JP6150819B2 - High strength austenitic stainless steel and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、高強度ばね用オーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法に関し、より詳細には、合金設計及び製造条件の制御によって強度を向上させたばね用高強度オーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a high-strength austenitic stainless steel for springs and a method for producing the same, and more particularly to a high-strength austenitic stainless steel for springs and a method for producing the same that have improved strength by controlling alloy design and production conditions.
オーステナイト系ステンレス鋼は、成形性、耐食性、溶接性など、物性に優れており、最も多く使用される代表的なステンレス鋼である。特に、オーステナイト系ステンレス鋼の特徴の一つは、加工時に相変態を伴うということである。最終的に、オーステナイト相を安定化させる元素で十分に高合金の状態を保持していない場合、オーステナイト相は、塑性変形付加の際、拡散なしにマルテンサイト相に変態する蓋然性が非常に大きいと言える。 Austenitic stainless steel has excellent physical properties such as formability, corrosion resistance and weldability, and is the most commonly used stainless steel. In particular, one of the characteristics of austenitic stainless steel is that it involves a phase transformation during processing. Ultimately, if the austenite phase is an element that stabilizes the austenite phase and does not maintain a sufficiently high alloy state, the austenite phase has a very high probability of being transformed into a martensite phase without diffusion during plastic deformation addition. I can say that.
その中でも代表的な鋼のうち一つが301系列のステンレス鋼であり、このように相安定性が不安定な鋼は、塑性変形量による加工硬化の程度が非常に大きい。例えば、熱処理された素材の降伏強度が300MPa前後のものを80%以上に冷間圧下すると1800MPa以上になり、加工硬化がかなり進行することが観察される。したがって、圧下率の大きい301系列は、自動車のガスケットやスプリングなどのように高弾性応力及び高強度を必要とする素材として使用される。 Among them, one of typical steels is 301 series stainless steel, and the steel having unstable phase stability as described above has a very high degree of work hardening due to the amount of plastic deformation. For example, when the yield strength of the heat-treated material is around 300 MPa, when cold-rolled to 80% or more, it becomes 1800 MPa or more, and it is observed that work hardening progresses considerably. Therefore, the 301 series having a large rolling reduction is used as a material that requires high elastic stress and high strength, such as an automobile gasket or spring.
一方、このようなフールハード(Full hard) 材の用途は、スプリング及びガスケットの形状や適用部位別に多様な強度特性が要求され、必要に応じて2200MPaまでの高引っ張り強度を必要とする部品もある。しかし、従来の301系列の素材による通常の連続鋳造方式による鋼材製造の際、高い冷間圧下率においても2200MPa以上の引っ張り強度を得ることが容易ではない。したがって、高強度のスプリング用等に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼においても2200MPa以上の高強度特性を確保するためには、成分及び工程制御などの追加的な要素技術の開発が必要である。 On the other hand, the use of such a full hard material requires various strength characteristics depending on the shape and application part of the spring and gasket, and there are parts that require high tensile strength up to 2200 MPa as required. . However, it is not easy to obtain a tensile strength of 2200 MPa or more even at a high cold reduction rate when steel is manufactured by a conventional continuous casting method using a conventional 301 series material. Accordingly, in order to ensure high strength characteristics of 2200 MPa or more even in austenitic stainless steel used for high strength springs, it is necessary to develop additional elemental technologies such as components and process control.
以上のように、本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであり、その目的は、冷間圧下率80%以上で引っ張り強度が2200MPa以上の高強度ばね用オーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。 As described above, the present invention has been devised in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide an austenitic stainless steel for high-strength springs having a cold reduction rate of 80% or more and a tensile strength of 2200 MPa or more. The purpose is to provide steel.
また、本発明は、高強度ばね用オーステナイト系ステンレス鋼の合金設計と製造条件の制御を目的として置換型合金元素の含有量の制御とストリップ・キャスティング鋳造法を利用して、冷間圧下率の増加に伴って引っ張り強度が2200MPa以上に及ぶ高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法を提供することを目的とする。 In addition, the present invention uses the control of the content of substitutional alloy elements and the strip casting casting method for the purpose of controlling the alloy design and manufacturing conditions of austenitic stainless steel for high-strength springs. An object of the present invention is to provide a method for producing a high-strength austenitic stainless steel having a tensile strength of 2200 MPa or more with an increase.
上記の目的を達成するために、本発明の一側面によれば、重量%で、C:0.05〜0.15、N:0.05〜0.09%、Cr:15〜18、Ni:6〜8、Si:1.0超過〜1.5%まで、Mo:0.5〜0.9、Mn:0.4〜1.2、Cu:1.5%以下を含み、残部はFe及びその他不可避な不純物を含み、下記式1からなるMd30の範囲が25〜30℃である高強度オーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, by weight, C: 0.05-0.15, N: 0.05-0.09%, Cr: 15-18, Ni : 6 to 8, Si: more than 1.0 to 1.5%, Mo: 0.5 to 0.9, Mn: 0.4 to 1.2, Cu: 1.5% or less, the balance is Provided is a high-strength austenitic stainless steel containing Fe and other inevitable impurities and having an Md30 range of 25 to 30 ° C. according to the following
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
本発明の別の側面によれば、重量%で、C:0.05〜0.15、N:0.05〜0.09%、Cr:15〜18、Ni:6〜8、Si:1.0超過〜1.5%まで、Mo:0.5〜0.9、Mn:0.4〜1.2、Cu:1.5%以下を含み、残部はFe及びその他不可避な不純物を含み、下記式1からなるMd30の範囲が25〜30℃であるステンレス鋼をストリップ・キャスティングすることによって製造された高強度オーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
According to another aspect of the present invention, by weight, C: 0.05-0.15, N: 0.05-0.09%, Cr: 15-18, Ni: 6-8, Si: 1 Over 0.0 to 1.5%, Mo: 0.5 to 0.9, Mn: 0.4 to 1.2, Cu: 1.5% or less, the balance contains Fe and other inevitable impurities The present invention provides a high-strength austenitic stainless steel produced by strip-casting a stainless steel having an Md30 range of 25 to 30 ° C. represented by the following
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
また、 前記ステンレス鋼をストリップ・キャスティングにより鋳造したときの凝固時に残留するデルタフェライトの含有量が5%以上である。 The content of delta ferrite remaining during solidification when the stainless steel is cast by strip casting is 5% or more.
