JPH08195133A - Nb3Sn超電導線材の製造方法 - Google Patents
Nb3Sn超電導線材の製造方法Info
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- JPH08195133A JPH08195133A JP7004340A JP434095A JPH08195133A JP H08195133 A JPH08195133 A JP H08195133A JP 7004340 A JP7004340 A JP 7004340A JP 434095 A JP434095 A JP 434095A JP H08195133 A JPH08195133 A JP H08195133A
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- Japan
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- wire
- outer diameter
- pipe
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Nb3 Sn超電導線材を製造する方法の提
供。 【構成】 Cu−Sn基合金中にNb基体を配して線
材とした後、熱処理によりCu−Sn基合金とNb基体
の界面にNb3 Sn金属間化合物を生成させて得られる
Nb3 Sn超電導線材の製造において、Nbまたは0.
1〜15重量%のTaを含有するNb基体と、0.01
〜1重量%のTiを含有するCu−5〜15重量%Sn
基合金の間に中間層として0.03〜4重量%のHf、
Zr、Al、Mg、Ga、In、Geまたはこれらの複
合物を有するCu基体を配することを特徴とするNb3
Sn超電導線材の製造方法。 【効果】 極細多芯線への加工も容易で、超電導特性
の優れたNb3 Sn超電導線材が得られる。
供。 【構成】 Cu−Sn基合金中にNb基体を配して線
材とした後、熱処理によりCu−Sn基合金とNb基体
の界面にNb3 Sn金属間化合物を生成させて得られる
Nb3 Sn超電導線材の製造において、Nbまたは0.
1〜15重量%のTaを含有するNb基体と、0.01
〜1重量%のTiを含有するCu−5〜15重量%Sn
基合金の間に中間層として0.03〜4重量%のHf、
Zr、Al、Mg、Ga、In、Geまたはこれらの複
合物を有するCu基体を配することを特徴とするNb3
Sn超電導線材の製造方法。 【効果】 極細多芯線への加工も容易で、超電導特性
の優れたNb3 Sn超電導線材が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強磁場発生装置に使用
するNb3 Sn超電導線材の製造方法に関する。
するNb3 Sn超電導線材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、実用に供されている強磁場発生装
置に使用するNb3 Sn超電導線材の製造には、主とし
てブロンズ法と呼ばれる方法が採用されている。この方
法は、Cu−Sn合金体とNbを組み合わせた複合体を
減面加工し、最終形状まで加工した後熱処理によってN
bとCu−Sn合金の界面にNb3 Snを形成させるも
のである。
置に使用するNb3 Sn超電導線材の製造には、主とし
てブロンズ法と呼ばれる方法が採用されている。この方
法は、Cu−Sn合金体とNbを組み合わせた複合体を
減面加工し、最終形状まで加工した後熱処理によってN
bとCu−Sn合金の界面にNb3 Snを形成させるも
のである。
【0003】当初は、純NbとCu−Sn2元合金を用
いてNb3 Sn線材を製造していたが、この材料構成の
場合、10Tを超える磁場では臨界電流が急速に低下す
る欠点を有していた。これを改善するために、Nb体ま
たはCu−Sn合金に第3金属元素を添加する方法が開
発された。ここで用いられる金属元素を例示すると、N
b体にはTi、Zr、Hf、Ta、Si、Geの添加、
そしてCu−Sn基体はCu−Sn2元合金またはさら
にこれにGaまたはAl、あるいはTi、Zr、Hf、
Geの添加が知られている(特公昭55−29528号
公報、特公昭60−422号公報、特公昭60−423
号公報、特願昭58−23110号(特開昭59−14
8435号公報)、特開平3−281751号公報)。
また、NbにTaを添加してNb3 Snを生成すること
も知られている(Advances in Cryog
enic Engineering,第26巻(198
