JPH05263196A - 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 - Google Patents
高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼Info
- Publication number
- JPH05263196A JPH05263196A JP6395692A JP6395692A JPH05263196A JP H05263196 A JPH05263196 A JP H05263196A JP 6395692 A JP6395692 A JP 6395692A JP 6395692 A JP6395692 A JP 6395692A JP H05263196 A JPH05263196 A JP H05263196A
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- Japan
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- toughness
- high temperature
- steel
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- temperature strength
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高温におけるクリープ破断特性お
よび靱性の優れたフェライト系Cr含有ボイラ鋼管用鋼
を提供するものである。 【構成】 重量%で、C:0.01〜0.15%、S
i:0.01〜0.80%、Mn:0.05〜1.50
%、Cr:8.00〜13.00%、Mo:0.05〜
1.50%、W:0.10〜4.00%、V:0.05
〜0.50%、Nb:0.02〜0.15%、Al:
0.002〜0.050%、N:0.010〜0.11
0%を含有し、Ni:0.10〜3.00%、Co:
0.10〜5.00%の1種または2種を含有し、ある
いは更にB:0.001〜0.030%を含有し、かつ
上記成分範囲のCr、Ni、CoがCr−4Ni−2C
o≦9の関係式を満足することを特徴とする高温強度な
らびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
よび靱性の優れたフェライト系Cr含有ボイラ鋼管用鋼
を提供するものである。 【構成】 重量%で、C:0.01〜0.15%、S
i:0.01〜0.80%、Mn:0.05〜1.50
%、Cr:8.00〜13.00%、Mo:0.05〜
1.50%、W:0.10〜4.00%、V:0.05
〜0.50%、Nb:0.02〜0.15%、Al:
0.002〜0.050%、N:0.010〜0.11
0%を含有し、Ni:0.10〜3.00%、Co:
0.10〜5.00%の1種または2種を含有し、ある
いは更にB:0.001〜0.030%を含有し、かつ
上記成分範囲のCr、Ni、CoがCr−4Ni−2C
o≦9の関係式を満足することを特徴とする高温強度な
らびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フェライト系耐熱鋼に
関するものであり、さらに詳しくは高温におけるクリー
プ破断特性および靱性の優れたフェライト系Cr含有ボ
イラ鋼管用鋼に関するものである。
関するものであり、さらに詳しくは高温におけるクリー
プ破断特性および靱性の優れたフェライト系Cr含有ボ
イラ鋼管用鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、火力発電においては熱効率を向上
させる観点から蒸気条件の高温高圧化が進められ、現行
の超臨界圧条件から中間ステップを経て超々臨界圧条件
に引き上げる計画が推進されている。このような発電条
件の動向に伴い、ボイラ管等の材料選択において、耐酸
化性と高温強度の観点から、現在使用されている2 1/4
Cr−Mo鋼では適用が難かしい。一方、オーステナイ
ト系耐熱鋼の適用が考えられるが、コストアップ等の問
題がある。したがって、この二者の間に位置する高強度
高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれている。
させる観点から蒸気条件の高温高圧化が進められ、現行
の超臨界圧条件から中間ステップを経て超々臨界圧条件
に引き上げる計画が推進されている。このような発電条
件の動向に伴い、ボイラ管等の材料選択において、耐酸
化性と高温強度の観点から、現在使用されている2 1/4
Cr−Mo鋼では適用が難かしい。一方、オーステナイ
ト系耐熱鋼の適用が考えられるが、コストアップ等の問
題がある。したがって、この二者の間に位置する高強度
高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれている。
【0003】このような事情に鑑み、クリープ破断強度
が従来材を大幅に上回る新しい鋼種が開発され、提案が
行われている。これまで9Cr−1Mo鋼および9Cr
−2Mo鋼などの高Crフェライト系耐熱鋼が提案され
ているが、これらは何れも上記の超々臨界圧蒸気条件で
はクリープ破断強度の点から適用が難しい。これらの要
求特性を向上させた鋼が開発された。例えば、(Mo+
W)とNb量の関係を定めてクリープ特性と靱性の向上
を図るようにした鋼が、特開昭61−69948号公
報、特開昭61−231139号公報、特開昭62−2
97435号公報、特開昭62−297436号公報に
おいて開示されている。また、クリープ破断強度の向上
に最適範囲のW、Nb添加が有効なことが特開昭63−
89644号公報において開示されている。
が従来材を大幅に上回る新しい鋼種が開発され、提案が
行われている。これまで9Cr−1Mo鋼および9Cr
−2Mo鋼などの高Crフェライト系耐熱鋼が提案され
ているが、これらは何れも上記の超々臨界圧蒸気条件で
はクリープ破断強度の点から適用が難しい。これらの要
求特性を向上させた鋼が開発された。例えば、(Mo+
W)とNb量の関係を定めてクリープ特性と靱性の向上
を図るようにした鋼が、特開昭61−69948号公
報、特開昭61−231139号公報、特開昭62−2
97435号公報、特開昭62−297436号公報に