また、前記ステンレス鋼をストリップ・キャスティングによって鋳造したときの凝固時に残留するデルタフェライト含有量が10%以下である。 Further, the content of delta ferrite remaining during solidification when the stainless steel is cast by strip casting is 10% or less.
また、前記ステンレス鋼を80%の圧下率で冷間圧延した際、引っ張り強度が2200MPa以上であり、硬度が570Hv以上が確保される。 Further, when the stainless steel is cold-rolled at a reduction rate of 80%, the tensile strength is 2200 MPa or more and the hardness is ensured to be 570 Hv or more.
また、前記ステンレス鋼の冷間圧延組織の粒度が8.5以上である。 Moreover, the grain size of the cold rolled structure of the stainless steel is 8.5 or more.
さらに、本発明のまた別の側面によれば、互いに反対方向へ回転する一対のロールと、その両側面に溶鋼プールを形成するように設けられるエッジダムと、前記溶鋼プールの上部面に不活性窒素ガスを供給するメニスカーズ・シールドを含むストリップ・キャスティング装置で、重量%で、C:0.05〜0.15、N:0.05〜0.09%、Cr:15〜18、Ni:6〜8、Si:1.0超過〜1.5%まで、Mo:0.5〜0.9、Mn:0.4〜1.2、Cu:1.5%以下を含み、残部はFe及びその他不可避な不純物を含み、下記式1からなるMd30の範囲が25〜30℃であるオーステナイト系ステンレス鋼を鋳造して凝固時に残留するデルタフェライトの含有量が5%以上になるように制御する高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。
Furthermore, according to still another aspect of the present invention, a pair of rolls rotating in opposite directions, an edge dam provided so as to form a molten steel pool on both sides thereof, and an inert nitrogen on an upper surface of the molten steel pool Strip casting apparatus including meniscus shield for supplying gas, and by weight, C: 0.05 to 0.15, N: 0.05 to 0.09%, Cr: 15 to 18, Ni: 6 to 8, Si: more than 1.0 to 1.5%, Mo: 0.5 to 0.9, Mn: 0.4 to 1.2, Cu: 1.5% or less, the balance is Fe and others High strength that contains inevitable impurities and controls the content of delta ferrite remaining at the time of solidification to be 5% or more by casting an austenitic stainless steel having an Md30 range of 25-30 ° C. according to the following
式(1)・・・Md(30℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb Formula (1): Md (30 ° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
また、前記ストリップ・キャスティングによって得られた鋳造組織のステンレス鋼を80%の圧下率で冷間圧延した際、引っ張り強度が2200MPa以上であり、硬度が570Hv以上確保されるようにし、2mm以下の薄板に製造する。 In addition, when the stainless steel having a cast structure obtained by the strip casting is cold-rolled at a reduction rate of 80%, a tensile strength of 2200 MPa or more and a hardness of 570 Hv or more are ensured. To manufacture.
また、前記ステンレス鋼の冷間圧延組織の粒度が8.5以上である。 Moreover, the grain size of the cold rolled structure of the stainless steel is 8.5 or more.
以上のように、本発明によれば、合金設計及び製造条件の制御を通じて引っ張り強度が2200MPa級の高強度ばね用オーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。また、本発明によれば、特に置換型合金元素の含有量の制御とストリップ・キャスティング鋳造工法を活用して、高強度ばね用オーステナイト系ステンレス鋼を得ることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-strength austenitic stainless steel for a spring having a tensile strength of 2200 MPa through control of alloy design and manufacturing conditions. In addition, according to the present invention, there is an effect that austenitic stainless steel for high-strength springs can be obtained by utilizing the control of the content of substitutional alloy elements and the strip casting method.
以下、本発明の実施例を図示した図面を参照して具体的に説明する。ここで、使用される専門用語は、単に特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を限定する意味ではない。また、ここで使用される単数形態は、文句がこれと明白に反対の意味を示さない限り、複数の形態をも含む。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the context clearly indicates the contrary.
本明細書で使用される「含む」との意味は、特定の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素及び/または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素、成分及び/または群の存在や付加を除外する意味ではない。 As used herein, the term “comprising” embodies specific characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and / or components, and other specific properties, regions, integers, steps, operations, It is not meant to exclude the presence or addition of elements, ingredients and / or groups.
また、別に定義していないが、ここで使用される技術用語及び科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を持つ。通常、使用される辞書に定義された用語らは、関連技術文献及び現在開示された内容に合致する意味を持つものと追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に正式な意味として解釈されない。 Further, although not defined separately, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Usually, the terms defined in the dictionary used are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted as ideal or very formal meaning unless defined. .
図1は、従来知られているストリップ・キャスティング(Strip Casting)工程を説明するための装置の概略図である。このストリップ・キャスティング工程は、溶鋼から直接薄物の熱延ストリップを製造する工程で、熱間圧延工程を省略し、製造コスト、設備投資コスト、エネルギー使用量、公害ガスの排出量等を大幅に低減することができる新たな鉄鋼工程である。 FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for explaining a conventionally known strip casting process. This strip casting process is a process for manufacturing thin hot strips directly from molten steel, omitting the hot rolling process, greatly reducing production costs, capital investment costs, energy consumption, pollution gas emissions, etc. It is a new steel process that can be done.
