦([Ti]/48)/([N]/14)≦3.0 ‥‥‥(3)
Nb:1.0≦([Nb]/93)/([C]/12)≦3.0 ‥‥‥(4)
好ましくは、Ti:1.0≦([Ti]/48)/([N]/14)≦2.0 ‥‥‥(5)
Nb:1.0≦([Nb]/93)/([C]/12)≦2.0 ‥‥‥(6)
ただし、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]はそれぞれTi、N、Nb、Cの含有量(質量%)である。
Tiは、Nbと同様に、NやCを窒化物あるいは炭化物として析出固定して鋼板の成形性を向上させる。さらに、結晶粒を微細化して鋼板の絞り成形性と耐二次加工脆性の改善に寄与する効果もある。特に、Tiは、Nを析出固定する作用がNbよりも強いため、Nbの一部に代えてNの析出固定に用いることが好ましい。
Ti系窒化物の形成による成形性向上効果を十分に得るためには、Nの原子当量以上のTi添加が必要である。一方、多量に添加しても効果が飽和する。よって、Tiの含有量は、Nとの原子当量比で1.0以上3.0以下の範囲となる、上記式(3)を満足する範囲とする。好ましくは、Nに対するTiの原子当量比が1.0以上2.0以下の範囲となる上記式(5)を満足する範囲である。
析出物の形成や結晶粒の微細化を通じて鋼板の耐二次加工脆性や深絞り性の改善に寄与する作用は、NbのほうがTiよりも強力であるため、Tiを添加する場合でも所定量のNbを含有させる必要がある。ただし、上記の限定に従ってTiを含有する場合、Nbは前記式(1)に代えて、Cとの原子当量比で1.0以上3.0以下の範囲となる、前記式(4)を満足するように含有させる必要がある。好ましくは、Cに対するNbの原子当量比が1.0以上2.0以下の範囲となる上記式(6)を満足する範囲である。
なお、本発明の鋼板は、上記の成分組成とすることで目的とする特性が得られるが、所望の特性に応じて以下の元素を含有することができる。
Bは、微量の添加により鋼板の耐二次加工脆性を改善する元素である。このような改善効果を得るためには、Bの含有量は0.0003%以上にすることが必要である。一方、Bの含有量が0.0030%を超えると、前記効果は飽和し、鋼板の成形性低下が顕著となる。よって、Bを含有する場合、その含有量は0.0003%以上0.0030%以下とする。好ましくは、0.0003%以上0.0015%以下である。
Cu、Ni、Cr、Mo、は、それぞれ固溶強化により鋼の強度を増す作用を有する元素であり、鋼の焼入れ性を高めてポリゴナルフェライトの生成を抑制する効果も有する。鋼板強度を増すために含有する場合は、いずれの元素の場合も、0.05%以上必要である。一方、過度の含有は、鋼板の表面性状の悪化やめっき性の低下を招き、経済的にも不利である。よって、含有する場合は、Cuは0.05%以上0.5%以下、Niは0.05%以上0.5%以下、Crは0.05%以上0.5%以下、Moは0.05%以上0.5%以下とする。好ましくは、それぞれ0.05%以上0.3%以下である。また、Cu、Ni、Cr、Moのうちの2種以上を含有する場合には、それらの含有量の合計は1.0%以下とすることが好ましく、0.6%以下とすることがより好ましい。
本発明では、平均結晶粒径が20μm以下であるフェライト単相組織を有し、フェライト単相組織において、アシキュラーフェライトの分率は体積比で95%超えである。これは、本発明において、最も重要な要件であり、このような組織を有する高張力冷延鋼板とすることにより、優れた絞り成形性と優れた耐二次加工脆性が得られる。そして、本発明により得られる高張力冷延鋼板は、自動車内板パネル等の自動車部品素材として好適に用いることが可能となる。
さらに、本発明鋼板のミクロ組織は、優れた耐二次加工脆性を鋼板に付与するために、フェライトの形状はアシキュラーであることが好適である。したがって、本発明では、アシキュラーフェライトの分率は、体積比で95%を超えとする。なお、軟質なポリゴナルフェライトについては、ごく少量であれば鋼板の耐二次加工脆性への悪影響は小さいため、アシキュラーフェライトとの混在は、ポリゴナルフェライトの分率が5%未満であれば許容できる。