0年)第442ページ)。これらを実用に供する場合、
ほとんどの元素の添加はNb体、Cu−Sn合金の一方
に行なわれるにとどまっていた。
いてNb3 Sn線材を製造していたが、この材料構成の
場合、10Tを超える磁場では臨界電流が急速に低下す
る欠点を有していた。これを改善するために、Nb体ま
たはCu−Sn合金に第3金属元素を添加する方法が開
発された。ここで用いられる金属元素を例示すると、N
b体にはTi、Zr、Hf、Ta、Si、Geの添加、
そしてCu−Sn基体はCu−Sn2元合金またはさら
にこれにGaまたはAl、あるいはTi、Zr、Hf、
Geの添加が知られている(特公昭55−29528号
公報、特公昭60−422号公報、特公昭60−423
号公報、特願昭58−23110号(特開昭59−14
8435号公報)、特開平3−281751号公報)。
また、NbにTaを添加してNb3 Snを生成すること
も知られている(Advances in Cryog
enic Engineering,第26巻(198
0年)第442ページ)。これらを実用に供する場合、
ほとんどの元素の添加はNb体、Cu−Sn合金の一方
に行なわれるにとどまっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、さらに高磁場で
の臨界電流特性の改善を目的に複数元素を同時に添加す
ることがなされてきた。これら複数元素の添加方法の一
例としては、Nb体にはTaを、Cu−Sn合金にはT
i、Al、Gaを添加した事例がある(特公昭61−5
0135号公報)。 このようなNb体とCu−Sn合
金への同時の第3元素の添加は、Nb体またはCu−S
n合金の一方にだけの添加では特性改善の限界があった
ため行なわれたものであるが、その限界を決める理由と
は、Nb、Cu−Sn合金へ第3元素を添加すると、素
材を線材にする加工性の劣化を生じるため、十分な特性
を得るだけの添加量が確保できなかったからである。そ
して、大型核融合炉等の要請には、未だ満足する程度の
超電導特性を確保できる特性を示す材料は得られていな
い。
の臨界電流特性の改善を目的に複数元素を同時に添加す
ることがなされてきた。これら複数元素の添加方法の一
例としては、Nb体にはTaを、Cu−Sn合金にはT
i、Al、Gaを添加した事例がある(特公昭61−5
0135号公報)。 このようなNb体とCu−Sn合
金への同時の第3元素の添加は、Nb体またはCu−S
n合金の一方にだけの添加では特性改善の限界があった
ため行なわれたものであるが、その限界を決める理由と
は、Nb、Cu−Sn合金へ第3元素を添加すると、素
材を線材にする加工性の劣化を生じるため、十分な特性
を得るだけの添加量が確保できなかったからである。そ
して、大型核融合炉等の要請には、未だ満足する程度の
超電導特性を確保できる特性を示す材料は得られていな
い。
【0005】すなわち、さらなる超電導特性の改善のた
めに2種以上の元素添加を行なうと両者ともに著しく加
工性が劣化する欠点があった。そして、この加工性の劣
化により添加元素の種類が制限されていた。本発明は、
前記従来技術における問題点を解消し、強磁場中での特
性を改善されたNb3 Sn超電導線材の製造方法、具体
的には、線材製造における極細多芯線への加工も容易
で、超電導特性の優れたNb3 Sn超電導線材の製造方
法を提供することを目的としている。
めに2種以上の元素添加を行なうと両者ともに著しく加
工性が劣化する欠点があった。そして、この加工性の劣
化により添加元素の種類が制限されていた。本発明は、
前記従来技術における問題点を解消し、強磁場中での特
性を改善されたNb3 Sn超電導線材の製造方法、具体
的には、線材製造における極細多芯線への加工も容易
で、超電導特性の優れたNb3 Sn超電導線材の製造方
法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】上記目的を達成するた
め、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、Nb、Cu−
Sn合金へ第3元素を添加するにあたり、両者の中間層
として前記第3元素を含むCu基体を介在させて線材と
した後、熱処理することが効果的であることを知見し、
本発明を完成するに至った。前記知見に基づいてなされ
た本発明は、Cu−Sn基合金中にNb基体を配して線
材とした後、熱処理によりCu−Sn基合金とNb基体
の界面にNb3 Sn金属間化合物を生成させて得られる
Nb3 Sn超電導線材の製造において、Nbまたは0.