一般的なストリップ・キャスティング工程に用いられるツインロール型薄板鋳造機は、図1に示したように、溶鋼を取鍋1に収容し、ノズルに沿ってターンディッシュ2に流入させ、ターンディッシュ2に流入した溶鋼は鋳造ロール6の両端部に設けられたエッジダム5の間、即ち、鋳造ロール6の間の溶鋼注入ノズル3を介して供給されて凝固が開始される。この時、ロール間の溶湯部では、酸化を防止するためにメニスカスシールド4によって溶湯面を保護し、適したガスを注入して雰囲気を適切に調節することになる。両ロールが出会うロールニップ7を抜けて行きながら薄板8が製造され、引き抜きながら圧延機9を経て圧延された後、冷却工程を経て巻取設備10で巻き取られる。
As shown in FIG. 1, a twin roll type thin plate casting machine used in a general strip casting process accommodates molten steel in a
この時、溶鋼から厚さ10mm以下の薄板を直接製造するツインロール型薄板鋳造工程における重要な技術は、速い速度で反対方向へ回転する内部水冷式ツインロールの間に注入ノズルを介して溶鋼を供給し、所望の厚さの薄板をひび割れがなく、かつ歩留まりが向上するように製造することである。 At this time, an important technique in the twin roll type thin plate casting process for directly manufacturing a thin plate having a thickness of 10 mm or less from the molten steel is to introduce the molten steel through an injection nozzle between internal water-cooled twin rolls rotating in the opposite direction at a high speed. A thin plate having a desired thickness is supplied without being cracked and the yield is improved.
このようなストリップ・キャスティング工程は、液状の鋼を1〜5mmの厚さの板材に直接鋳造しながら、鋳造板に非常に速い冷却速度を印加することで、ツインロール型ストリップキャスターを利用して熱間圧延コイルを製造するものである。前記ツインロール型ストリップキャスターは、互いに反対方向へ回転するツインロール(Twin drum rolls)と側面ダム(Side dams)との間に溶鋼を供給し、水冷されるロール表面を通じて多くの熱量を放出させながら鋳造することを特徴とする。この時、ロール表面で急速冷却速度で凝固セルを形成し、鋳造後連続的に行われるインラインローリング(In line rolling)によって、1〜5mmの薄い熱延薄板が製造される。本発明の実施例では、2mm以下の薄板を製造する。 Such a strip casting process uses a twin roll type strip caster by casting a liquid steel directly to a plate having a thickness of 1 to 5 mm while applying a very fast cooling rate to the cast plate. A hot rolled coil is manufactured. The twin roll type strip caster supplies molten steel between twin rolls and side dams rotating in opposite directions, and releases a large amount of heat through the water-cooled roll surface. It is characterized by casting. At this time, a solidified cell is formed on the roll surface at a rapid cooling rate, and a thin hot-rolled sheet having a thickness of 1 to 5 mm is manufactured by in-line rolling performed continuously after casting. In the embodiment of the present invention, a thin plate of 2 mm or less is manufactured.
前記ストリップ・キャスティング工程では通常2mm前後の薄物を直接鋳造するため、連続鋳造によるスラブ製造及び熱間圧延工程を省略することができるという長所がある。特に、熱間圧延時に表面欠陥が発生する鋼種においては、ストリップ・キャスティング工法の適用が特に有利であるが、301系列は熱間圧延時に欠陥が多発する鋼種で、これの適用が有利である。また、高強度鋼材を製造するためには、単に表面欠陥の問題の外に、さらなる大きな長所を持つことができる。 In the strip casting process, since a thin object of about 2 mm is usually directly cast, the slab manufacturing by continuous casting and the hot rolling process can be omitted. In particular, for steel types in which surface defects occur during hot rolling, application of the strip casting method is particularly advantageous. However, the 301 series is a steel type in which defects frequently occur during hot rolling, and this application is advantageous. Moreover, in order to manufacture a high-strength steel material, in addition to the problem of surface defects, it can have further great advantages.
オーステナイト系ステンレス鋼は、通常の連続鋳造時に凝固上の安定性を確保するために、凝固初期にデルタフェライト相が生成された後にオーステナイト相への凝固が行われる。この時、鋳造時に残留されるデルタフェライトの量は、理論的実験式(δCal)によれば鋼種ごとに1〜10%前後を示すが、組織内のこのようなデルタフェライト相の存在は、ダウンストリーム(Down STREAM)圧延時に加工硬化に影響を及ぼすことになる。
通常のスラブの鋳造後、スラブ内に残存していたデルタフェライト相は、熱間圧延のために再加熱炉で2時間以上加熱を受けることになるが、この時、相当部分のデルタフェライト相は固相変態によりオーステナイト相に分解が行われるようになって、以後、熱間圧延も同様に高温で行われるため、スラブの鋳造組織に存在していたデルタフェライト相は、ほとんど分解することになる。実際に、オーステナイト系ステンレス鋼の熱延コイルのデルタフェライト含有量は0.5%未満であるとみることができる。 After normal slab casting, the delta ferrite phase remaining in the slab is heated for more than 2 hours in a reheating furnace for hot rolling. Since the austenite phase is decomposed by the solid phase transformation, the hot rolling is similarly performed at a high temperature, so that the delta ferrite phase present in the cast structure of the slab is almost decomposed. . In fact, it can be seen that the delta ferrite content of the hot rolled coil of austenitic stainless steel is less than 0.5%.