おいて開示されている。また、クリープ破断強度の向上
に最適範囲のW、Nb添加が有効なことが特開昭63−
89644号公報において開示されている。
【0004】これらの鋼は従来の耐熱鋼にWを添加し、
固溶強化、析出強化によりクリープ破断強度を飛躍的に
高めた鋼であるが、靱性についての配慮に欠けていた。
固溶強化、析出強化によりクリープ破断強度を飛躍的に
高めた鋼であるが、靱性についての配慮に欠けていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のような事情を踏
まえて、本発明は超々臨界圧ボイラ等で使用できるよう
高強度高靱性を有するフェライト系耐熱鋼を提供するこ
とを目的としている。
まえて、本発明は超々臨界圧ボイラ等で使用できるよう
高強度高靱性を有するフェライト系耐熱鋼を提供するこ
とを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために、合金成分の最適化をはかり、MoとWの
添加量を適正化すると同時に、CoおよびNiの積極的
な利用等により、高温強度と靱性の優れたフェライト系
耐熱鋼を提供するものである。すなわち、本発明は重量
%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.01〜
0.80%、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.
00〜13.00%、Mo:0.05〜1.50%、
W:0.10〜4.00%、V:0.05〜0.50
%、Nb:0.02〜0.15%、Al:0.002〜
0.050%、N:0.010〜0.110%を含有
し、P:0.030%以下、S:0.010%以下、
O:0.015%以下に制限し、Ni:0.10〜3.
00%、Co:0.10〜5.00%の1種または2種
を含有し、あるいはさらにB:0.001〜0.030
%を含有し、かつ上記成分範囲のCr、Ni、CoがC
r−4Ni−2Co≦9の関係式を満足することを特徴
とする高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱
鋼を要旨とするものである。
成するために、合金成分の最適化をはかり、MoとWの
添加量を適正化すると同時に、CoおよびNiの積極的
な利用等により、高温強度と靱性の優れたフェライト系
耐熱鋼を提供するものである。すなわち、本発明は重量
%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.01〜
0.80%、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.
00〜13.00%、Mo:0.05〜1.50%、
W:0.10〜4.00%、V:0.05〜0.50
%、Nb:0.02〜0.15%、Al:0.002〜
0.050%、N:0.010〜0.110%を含有
し、P:0.030%以下、S:0.010%以下、
O:0.015%以下に制限し、Ni:0.10〜3.
00%、Co:0.10〜5.00%の1種または2種
を含有し、あるいはさらにB:0.001〜0.030
%を含有し、かつ上記成分範囲のCr、Ni、CoがC
r−4Ni−2Co≦9の関係式を満足することを特徴
とする高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱
鋼を要旨とするものである。
【0007】
【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下同じ)
およびM23C6 型の炭化物として析出し、強度および靱
性に大きな影響を及ぼす。0.01%未満では析出量が
少なく、析出強化に不十分であり、0.15%超では靱
性が低下するともに、炭化物の凝集粗大化が促進され、
高温長時間側のクリープ破断強度を低下させるので、
0.01〜0.15%に限定する。
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下同じ)
およびM23C6 型の炭化物として析出し、強度および靱
性に大きな影響を及ぼす。0.01%未満では析出量が
少なく、析出強化に不十分であり、0.15%超では靱
性が低下するともに、炭化物の凝集粗大化が促進され、
高温長時間側のクリープ破断強度を低下させるので、
0.01〜0.15%に限定する。
【0008】Siは脱酸効果、強度確保および耐酸化性
のために添加されるが、靱性に悪影響を及ぼす元素であ
る。したがって脱酸、強度、耐酸化性の点から下限を
0.01%とし、靱性の点から上限を0.80%とし
た。Mnは脱酸のためのみでなく強度の改善にも必要な
元素であり、最低0.05%以上の添加が必要である。
しかし、過剰な添加は高温強度および靱性を低下させる
ため、上限を1.50%とした。
のために添加されるが、靱性に悪影響を及ぼす元素であ
る。したがって脱酸、強度、耐酸化性の点から下限を
0.01%とし、靱性の点から上限を0.80%とし
た。Mnは脱酸のためのみでなく強度の改善にも必要な
元素であり、最低0.05%以上の添加が必要である。
しかし、過剰な添加は高温強度および靱性を低下させる
ため、上限を1.50%とした。
【0009】Crは高温の耐酸化性を確保する上で必要
不可欠な元素であり、マトリックス中へM23C6 型炭化
物を析出させる効果を有し、高温強度を高める。8.0
0%未満では高温での耐酸化性が不足となり、高温強度
も低下する。一方、13.00%超ではδフェライトの
抑制が難しくなり、強度と靱性の低下が生じるので、C
r量を8.00〜13.00%に限定する。
不可欠な元素であり、マトリックス中へM23C6 型炭化
物を析出させる効果を有し、高温強度を高める。8.0
0%未満では高温での耐酸化性が不足となり、高温強度
も低下する。一方、13.00%超ではδフェライトの
抑制が難しくなり、強度と靱性の低下が生じるので、C
r量を8.00〜13.00%に限定する。
【0010】Moは固溶強化をもたらすと同時に、M23
C6 を安定化させ、高温強度を向上させる。0.05%
未満では効果が小さく、1.50%超ではδフェライト
の生成を促進すると同時に、M6 CとLaves相の析
出および凝集粗大化を促進させるので、0.05〜1.