1〜15重量%のTaを含有するNb基体と、0.01
〜1重量%のTiを含有するCu−5〜15重量%Sn
基合金の間に中間層として0.03〜4重量%のHf、
Zr、Al、Mg、Ga、In、Geまたはこれらの複
合物を有するCu基体を配することを特徴とするNb3
Sn超電導線材の製造方法を要旨としている。
め、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、Nb、Cu−
Sn合金へ第3元素を添加するにあたり、両者の中間層
として前記第3元素を含むCu基体を介在させて線材と
した後、熱処理することが効果的であることを知見し、
本発明を完成するに至った。前記知見に基づいてなされ
た本発明は、Cu−Sn基合金中にNb基体を配して線
材とした後、熱処理によりCu−Sn基合金とNb基体
の界面にNb3 Sn金属間化合物を生成させて得られる
Nb3 Sn超電導線材の製造において、Nbまたは0.
1〜15重量%のTaを含有するNb基体と、0.01
〜1重量%のTiを含有するCu−5〜15重量%Sn
基合金の間に中間層として0.03〜4重量%のHf、
Zr、Al、Mg、Ga、In、Geまたはこれらの複
合物を有するCu基体を配することを特徴とするNb3
Sn超電導線材の製造方法を要旨としている。
【0007】
【作用】本発明の構成と作用を説明する。本発明製造方
法に係る超電導線材素材の、化学成分組成範囲限定理由
を以下に説明する。 Nb体中に含ませるTa量:本発明製造方法で用いるN
b基体中に含ませるTa量は0.1〜15重量%の範囲
内であることが必要である。Ta量が0.1重量%より
少ないと添加効果がなく、15重量%を超えると超電導
特性が劣化するほか、Nb基体の線材への加工性も悪く
なる。特に好ましい範囲は1〜7重量%である。
法に係る超電導線材素材の、化学成分組成範囲限定理由
を以下に説明する。 Nb体中に含ませるTa量:本発明製造方法で用いるN
b基体中に含ませるTa量は0.1〜15重量%の範囲
内であることが必要である。Ta量が0.1重量%より
少ないと添加効果がなく、15重量%を超えると超電導
特性が劣化するほか、Nb基体の線材への加工性も悪く
なる。特に好ましい範囲は1〜7重量%である。
【0008】Cu−Sn合金中に含ませるSn量、Ti
量:本発明製造方法で用いるCu−Sn合金中に含ませ
るSn量は5〜15重量%の範囲内であることが必要で
ある。Sn量が5重量%より少ないと、熱処理によるN
b3 Snの生成が極めて遅くなるとともに超電導特性も
著しく低くなる。また、15重量%を超えるとCu−S
n合金の加工性が著しく悪くなり線材化が出来なくな
る。特に好ましい範囲は12〜14重量%である。ま
た、Cu−Sn合金中に含ませるTi量は0.01〜1
重量%の範囲内であることが必要である。0.01重量
%より少ないと添加効果がなく、1重量%を超えるとC
u−Sn合金の線材への加工性の劣化が顕著になるとと
もに、超電導特性にも悪影響を与える。Tiの特に好ま
しい含有量範囲は0.1〜0.5重量%である。
量:本発明製造方法で用いるCu−Sn合金中に含ませ
るSn量は5〜15重量%の範囲内であることが必要で
ある。Sn量が5重量%より少ないと、熱処理によるN
b3 Snの生成が極めて遅くなるとともに超電導特性も
著しく低くなる。また、15重量%を超えるとCu−S
n合金の加工性が著しく悪くなり線材化が出来なくな
る。特に好ましい範囲は12〜14重量%である。ま
た、Cu−Sn合金中に含ませるTi量は0.01〜1
重量%の範囲内であることが必要である。0.01重量
%より少ないと添加効果がなく、1重量%を超えるとC
u−Sn合金の線材への加工性の劣化が顕著になるとと
もに、超電導特性にも悪影響を与える。Tiの特に好ま
しい含有量範囲は0.1〜0.5重量%である。
【0009】Cu基体中に含ませるHf、Zr、Al、