反面、ストリップ・キャスティング工程は、水冷ロールを利用して溶鋼から直接約2mm前後の薄板を鋳造するため、既存の連続鋳造法によるスラブのような鋳造組織であり、デルタフェライトの含有量が1〜10%の範囲で高く表われる。一般的には、このようなデルタフェライト相が高温加工性、耐食性などを悪化させることがあるだけでなく、磁性を持つので、最終製品の用途を制限する短所を持っているが、冷間圧下率の高い高強度鋼の製造時には、冷間圧延時に微量に存在して粒子サイズを下げると同時に、加工硬化を活性化することに貢献することができる。
On the other hand, the strip casting process uses a water-cooled roll to cast a thin plate of about 2 mm directly from molten steel, so it is a cast structure like a slab by the existing continuous casting method, and the content of delta ferrite is 1 to It appears high in the range of 10%. In general, the delta ferrite phase not only deteriorates high-temperature workability and corrosion resistance, but also has magnetism, so it has the disadvantage of limiting the use of the final product. When producing high-strength steel with a high rate, it can contribute to activating work hardening while reducing the particle size by being present in a small amount during cold rolling.
素材強度の増加は、様々な強化機具が複合的に作用して現れる現象である。301系列のように準安定なオーステナイト系ステンレス鋼においては、前述したように、変形量に応じた加工有機マルテンサイト相の生成が加工硬化を高める最も重要な理由であると言える。しかし、一方では、合金元素の添加による固溶強化の効果も重要であるが、ここにもC、Nなどのような侵入型元素による効果と、Si、Moなどのような置換型元素による効果が多様に現れる。一般的に、経済的な側面からC、Nなどの侵入型元素の制御によって強度の改善を図るが、圧下率の高い高強度鋼においては、置換型元素がより効果的に作用することができる。 The increase in material strength is a phenomenon that appears when various strengthening devices act in a complex manner. In a metastable austenitic stainless steel such as the 301 series, as described above, it can be said that the generation of a work organic martensite phase according to the amount of deformation is the most important reason for improving work hardening. However, on the other hand, the effect of solid solution strengthening by addition of alloy elements is also important, but here also the effect of interstitial elements such as C and N and the effect of substitutional elements such as Si and Mo Appears in various ways. Generally, the strength is improved by controlling interstitial elements such as C and N from an economic aspect, but substitutional elements can act more effectively in high strength steel with a high rolling reduction. .
以下では、まず、本発明の一実施例に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼の組成範囲及び組成範囲の限定理由について詳細に調べてみる。 Hereinafter, first, the composition range of the austenitic stainless steel used in one embodiment of the present invention and the reason for limiting the composition range will be examined in detail.
まず、本発明は、重量%で、Cr:15.0〜18%、Ni:6〜8%、N:0.05〜0.09%、C:0.05〜0.15%、Mn:0.4〜1.2%、Mo:0.5〜0.9%、Si:1.0超過1.5%まで、Cu:1.5%以下含有量の合金成分で組成され、この時のMd30温度が25〜30℃の範囲を満足する。Md30温度は、下記式(1)によって示される。 First, the present invention is, by weight, Cr: 15.0-18%, Ni: 6-8%, N: 0.05-0.09%, C: 0.05-0.15%, Mn: It is composed of alloy components of 0.4 to 1.2%, Mo: 0.5 to 0.9%, Si: more than 1.0 to 1.5%, Cu: 1.5% or less. The Md30 temperature satisfies the range of 25 to 30 ° C. The Md30 temperature is represented by the following formula (1).
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1MN-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1MN-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
より好ましくは、Crは、16〜17wt%、Niは6〜7wt%、Moは0.6〜0.8wt%である。通常Siの場合、オーステナイト系ステンレス鋼の固溶強化能を改善することができる元素である。しかし、過剰添加時に熱間加工性が低下するような問題が発生し得る。したがって、Siは少なくとも1.0を超過して1.5%までに制御し、最適のSiの範囲は、1.1〜1.3wt%である。 More preferably, Cr is 16 to 17 wt%, Ni is 6 to 7 wt%, and Mo is 0.6 to 0.8 wt%. Usually, in the case of Si, it is an element that can improve the solid solution strengthening ability of austenitic stainless steel. However, there may be a problem that hot workability deteriorates when excessively added. Therefore, Si is controlled to at least 1.5% to 1.5%, and the optimum Si range is 1.1 to 1.3 wt%.
本発明において、前記合金設計は、オーステナイト系ステンレス鋼の成分としてよく知られているので、その詳細な理由は省略する。ただし、本発明では、前記合金設計の特徴は、Md30の制御によって合金成分を最適化することである。 In the present invention, the alloy design is well known as a component of austenitic stainless steel, and the detailed reason is omitted. However, in the present invention, a feature of the alloy design is that the alloy components are optimized by controlling Md30.
本発明に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼は、常温で準安定な(Metastable)微細組織を特徴とする鋼であり、外力により加工を受けるオーステナイト相が加工有機マルテンサイト上への相変態を伴うように設定された鋼種である。このようなオーステナイト系ステンレス鋼の準安定性を示す代表的な指標は、Md30で表記され、下記式(1)によって表示することができる。 The austenitic stainless steel used in the present invention is a steel characterized by a metastable microstructure at room temperature so that the austenitic phase subjected to processing by an external force is accompanied by a phase transformation on the processed organic martensite. It is a set steel grade. A typical index indicating the metastability of such austenitic stainless steel is represented by Md30 and can be represented by the following formula (1).
式(1)・・・Md(30℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1MN-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb Formula (1): Md (30 ° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1MN-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
上記の式による成分調整時にC、N、Mn、Ni、Cuなどは、オーステナイト相を安定化させる元素であり、Si、Cr、Mo、Nbなどは、フェライト相、或いはマルテンサイト相を安定化させる元素であり、これらの元素の組み合わせによって鋼上の相安定性が決定されるようになる。本発明では、前記Md30(℃の)値を25〜30以下に制御することを特徴とする。 C, N, Mn, Ni, Cu, etc. are elements that stabilize the austenite phase during component adjustment by the above formula, and Si, Cr, Mo, Nb, etc. stabilize the ferrite phase or martensite phase. It is an element, and the phase stability on steel comes to be determined by the combination of these elements. In the present invention, the Md30 (° C.) value is controlled to 25 to 30 or less.