なお、本発明でいうアシキュラーフェライトとは、尖った形状を有し、結晶粒の内部に析出した炭化物を含まないフェライト粒をいう。ここで、尖った形状とは、結晶粒断面が直線状または波線状の粒界を有し、結晶粒断面の粒界周長が、当該結晶粒断面の等面積円の円周長の概ね1.5倍以上となるような形状を指す。
フェライト組織の平均結晶粒径が20μmを超える場合には、鋼板の耐二次加工脆性の低下が顕著となる。よって、平均結晶粒径は20μm以下とする。より優れた耐二次加工脆性を達成するためには、平均結晶粒径は15μm以下が好ましい。なお、鋼板の靱性向上のためには、結晶粒が微細である程有利であるが、極端な結晶粒微細化は成形性の低下を招く上、製造性も大きく損なう。ゆえに、平均結晶粒径は5μm以上とすることが好ましい。
なお、上述のアシキュラーフェライトおよびポリゴナルフェライトの組織確認は、鋼板の圧延方向断面のミクロ組織を光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡で撮影した断面組織写真を用いることにより実施できる。アシキュラーフェライトの分率は、断面組織写真における当該粒の占有面積率から求めることができる。また、フェライト組織の平均結晶粒径は、結晶粒度番号から算出できる。
本発明の高張力冷延鋼板は、前記成分組成を有する鋼スラブを、1100〜1300℃の温度に再加熱し、Ar3変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、次いで、酸洗、冷間圧延した後に、(Ac3変態点)〜(Ac3変態点+50)℃の温度で焼鈍し、次いで、600℃までの平均冷却速度が下記式(7)を満足する冷却速度で冷却することにより製造される。なお、その他の製造条件は、通常行われている公知の方法で行うことができる。ただし、析出物の最適形成の観点からは、熱間圧延後の巻取温度は500〜700℃とするのが望ましく、良好な絞り成形性の確保の面からは、冷間圧延の圧下率は50〜90%とするのが望ましい。詳細には以下の通りである。
CR≧14-10 ln[Mn]‥‥‥ (7)
ただし、CRは平均冷却速度(℃/s)、[Mn]はMnの含有量(質量%)である。
鋼スラブの再加熱温度は、1100〜1300℃の範囲とする。再加熱温度が1300℃を超えると、鋼板の表面性状の劣化を招く上、加熱に要するエネルギーの点からも好ましくない。一方、再加熱温度が1100℃未満になると、析出物の溶体化が不十分となり、鋼板に必要な強度および特性を付与し難くなる。そのため、鋼スラブの再加熱温度は1100℃以上1300℃以下とする。好ましくは、1150℃以上1250℃以下である。
なお、鋼スラブの再加熱は、常温まで冷却した冷スラブを再加熱してもよいし、鋳造後に降温中の温スラブを直接加熱炉に装入して再加熱してもよい。
熱間圧延の仕上温度がAr3変態点未満の場合には、鋼板の組織が不均一となり、十分な成形性が得られなくなる。そのため、仕上温度はAr3変態点以上とする。ただし、仕上温度が(Ar3変態点+100℃)を超えると、結晶粒が粗大化しやすく、鋼板の耐二次加工脆性が低下する懸念が高まる。また、成形性や表面性状の劣化も招きやすい。したがって、仕上温度は(Ar3変態点+100℃)以下とすることが望ましい。なお、Ar3変態点は、鋼板サンプルの熱収縮測定により実測して求めることが好ましいが、下記式により鋼の化学組成から概算してもよい。
Ar3(℃)=Kr−203[C]1/2+44.7[Si]−15[Mn]+350[P]+200[Al]+200[Ti]−10[Cu]−15.2[Ni]−5.5[Cr]+31.5[Mo]
ただし、[C],[Si],[Mn],[P],[Al],[Ti],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]は、それぞれC,Si,Mn,P,Al,Ti,Cu,Ni,Cr,Moの含有量(質量%)、Krは含有元素および冷却条件により定まる定数。
また、所定の仕上温度を確保するために、エッジヒーターあるいはバーヒーター等のシートバー加熱装置を利用してもよい。また、複数のシートバーを接合し、連続して仕上圧延を行ってもよい。
熱間圧延後は、常法に従い、酸洗を行って鋼板表面に形成されているスケールを除去し、ついで冷間圧延する。冷間圧延の圧下率は、特に限定するものではないが、通常行われる50〜90%程度とすることが好ましい。