Mg、Ga、In、Ge量:本発明製造方法で用いるC
u基体中に含ませるHf、Zr、Al、Mg、Ga、I
n、Ge量は0.01〜4重量%の範囲内であることが
必要である。これらの量の下限より少ないと添加効果が
なく、上限を超えるとCu−Sn合金の線材への加工性
の劣化が顕著になるとともに、超電導特性にも悪影響を
与える。これら成分の特に好ましい含有量範囲は0.1
〜1重量%である。
Mg、Ga、In、Ge量:本発明製造方法で用いるC
u基体中に含ませるHf、Zr、Al、Mg、Ga、I
n、Ge量は0.01〜4重量%の範囲内であることが
必要である。これらの量の下限より少ないと添加効果が
なく、上限を超えるとCu−Sn合金の線材への加工性
の劣化が顕著になるとともに、超電導特性にも悪影響を
与える。これら成分の特に好ましい含有量範囲は0.1
〜1重量%である。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を説明するが、これによって
本発明はなんら限定されるものではない。 実施例1 外径7mm、内径3.2mmのCu−13%Sn−0.
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−1%Mgパイプを挿入し、さらにxの値を色々に
変更した外径2.8mmのNb−x%Ta合金棒を組み
込み、これらの複合体を溝ロールおよび線引加工により
外径0.5mmに加工した。これらの線材をArガス雰
囲気中で700℃×100h熱処理を行なった。熱処理
後の線材の臨界電流Icを12Tの外部磁場中で通電法
で測定した。また、比較材として外径7mm、内径2.
8mmのCu−13%Snパイプに、外径2.8mmの
Nb−5%Ta合金棒を組み込んだ複合体と、外径7m
m、内径2.8mmのCu−13%Sn−0.2%Ti
パイプに、外径2.8mmのNb−5%Ta合金棒を組
み込んだ複合体を作製し、前記と同一の方法で線材化お
よび熱処理を施したのち、これらの臨界電流Icを12
Tの外部磁場中で通電法で測定した。本発明方法で製造
したNb−x%Ta/Cu−1%Mg/Cu−13%S
n−0.2%Ti線材の結果を表1に、本発明方法と同
一の方法で調整した比較材の結果を表2に示した。
本発明はなんら限定されるものではない。 実施例1 外径7mm、内径3.2mmのCu−13%Sn−0.
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−1%Mgパイプを挿入し、さらにxの値を色々に
変更した外径2.8mmのNb−x%Ta合金棒を組み
込み、これらの複合体を溝ロールおよび線引加工により
外径0.5mmに加工した。これらの線材をArガス雰
囲気中で700℃×100h熱処理を行なった。熱処理
後の線材の臨界電流Icを12Tの外部磁場中で通電法
で測定した。また、比較材として外径7mm、内径2.
8mmのCu−13%Snパイプに、外径2.8mmの
Nb−5%Ta合金棒を組み込んだ複合体と、外径7m
m、内径2.8mmのCu−13%Sn−0.2%Ti
パイプに、外径2.8mmのNb−5%Ta合金棒を組
み込んだ複合体を作製し、前記と同一の方法で線材化お
よび熱処理を施したのち、これらの臨界電流Icを12
Tの外部磁場中で通電法で測定した。本発明方法で製造
したNb−x%Ta/Cu−1%Mg/Cu−13%S
n−0.2%Ti線材の結果を表1に、本発明方法と同
一の方法で調整した比較材の結果を表2に示した。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】これら表1、表2のデータから、比較材に
比べ本発明で得られた超電導線材の臨界電流Icが格段
に優れていることは明白である。
比べ本発明で得られた超電導線材の臨界電流Icが格段
に優れていることは明白である。
【0014】実施例2 外径7mm、内径3.2mmのCu−13%Sn−0.