図2は、オーステナイト及びフェライト安定化元素の成分の制御により、Md30温度を異にするときの処理に伴う加工有機マルテンサイト生成量の例を示すグラフ図である。 FIG. 2 is a graph showing an example of the amount of processed organic martensite produced during treatment when the Md30 temperature is varied by controlling the components of austenite and ferrite stabilizing elements.
図2によると、Md30温度変化による相安定性の程度を示したもので、Md30温度の増加に応じて加工有機マルテンサイト生成量が増加する傾向を見せる。しかし、このような現象は、圧下率が大きくなるにつれて多少異なる挙動を見せるようになるが、Md30温度が45度を超える非常に準安定した素材においては、冷間圧下率の50%をピークに、それ以上の相変態が行われていないことが分かる。 FIG. 2 shows the degree of phase stability due to a change in Md30 temperature, and shows a tendency that the amount of processed organic martensite generated increases as the Md30 temperature increases. However, such a phenomenon shows a slightly different behavior as the rolling reduction increases. However, in the case of a very metastable material having an Md30 temperature exceeding 45 ° C., 50% of the cold rolling reduction peaked. It can be seen that no further phase transformation has occurred.
すなわち、初期の圧下率で加工有機マルテンサイト相への変態が急激に行われ、それ以上の圧下率に応じた加工硬化に寄与しないことが分かる。反面、Md30が25〜30である素材においては、冷間圧下率が80%に至るまで、相変態が続きながら、強度が持続的に増加することを示す。したがって、本発明の目的とする高強度鋼を製造するためには、このように、冷間圧下率の増加に応じて、相変態が継続的に行われる条件を確保する必要があり、本発明ではこのようなMd30の条件を25〜30に設定する。図2では、このようなMd30の値を代表して27.4℃のものを使用して実験した。 That is, it turns out that the transformation into the processed organic martensite phase is abruptly performed at the initial reduction rate, and does not contribute to the work hardening according to the reduction rate higher than that. On the other hand, in the raw material whose Md30 is 25-30, the strength continuously increases while the phase transformation continues until the cold rolling reduction reaches 80%. Therefore, in order to produce the high-strength steel that is the object of the present invention, it is necessary to ensure the conditions under which the phase transformation is continuously performed in accordance with the increase in the cold rolling reduction ratio. Then, such a condition of Md30 is set to 25-30. In FIG. 2, an experiment was conducted using a value of 27.4 ° C. representative of such a value of Md30.
Md30の温度が25未満の場合には、冷間圧下に応じた伴う加工硬化の程度が大きくなく、Md30の温度が30を超過する場合には、前記図2に示されたように、冷間圧下率が一定量をピークに、それ以上の相変態が行われないため、その効果が大きくない。一方、加工硬化量の増加のためには、このような相変態の促進とともに、生産工程の制御もまた重要な役目をすることができる。本発明では、高強度オーステナイトコイル製造のために、従来の連続鋳造工程の代わりに、ストリップ・キャスティング工法を採用した。 When the temperature of Md30 is less than 25, the degree of work hardening associated with cold reduction is not large, and when the temperature of Md30 exceeds 30, as shown in FIG. The effect of the rolling reduction is not so great since no further phase transformation takes place with a certain amount peaked. On the other hand, in order to increase the work hardening amount, the control of the production process can also play an important role in addition to the promotion of such phase transformation. In the present invention, a strip casting method is employed in place of the conventional continuous casting process in order to manufacture a high-strength austenite coil.
本発明のストリップ・キャスティング工程は、前記図1で説明したように、水冷ロールを利用して溶鋼から直接2mm前後の薄板を形成する工法であり、該工法で鋳造されたシートからは、再加熱及び熱間圧延工程なしにすぐに冷間圧延で所望のシート形態を得ることができる。 The strip casting process of the present invention is a method of forming a thin plate of about 2 mm directly from molten steel using a water-cooled roll, as described in FIG. 1, and the sheet cast by this method is reheated. And a desired sheet form can be obtained by cold rolling immediately without a hot rolling process.
高強度鋼の製造という側面から合金成分系は、製造工程とは別に加工硬化能の指標となるが、素材内の微細組織は、工程の影響により異なってくる。微細組織は、粒界の大きさ、析出物、第2相、電位及びツイン等に応じて決定されるが、このような準安定オーステナイト系ステンレス鋼において、連続鋳造組織とストリップ・キャスティング組織の最も大きな違いは、デルタフェライト相の含有量の差異にあると言える。連続鋳造組織は、スラブの再加熱という長時間の加熱工程で凝固時に生成されたデルタフェライト相がほとんど分解する反面、ストリップ・キャスティング組織は、このような加熱工程の省略で素材内にデルタフェライト相がより多く存在することになる。冷間圧下率に応じた非常に高強度鋼の製造という側面から、このようなデルタフェライト相の存在は、加工硬化を高める役目として作用することになる。 From the aspect of manufacturing high-strength steel, the alloy component system is an index of work hardening ability separately from the manufacturing process, but the microstructure in the material varies depending on the influence of the process. The microstructure is determined according to the size of grain boundaries, precipitates, second phase, potential, twin, etc. In such a metastable austenitic stainless steel, the most of the continuous cast structure and the strip casting structure. It can be said that there is a big difference in the content of the delta ferrite phase. In the continuous casting structure, the delta ferrite phase generated during solidification is almost decomposed in the long heating process of reheating the slab, while the strip casting structure is not included in the material. There will be more. The presence of such a delta ferrite phase serves as a role of enhancing work hardening from the aspect of manufacturing a very high strength steel corresponding to the cold rolling reduction.