50%とした。Wは固溶強化とM23C6 の微細析出に寄
与すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高温長
時間側のクリープ破断強度を著しく向上させる。最低
0.10%以上が必要であるが、4.00%を超える
と、δフェライトと粗大なLaves相が生成しやすく
なり、高温強度と靱性を低下させるため、0.10〜
4.00%とした。
C6 を安定化させ、高温強度を向上させる。0.05%
未満では効果が小さく、1.50%超ではδフェライト
の生成を促進すると同時に、M6 CとLaves相の析
出および凝集粗大化を促進させるので、0.05〜1.
50%とした。Wは固溶強化とM23C6 の微細析出に寄
与すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高温長
時間側のクリープ破断強度を著しく向上させる。最低
0.10%以上が必要であるが、4.00%を超える
と、δフェライトと粗大なLaves相が生成しやすく
なり、高温強度と靱性を低下させるため、0.10〜
4.00%とした。
【0011】Vは析出強化元素として微細な炭窒化物を
析出し、高温強度を高める。0.05%未満では効果が
不十分であり、0.50%超ではV(C、N)の粗大化
を招くだけではなく、M23C6 として析出し得るC量を
減少させ、高温強度を低下させるので、0.05〜0.
50%に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、高温
強度を高めるとともに、組織微細化の作用により靱性を
改善するため、最低0.02%が必要である。しかし
0.15%を超えて過剰に添加すると、焼きならし温度
ではマトリックスに完全に固溶しきれず、十分な強化効
果が得られないので、0.02〜0.15%に限定す
る。
析出し、高温強度を高める。0.05%未満では効果が
不十分であり、0.50%超ではV(C、N)の粗大化
を招くだけではなく、M23C6 として析出し得るC量を
減少させ、高温強度を低下させるので、0.05〜0.
50%に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、高温
強度を高めるとともに、組織微細化の作用により靱性を
改善するため、最低0.02%が必要である。しかし
0.15%を超えて過剰に添加すると、焼きならし温度
ではマトリックスに完全に固溶しきれず、十分な強化効
果が得られないので、0.02〜0.15%に限定す
る。
【0012】Alは脱酸材として使われるが、その量は
結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。0.00
2%未満では脱酸剤として不十分であり、0.050%
超ではクリープ破断強度が低下するので、0.002〜
0.050%に限定する。Nは窒化物または炭窒化物を
析出させ、高温強度を高める重要な元素の一つである。
0.010%以上の添加により効果を発揮するが、0.
110%を超えると、窒化物の粗大化と靱性の低下をも
たらすだけではなく、製造上も困難となるため、0.0
10〜0.110%に限定する。
結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。0.00
2%未満では脱酸剤として不十分であり、0.050%
超ではクリープ破断強度が低下するので、0.002〜
0.050%に限定する。Nは窒化物または炭窒化物を
析出させ、高温強度を高める重要な元素の一つである。
0.010%以上の添加により効果を発揮するが、0.