焼鈍冷却後の鋼板組織中に体積比で95%を超える分率のアシキュラーフェライトを得るためには、冷間圧延後の焼鈍工程において、鋼組織が十分に再オーステナイト化するまで加熱する必要がある。そのため、焼鈍温度はAc3変態点以上とする。一方、焼鈍温度が高すぎると、結晶粒の粗大化を招き耐二次加工脆性が低下する上、十分な絞り成形性も得られなくなる。そのため、焼鈍温度の上限は(Ac3変態点+50)℃とする。好ましい上限温度は(Ac3変態点+30)℃である。ここで、Ac3変態点は、鋼板サンプルの熱膨張測定により実測して求めることが好ましいが、下記式により鋼の化学組成から概算してもよい。
Ac3(℃)=Kc−203[C]1/2+44.7[Si]−15[Mn]+350[P]+200[Al]+200[Ti]−10[Cu]−15.2[Ni]−5.5[Cr]+31.5[Mo]
ただし、[C],[Si],[Mn],[P],[Al],[Ti],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]は、それぞれC,Si,Mn,P,Al,Ti,Cu,Ni,Cr,Moの含有量(質量%)、Kcは含有元素および加熱条件により定まる定数。
焼鈍後のフェライトの再生成は、焼鈍温度から600℃程度までの温度域における冷却過程で進行する。そのため、鋼板組織中のアシキュラーフェライトの分率を95%超えに調整するためには、焼鈍後の上記温度域での冷却速度を所定の範囲に制御する必要がある。
この考え方の下に、C:0.006%,Si:0.04%,P:0.06%,S:0.007%,Al:0.03%,N:0.003%,Nb:0.09%を含有し、Mn含有量を種々変化させた鋼板について、アシキュラーフェライトの体積分率に及ぼす焼鈍後600℃までの平均冷却速度とMn含有量の影響を調査した。調査結果を図1に示す。図1より、焼鈍後の鋼板組織中にアシキュラーフェライトを体積分率で95%超えを確保するためには、焼鈍後600℃までの平均冷却速度を、(14-10 ln[Mn])℃/s以上とする。冷却速度の上限については特に限定する必要はないが、鋼板の形状不良を抑制するためには、50℃/s以下の平均冷却速度とするのが好ましい。なお、焼鈍工程については、連続焼鈍ライン(CAL)で実施することが、冷却速度確保および生産性の観点から好ましい。
なお、表2中のAr3変態点、およびAc3変態点は、前記の化学組成から算出して得た値である。Ar3変態点を求めるに際しては、Bを含有する場合はKr=815、Bを含有せずCu、Ni、Cr、Moのいずれか1種以上を含有する場合はKr=820、これら以外はKr=825
とした。また、Ac3変態点を求めるに際してはKc=900とした。
鋼板の板幅1/4位置の圧延方向断面における表面から板厚1/4深さの位置の断面組織を光学顕微鏡等により倍率400倍〜1000倍にて観察して写真撮影して調査した。アシキュラーフェライトの分率は、前記断面組織写真を画像解析してアシキュラーフェライトの占める面積率を測定し、これをアシキュラーフェライトの体積率とした。また、フェライトの平均結晶粒径は、前記断面組織写真を用いて、JIS G 0551に規定の方法に準拠してフェライト組織全体の結晶粒度を求め、粒度番号から算出した。
試験方向が圧延方向と直角になるように採取したJIS Z 2201に規定の5号試験片を用いて、JIS Z 2241に規定の方法に準拠し、引張強度(TS)を測定した。また、日本鉄鋼連盟規格JFS T 2001に準拠して、絞り成形性の指標となる塑性歪比(r値)を測定し、平均塑性歪比(rm)を求めた。平均塑性歪比rmが2.0以上の場合に、絞り成形性に優れる鋼板と判定した。
直径60mmの円盤状に打ち抜いたブランクを、球径20.64mmの球頭ポンチと孔径24.4mmの円孔ダイスで深絞り成形し、高さ23mmに耳切りして作製した球頭カップを用いて、横向きに静置した所定の試験温度のカップ上に80cmの高さから質量5kgの重錘を自由落下させて球頭カップに衝撃変形を加える二次加工脆性試験を行い、カップが脆性破壊しない最低温度である延性脆性遷移温度(Tc)を測定して評価した。この遷移温度Tcが-100℃以下である場合に、耐二次加工脆性に優れる鋼板と判定した。
以上により得られた結果を製造条件と併せて表2に示す。
Claims (7)