図3は、通常の連続鋳造工程による冷間圧延コイルの微細組織とストリップ・キャスティング工法によって製造されたコイルの冷間圧延組織を比較した写真である。 FIG. 3 is a photograph comparing the microstructure of a cold rolled coil produced by a normal continuous casting process with the cold rolled structure of a coil produced by a strip casting method.
図3において、上部はストリップ・キャスティングによって製造された微細組織で、結晶粒度が約8.5〜9である。反面、下部に表示された連続鋳造と熱間圧延段階を経た微細組織の場合、結晶粒度が約7〜8である。このように、同一成分系で連続鋳造によって製造した素材に比べて、ストリップ・キャスティングによって製造された素材の強度が増加する理由は、残留されるデルタフェライトの含有量の差異による粒度の微細化効果にも起因するものとみられ、したがって、本発明の場合、強度及び硬度特性の向上によってスプリングなどの高強度素材の適用に有利である。 In FIG. 3, the upper part is a microstructure produced by strip casting, and the grain size is about 8.5-9. On the other hand, in the case of the fine structure after the continuous casting and hot rolling steps displayed at the bottom, the crystal grain size is about 7-8. In this way, the strength of the material manufactured by strip casting is increased compared to the material manufactured by continuous casting with the same component system. The reason is that the grain size is reduced due to the difference in the content of residual delta ferrite. Therefore, in the case of the present invention, it is advantageous for the application of a high-strength material such as a spring by improving the strength and hardness characteristics.
図3に示されたように、連続鋳造とストリップ・キャスティングによって製造された冷間圧延コイルの微細組織を比較した場合には、ストリップキャスト材の場合(上部)、連続鋳造材(下部)に比べてデルタフェライト相の組織内分布の粒子サイズが小さくて、デルタフェライト相が第2相と類似した固溶強化の役目をすることができることを示唆している。
As shown in FIG. 3, when comparing the microstructure of the cold-rolled coils produced by continuous casting and strip casting, compared to the case of strip casting material (top), a continuous cast material (bottom) Thus, the particle size of the delta ferrite phase in the structure is small, suggesting that the delta ferrite phase can serve as a solid solution strengthening similar to the second phase.
図4及び図5は、Md30温度の変化(8℃、28℃、48℃)による、冷間圧下率に依存する機械的特性である引っ張り強度と硬度変化をそれぞれ示したグラフ図である。上記図4に示したように、冷間圧下率の増加により、Md30温度がそれぞれ異なる素材のいずれも引っ張り強度が比例して増加する傾向を見せている。 4 and 5 are graphs respectively showing changes in tensile strength and hardness, which are mechanical characteristics depending on the cold rolling reduction, due to changes in Md30 temperature (8 ° C., 28 ° C., 48 ° C.). As shown in FIG. 4, the tensile strength of all materials having different Md30 temperatures tends to increase in proportion to the increase in the cold rolling reduction.
一方、図5の場合、冷間圧下率の増加に応じて、Md30温度がそれぞれ異なる素材のいずれも、硬度も同様に冷間圧下率の増加に応じて比例して増加する傾向を示すが、Md30温度が高い場合(48.7℃)には、一定の圧下率以上で硬度の向上程度が僅かであることを示す。これは、初期圧下率で加工誘起マルテンサイトの生成による加工硬化の効果が大きいが、これの生成が飽和した後には、硬度の向上に限界があることを示すもので、冷間圧下率に硬度増加のためのMd30条件の設定が必要であることを確認できるものである。 On the other hand, in the case of FIG. 5, as the cold rolling reduction increases, the hardness of each of the materials having different Md30 temperatures similarly increases in proportion to the cold rolling reduction, When the Md30 temperature is high (48.7 ° C.), it indicates that the degree of improvement in hardness is slight at a certain rolling reduction or more. This indicates that the work hardening effect due to the formation of work-induced martensite is large at the initial rolling reduction, but shows that there is a limit to the improvement in hardness after this production is saturated. It can be confirmed that it is necessary to set the Md30 condition for the increase.
図4によれば、本発明の鋼に対するMd30値が25〜30の範囲である27.4℃の場合(試験片:C901鋼種)、引っ張り強度の値が2200MPaまで増加すことが分かる。これは、冷間圧下率が80%以下の約78%程度で測定したので、実質的に冷間圧下率が80%で測定する場合、さらに比例して増加され得ることを示す。しかし、残りの鋼種の場合、Md30の値が本発明の範囲から外れる場合であり、この場合、引っ張り強度の値が2200MPa未満にとどまることが分かる。 According to FIG. 4, when the Md30 value for the steel of the present invention is 27.4 ° C. in the range of 25-30 (test piece: C901 steel type), it can be seen that the tensile strength value increases to 2200 MPa. This shows that the cold rolling reduction was measured at about 78%, which is 80% or less, so that when the cold rolling reduction is measured at 80%, it can be further increased in proportion. However, in the case of the remaining steel types, the value of Md30 is out of the range of the present invention, and in this case, it can be seen that the value of tensile strength remains below 2200 MPa.
図6は、成分制御による加工硬化能を強化するためにMd30温度を25〜30の範囲である28℃前後で成分を最適化すると、機械的性質の改善を確保することができることを示したグラフ図である。 FIG. 6 is a graph showing that the mechanical properties can be improved by optimizing the components around 28 ° C. in which the Md30 temperature is in the range of 25 to 30 in order to enhance the work hardening ability by controlling the components. FIG.