110%を超えると、窒化物の粗大化と靱性の低下をも
たらすだけではなく、製造上も困難となるため、0.0
10〜0.110%に限定する。
【0013】Niはオーステナイト生成元素であり、δ
フェライトの生成を抑制する効果を有し、靱性の改善に
も有効であり、最低0.10%が必要である。しかし、
3.00%超では析出物の凝集粗大化をまねき、長時間
側のクリープ破断強度が低下するため上限を3.00%
とした。Coの積極的な利用は本発明の大きな特徴の一
つである。Coはオーステナイト生成元素であり、δフ
ェライトの生成を抑制すると同時に、析出物を安定化さ
せ、高温強度を高める。0.10%未満では効果が小さ
く、また5.00%超ではコストが高くなり、脆化も起
こりやすくなるので、0.10〜5.00%に限定す
る。
フェライトの生成を抑制する効果を有し、靱性の改善に
も有効であり、最低0.10%が必要である。しかし、
3.00%超では析出物の凝集粗大化をまねき、長時間
側のクリープ破断強度が低下するため上限を3.00%
とした。Coの積極的な利用は本発明の大きな特徴の一
つである。Coはオーステナイト生成元素であり、δフ
ェライトの生成を抑制すると同時に、析出物を安定化さ
せ、高温強度を高める。0.10%未満では効果が小さ
く、また5.00%超ではコストが高くなり、脆化も起
こりやすくなるので、0.10〜5.00%に限定す
る。
【0014】Bは粒界強化およびM23(C、B)6 など
として析出強化をもたらすため、高温強度を向上する。
0.001%未満では効果が不十分であり、また0.0
30%超では粗大なB含有相を生じさせ、脆化を起こす
ため、0.001〜0.030%と限定する。Pは焼き
戻し脆化および再熱割れ感受性に悪影響を及ぼすため上
限を0.03%とする。
として析出強化をもたらすため、高温強度を向上する。
0.001%未満では効果が不十分であり、また0.0
30%超では粗大なB含有相を生じさせ、脆化を起こす
ため、0.001〜0.030%と限定する。Pは焼き
戻し脆化および再熱割れ感受性に悪影響を及ぼすため上
限を0.03%とする。
【0015】Sは靱性劣化、異方性および再熱割れ感受
性の増大の原因となるので上限を0.010%とした。
Oは靱性に悪影響を及ぼす酸化物の生成の原因となるの
で、上限を0.015%とした。さらに、本発明に従
い、クリープ破断強度ならびに靱性の改善のため、δフ
ェライトが存在しないマルテンサイト単相組織とするた
めにCr、Ni、Co量の適正バランスを規定する。本
発明者らは上記成分範囲内のCr、Ni、Coが Cr−4Ni−2Co≦9 を満足すればδフェライトの生成を抑制してクリープ破
断強度ならびに靱性を改善できることを見出した。
性の増大の原因となるので上限を0.010%とした。
Oは靱性に悪影響を及ぼす酸化物の生成の原因となるの
で、上限を0.015%とした。さらに、本発明に従
い、クリープ破断強度ならびに靱性の改善のため、δフ
ェライトが存在しないマルテンサイト単相組織とするた
めにCr、Ni、Co量の適正バランスを規定する。本
発明者らは上記成分範囲内のCr、Ni、Coが Cr−4Ni−2Co≦9 を満足すればδフェライトの生成を抑制してクリープ破
断強度ならびに靱性を改善できることを見出した。
【0016】尚、本発明は高クリープ破断強度を有する
耐熱鋼を提供するものであるので、本発明鋼は使用目的
に応じて種々の製造方法、および熱処理を施すことが可
能であり、このことは本発明の効果を何等妨げるもので
はない。本発明鋼は鋼管のみならず、厚板および薄板の
形で提供することも可能であり、熱間圧延まま、もしく
は必要とされる熱処理を施した板を用いて種々の耐熱材
料の形状で使用することが可能であって、このことは本
発明の効果に何等影響を与えない。
耐熱鋼を提供するものであるので、本発明鋼は使用目的
に応じて種々の製造方法、および熱処理を施すことが可
能であり、このことは本発明の効果を何等妨げるもので
はない。本発明鋼は鋼管のみならず、厚板および薄板の
形で提供することも可能であり、熱間圧延まま、もしく
は必要とされる熱処理を施した板を用いて種々の耐熱材
料の形状で使用することが可能であって、このことは本
発明の効果に何等影響を与えない。
【0017】以上の鋼管、板、各種形状の耐熱部材には
それぞれ目的、用途に応じて各種熱処理を施すことが可
能であって、このことは本発明の効果を十分に発揮する
上で重要である。通常は焼準+焼き戻し工程を経て製品
とする場合が多いが、これに加えて焼き入れ、焼き戻
し、焼準工程を単独であるいは併用して施すことが可能
であり、また有用である。材料特性の十分な発現に必要
な範囲で、以上の工程はおのおのの工程を複数回繰り返
して適用することもまた可能であって、このことは本発
明の効果に何等影響を与えるものではない。
それぞれ目的、用途に応じて各種熱処理を施すことが可
能であって、このことは本発明の効果を十分に発揮する
上で重要である。通常は焼準+焼き戻し工程を経て製品
とする場合が多いが、これに加えて焼き入れ、焼き戻
し、焼準工程を単独であるいは併用して施すことが可能
であり、また有用である。材料特性の十分な発現に必要
な範囲で、以上の工程はおのおのの工程を複数回繰り返