- 成分組成は、質量%で、C:0.004〜0.008%、Si:0.1%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02〜0.10%、S:0.02%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.005%以下を含み、下記式(1)を満足するようにNbを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
組織は、平均結晶粒径が20μm以下のフェライト単相組織であり、
該フェライト単相組織において、アシキュラーフェライトの分率が体積比で95%超えである高張力冷延鋼板。
1.0≦([Nb]/93)/([C]/12+[N]/14)≦3.0 ‥‥‥ (1)
ただし、[Nb]、[C]、[N]はそれぞれNb、C、Nの含有量(質量%)を示す - 成分組成は、質量%で、C:0.004〜0.008%、Si:0.1%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.02〜0.10%、S:0.02%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.005%以下を含み、下記式(2)および下記式(3)を満足するようにTiおよびNbを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
組織は、平均結晶粒径が20μm以下のフェライト単相組織であり、
該フェライト単相組織において、アシキュラーフェライトの分率が体積比で95%超えである高張力冷延鋼板。
1.0≦([Ti]/48)/([N]/14)≦3.0 ‥‥‥ (2)
1.0≦([Nb]/93)/([C]/12)≦3.0 ‥‥‥ (3)
ただし、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]はそれぞれTi、N、Nb、Cの含有量(質量%)を示す - さらに、質量%で、B:0.0003〜0.0030%を含有する請求項1または2に記載の高張力冷延鋼板。
- さらに、質量%で、Cu:0.05〜0.5%、Ni:0.05〜0.5%、Cr:0.05〜0.5%、Mo:0.05〜0.5%の中から選ばれた1種または2種以上の元素を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高張力冷延鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の高張力冷延鋼板の表面に亜鉛めっき層を備えてなることを特徴とする高張力亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1100〜1300℃の温度に再加熱し、Ar3変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、次いで、酸洗、冷間圧延した後に、
(Ac3変態点)〜(Ac3変態点+50)℃の温度で焼鈍し、
次いで、600℃までの平均冷却速度が下記式(4)を満足する冷却速度で冷却することを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
CR≧14-10 ln[Mn]‥‥‥ (4)
ただし、CRは平均冷却速度(℃/s)、[Mn]はMnの含有量(質量%)を示す。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1100〜1300℃の温度に再加熱し、Ar3変態点以上の仕上温度で熱間圧延し、次いで、酸洗、冷間圧延した後に、
(Ac3変態点)〜(Ac3変態点+50)℃の温度で焼鈍し、
次いで、600℃までの平均冷却速度が下記式(5)を満足する冷却速度で冷却し、次いで、亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力亜鉛めっき鋼板の製造方法。
CR≧14-10 ln[Mn]‥‥‥ (5)
ただし、CRは平均冷却速度(℃/s)、[Mn]はMnの含有量(質量%)を示す。
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