図6の結果に基づき、成分制御による加工硬化能を強化するためにMd30温度を25〜30の範囲である28℃前後で、成分の制御を行った例(C901鋼種)では、圧下率80%で引っ張り強度が実質的に2200MPaまで増加することを確認することができる。ただし、これの製造は、ストリップ・キャスティング鋳造法を使用し、鋳造されたシートは2mmの薄板である。この時、ストリップ・キャスティングで鋳造された2mm素材の残留デルタフェライトの含有量は5%以上であり、以後コイルの熱処理、酸洗工程を経た後にも板の幅全体にわたって1%以上のデルタフェライト相が存在する。 Based on the results of FIG. 6, in the example (C901 steel type) in which the component was controlled at an Md30 temperature of about 28 ° C. in the range of 25 to 30 in order to enhance the work hardening ability by the component control, the reduction rate was 80%. It can be confirmed that the tensile strength increases substantially to 2200 MPa. However, this production uses a strip casting method, and the cast sheet is a 2 mm sheet. At this time, the content of residual delta ferrite of 2 mm material cast by strip casting is 5% or more, and after the heat treatment and pickling process of the coil, the delta ferrite phase of 1% or more over the entire width of the plate. Exists.
このようなデルタフェライト相は、図3に示されたように、連続鋳造によってスラブの再加熱及び熱間圧延及び焼鈍酸洗を経た部品に対する粒度の微細化で連続鋳造材の粒度が7.5程度である反面、ストリップ・キャスティング材は8.5前後を示す。 As shown in FIG. 3, the delta ferrite phase has a continuous cast material particle size of 7.5 by refining the slab by continuous casting and refining the particle size of the parts that have undergone hot rolling and annealing pickling. On the other hand, the strip casting material shows around 8.5.
本発明では、Md30及び置換型合金元素の添加を通じた準安定特性のオーステナイト系ステンレス鋼をストリップ・キャスティング工程を利用して強度の改善効果を得ることができる。 In the present invention, an austenitic stainless steel having metastable characteristics through addition of Md30 and a substitutional alloy element can be used to obtain an effect of improving strength by using a strip casting process.
(実施例)
以下、本発明の15〜18%Crのオーステナイト系ステンレス鋼を使用して、成分及び工程制御によって機械的特性の変化を調査した実施例を説明する。
(Example)
Hereinafter, examples in which changes in mechanical properties were investigated by component and process control using 15-18% Cr austenitic stainless steel of the present invention will be described.
表1は、オーステナイトとフェライト安定化元素の成分制御によってMd30温度を異なるものにしたときの成分変化の例を示したものである。まず、上記図4及び図5に示したように、Md30温度を変化(約8℃、28℃、48℃)させると、冷間圧下率による機械的特性(引っ張り強度及び硬度)が変化する。 Table 1 shows an example of component changes when the Md30 temperature is varied by controlling the components of austenite and ferrite stabilizing elements. First, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, when the Md30 temperature is changed (about 8 ° C., 28 ° C., 48 ° C.), the mechanical properties (tensile strength and hardness) due to the cold reduction rate change.
図4及び5では、冷間圧下率の増加に応じてMd30温度がそれぞれ異なる素材のいずれも引っ張り強度及び硬度は比例して増加する傾向が見せるが、Md30温度が高い場合(約48℃)、一定の圧下率以上では強度向上の程度が僅かであることを示す。これは、初期圧下率で加工有機マルテンサイトの生成による加工硬化の効果が大きいが、これの生成が飽和した後には、強度の向上に限界があることを示すもので、冷間圧下率に強度及び硬度増加のための適切なMd30の条件が必要である。本発明では、前記Md30の温度範囲を25から30に設定した。 4 and 5, the tensile strength and hardness tend to increase in proportion to each of the materials having different Md30 temperatures in accordance with the increase of the cold rolling reduction, but when the Md30 temperature is high (about 48 ° C.), Above a certain rolling reduction, the degree of strength improvement is slight. This indicates that the effect of work hardening due to the formation of processed organic martensite is large at the initial rolling reduction, but indicates that there is a limit to the improvement in strength after the generation of this is saturated. And appropriate Md30 conditions for increased hardness are required. In the present invention, the temperature range of Md30 is set to 25 to 30.
また、図6では、成分制御による加工硬化能を強化するためにMd30温度を28℃前後で、成分制御を行った例(C901鋼種)であり、圧下率80%で引っ張り強度が約2200MPa近く迄達することが示される。もちろん、前記鋼種の場合、2mm素材の薄板として残留デルタフェライト含有量は5%以上であり、以後コイルの熱処理及び酸洗工程を経た後にも板の幅全体にわたって1%以上のデルタフェライト相が存在する。
本発明で連続鋳造工程を経た素材とストリップ・キャスティング工程の本発明素材との諸般品質特性を比較した場合、まず固有成分系の確保の面では、次のとおりである;Cr含有量は16.5%前後であり、Niの含有量は、6.5%前後である。オーステナイト安定化元素であるMnは、0.6%前後であり、置換型合金元素であるMoとSiは、それぞれ0.7%前後と、1.1%以上の特徴を有する。 When comparing the quality characteristics of the material that has undergone the continuous casting process in the present invention and the material of the present invention in the strip casting process, it is as follows in terms of securing the intrinsic component system; the Cr content is 16. It is around 5%, and the Ni content is around 6.5%. The austenite stabilizing element Mn is about 0.6%, and the substitutional alloy elements Mo and Si have the characteristics of about 0.7% and 1.1% or more, respectively.
このような成分設計の条件として凝固時の理論的なデルタフェライト含有量が5%以上に設計されなければならず、準安定性の指標であるMd30温度が25〜30の範囲内に設定されることが望ましい。そして、引っ張り強度が2200MPa以上であり、硬度が570Hv以上のフルハード材の品質特性を確保するために、ストリップ・キャスティング工法を活用して2mm前後で鋳造されなければならず、この時素材の粒度は8.5前後であり、冷間圧下率は80%以上でなければならない。 As a condition for such component design, the theoretical delta ferrite content during solidification must be designed to be 5% or more, and the Md30 temperature, which is an indicator of metastability, is set within the range of 25-30. It is desirable. And in order to ensure the quality characteristics of full hard materials with a tensile strength of 2200 MPa or more and a hardness of 570 Hv or more, it must be cast around 2 mm using the strip casting method. Is around 8.5 and the cold rolling reduction must be 80% or more.