して適用することもまた可能であって、このことは本発
明の効果に何等影響を与えるものではない。
【0018】以上の工程を適宜選択して、本発明鋼の製
造プロセスに適用すればよい。
造プロセスに適用すればよい。
【0019】
【実施例】表1に示す化学組成を有する本発明鋼(N
o.1〜7)と比較鋼(No.8〜11)を真空誘導溶
解炉にて各20kgのインゴット溶製し、熱延によって厚
さ15mmの板とした後、1070℃×60分の焼なら
し、780℃×60分の焼もどしを施した後、600℃
で200MPaと650℃で150MPaの2条件のク
リープ破断試験、600℃で3000時間時効後の0℃
におけるシャルピー衝撃試験を実施した。その結果を表
2に示す。表2から明らかなように、本発明鋼は何れの
条件においてもクリープ破断時間が比較鋼の2倍〜3倍
以上であり、かつ600℃で3000時間時効後のシャ
ルピー吸収エネルギーが比較鋼と同等か、もしくはそれ
以上であり、従来鋼より高い温度で使用できるものと考
えられる。
o.1〜7)と比較鋼(No.8〜11)を真空誘導溶
解炉にて各20kgのインゴット溶製し、熱延によって厚
さ15mmの板とした後、1070℃×60分の焼なら
し、780℃×60分の焼もどしを施した後、600℃
で200MPaと650℃で150MPaの2条件のク
リープ破断試験、600℃で3000時間時効後の0℃
におけるシャルピー衝撃試験を実施した。その結果を表
2に示す。表2から明らかなように、本発明鋼は何れの
条件においてもクリープ破断時間が比較鋼の2倍〜3倍
以上であり、かつ600℃で3000時間時効後のシャ
ルピー吸収エネルギーが比較鋼と同等か、もしくはそれ
以上であり、従来鋼より高い温度で使用できるものと考
えられる。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】以上の如く本発明鋼は従来のフェライト
系耐熱鋼に比べ、装置の高温化、高圧化に対応できる高
温強度の増大を達成した鋼であり、靱性等実用上の特性
も優れており、超々臨界圧火力発電、原子力発電等多く
の分野への適用ができ、産業界に貢献するところが極め
て大きい。
系耐熱鋼に比べ、装置の高温化、高圧化に対応できる高
温強度の増大を達成した鋼であり、靱性等実用上の特性
も優れており、超々臨界圧火力発電、原子力発電等多く
の分野への適用ができ、産業界に貢献するところが極め
て大きい。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で C :0.01〜0.15%、 Si:0.01〜0.80%、 Mn:0.05〜1.50%、 Cr:8.00〜13.00%、 Mo:0.05〜1.50%、 W :0.10〜4.00%、 V :0.05〜0.50%、 Nb:0.02〜0.15%、 Al:0.002〜0.050%、 N :0.010〜0.110% を含有し、さらに Ni:0.10〜3.00%、 Co:0.10〜5.00% の1種または2種を含有し、 P :0.030%以下、 S :0.010%以下、 O :0.015%以下 に制限し、残部がFeおよび不可避の不純物よりなり、
かつ上記成分範囲のCr、Ni、Coが Cr−4Ni−2Co≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。 - 【請求項2】 重量%で C :0.01〜0.15%、 Si:0.01〜0.80%、 Mn:0.05〜1.50%、 Cr:8.00〜13.00%、 Mo:0.05〜1.50%、 W :0.10〜4.00%、 V :0.05〜0.50%、 Nb:0.02〜0.15%、 Al:0.002〜0.050%、 N :0.010〜0.110% を含有し、さらに B :0.001〜0.030% かつ Ni:0.10〜3.00%、 Co:0.10〜5.00% の1種または2種を含有し、 P :0.030%以下、 S :0.010%以下、 O :0.015%以下 に制限し、残部がFeおよび不可避の不純物よりなり、
かつ上記成分範囲のCr、Ni、Coが Cr−4Ni−2Co≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6395692A JPH05263196A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6395692A JPH05263196A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05263196A true JPH05263196A (ja) | 1993-10-12 |
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JP (1) | JPH05263196A (ja) |
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- 1992-03-19 JP JP6395692A patent/JPH05263196A/ja active Pending
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