上記の表1から、本発明の鋼の範囲である発明鋼1ないし発明鋼7の場合、本発明の範囲であるMd30の範囲が25〜30℃であることを示し、比較鋼1ないし比較鋼9は、本発明の範囲から外れるMd30を示す比較例を示す。上記の表1から見ると実質的にMd30の範囲を25〜30に制御し、これをストリップ・キャスティング工程を適用して製造する場合に、引っ張り強度の値が2200MPa以上であり、硬度値は570Hv以上であることが示される。
From Table 1 above, in the case of
以上のように、本発明の技術思想は、上記の好ましい実施例に基づいて具体的に記述されたが、上記の実施例は、説明のためのものであり、その制限のためではない。また、本発明の技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形例が可能であることを理解できるだろう。前述した発明の権利範囲は、以下の特許請求の範囲から決まるものであり、明細書本文の記載に拘束されず、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形と変更は、全て本発明の範囲に属する。 As described above, the technical idea of the present invention has been specifically described on the basis of the above-described preferred embodiments. However, the above-described embodiments are for explanation and not for limitation. In addition, those skilled in the art of the present invention can understand that various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. The scope of the right of the invention described above is determined by the following claims, and is not restricted by the description of the specification, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention. Belongs.
1 取鍋
2 ターンディッシュ
3 溶鋼注入ノズル
4 メニスカスシールド
5 エッジダム
6 鋳造ロール
7 ロールニップ
8 薄板
9 圧延機
10 巻取設備
DESCRIPTION OF
Claims (16)
Fe及びその他不可避な不純物からなる残部
からなり、
下記式(1)からなるMd30の範囲が25〜30℃であることを特徴とし、下記式(1)においてC、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、Nbは各元素の含有割合の質量%を表す、高強度オーステナイト系ステンレス鋼。
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb By mass%, C: 0.05 to 0.15%, N: 0.05 to 0.09%, Cr: 15 to 18%, Ni: 6 to 8%, Si: more than 1.0 to 1.5 %, Mo: 0.5-0.9%, Mn: 0.4-1.2%, Cu: 1.5% or less, and Nb: 0% , and the balance consisting of Fe and other inevitable impurities Become
The range of Md30 which consists of following formula (1) is 25-30 degreeC, and in following formula (1), C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, and Nb contain each element High-strength austenitic stainless steel that represents mass% of the proportion.
Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
Fe及びその他不可避な不純物からなる残部
からなり、
下記式(1)からなるMd30の範囲が25〜30℃であるステンレス鋼を、ストリップ・キャスティングにより鋳造することを特徴とし、下記式(1)においてC、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、Nbは各元素の含有割合の質量%を表す、
高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb By mass%, C: 0.05 to 0.15%, N: 0.05 to 0.09%, Cr: 15 to 18%, Ni: 6 to 8%, Si: more than 1.0 to 1.5 %, Mo: 0.5-0.9%, Mn: 0.4-1.2%, Cu: 1.5% or less, and Nb: 0% , and the balance consisting of Fe and other inevitable impurities Become
Stainless steel having a Md30 range of 25 to 30 ° C. composed of the following formula (1) is cast by strip casting. In the following formula (1), C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, and Nb represent mass% of the content ratio of each element.
A method for producing high-strength austenitic stainless steel.
Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
その両側面に溶鋼プールを形成するように設けられるエッジダムと、
前記溶鋼プールの上部面に不活性窒素ガスを供給するメニスカーズ・シールドを含むストリップ・キャスティング装置において、
質量%で、C:0.05〜0.15%、N:0.05〜0.09%、Cr:15〜18%、Ni:6〜8%、Si:1.0超過〜1.5%まで、Mo:0.5〜0.9%、Mn:0.4〜1.2%、Cu:1.5%以下、及びNb:0%、並びに、Fe及びその他不可避な不純物からなる残部からなり、下記式(1)からなるMd30の範囲が25〜30℃であるオーステナイト系ステンレス鋼
を鋳造して凝固時に残留するデルタフェライト含有量が5%以上になるように制御することを特徴とし、前記デルタフェライト含有量は下記式(2)によりδ Cal として算出され、下記式(1)および(2)においてC、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、Nb、Tiは各元素の含有割合の質量%を表し、Tiは0%である、高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
式(1)・・・Md30(℃)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
式(2)・・・
An edge dam provided to form a molten steel pool on both sides,
In a strip casting apparatus including a meniscus shield for supplying inert nitrogen gas to the upper surface of the molten steel pool,
By mass%, C: 0.05 to 0.15%, N: 0.05 to 0.09%, Cr: 15 to 18%, Ni: 6 to 8%, Si: more than 1.0 to 1.5 %, Mo: 0.5-0.9%, Mn: 0.4-1.2%, Cu: 1.5% or less, and Nb: 0% , and the balance consisting of Fe and other inevitable impurities from now, to control as delta Blow wells containing chromatic amount range of Md30 remains during solidification by casting austenitic stainless steel is 25 to 30 ° C. consisting of the following formula (1) is equal to or greater than 5% The delta ferrite content is calculated as δ Cal by the following formula (2) , and in the following formulas (1) and (2) , C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, Nb , Ti and table the weight percent of the content of each element, Ti is 0%, the high strength austenitic Method of manufacturing a stainless steel.
Formula (1): Md30 (° C.) = 551-462 (C + N) -9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29Ni-18.5Mo-29Cu-68Nb
Formula (2) ...
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