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−y%Mg(y=0.00、0.05、0.45、
0.91、4.73)パイプを挿入し、さらに外径2.
8mmのNb−1%Ta合金棒を組み込み、これらの複
合体を溝ロールおよび線引加工により外径0.5mmに
加工した。伸線した線材のうち、y=4.73の線材は
外径1.3mmで断線した。最終径まで伸線できた線材
を、Arガス雰囲気中で700℃×100h熱処理を行
なった。熱処理後の線材の臨界電流Icを12Tの外部
磁場中で通電法で測定した。本発明方法で製造したNb
−1%Ta/Cu−y%Mg/Cu−13%Sn−0.
2%Ti線材の結果を表3に示した。
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−y%Mg(y=0.00、0.05、0.45、
0.91、4.73)パイプを挿入し、さらに外径2.
8mmのNb−1%Ta合金棒を組み込み、これらの複
合体を溝ロールおよび線引加工により外径0.5mmに
加工した。伸線した線材のうち、y=4.73の線材は
外径1.3mmで断線した。最終径まで伸線できた線材
を、Arガス雰囲気中で700℃×100h熱処理を行
なった。熱処理後の線材の臨界電流Icを12Tの外部
磁場中で通電法で測定した。本発明方法で製造したNb
−1%Ta/Cu−y%Mg/Cu−13%Sn−0.
2%Ti線材の結果を表3に示した。
【0015】
【表3】
【0016】表3から、比較材に比べ、本発明で得られ
た超電導線材の臨界電流Icが格段に優れていることは
明白である。
た超電導線材の臨界電流Icが格段に優れていることは
明白である。
【0017】実施例3 外径7mm、内径3.2mmのCu−13%Sn−0.
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−1%M(M=Hf、Zr、Al、Mg、Ga、I
n、Ge、Zn、Ta、Si、Mn、P)パイプを挿入
し、さらに外径2.8mmのNb−1%Ta合金棒を組
み込み、これらの複合体を溝ロールおよび線引加工によ
り外径0.5mmに加工した。これらの線材をArガス
雰囲気中で700℃×100h熱処理を行なった。熱処
理後の線材の臨界電流Icを12Tの外部磁場中で通電
法で測定した。本発明方法で製造したNb−1%Ta/
Cu−1%M/Cu−13%Sn−0.2%Ti線材の
結果を表4に示した。
2%Tiパイプに、外径3.2mm、内径2.8mmの
Cu−1%M(M=Hf、Zr、Al、Mg、Ga、I
n、Ge、Zn、Ta、Si、Mn、P)パイプを挿入
し、さらに外径2.8mmのNb−1%Ta合金棒を組
み込み、これらの複合体を溝ロールおよび線引加工によ
り外径0.5mmに加工した。これらの線材をArガス
雰囲気中で700℃×100h熱処理を行なった。熱処
理後の線材の臨界電流Icを12Tの外部磁場中で通電
法で測定した。本発明方法で製造したNb−1%Ta/
Cu−1%M/Cu−13%Sn−0.2%Ti線材の
結果を表4に示した。
【0018】
【表4】
【0019】表4から、比較材に比べ、本発明で得られ
た超電導線材の臨界電流Icが格段に優れていることは
明白である。
た超電導線材の臨界電流Icが格段に優れていることは
明白である。
【0020】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるから、極細多芯線への加工も容易で、超電導特性の
優れたNb3 Sn超電導線材を製造することが可能とな
り、産業上極めて有用である。
いるから、極細多芯線への加工も容易で、超電導特性の
優れたNb3 Sn超電導線材を製造することが可能とな
り、産業上極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枩倉 功和 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 千葉 政道 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 嶋田 雅生 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】 Cu−Sn基合金中にNb基体を配して
線材とした後、熱処理によりCu−Sn基合金とNb基
体の界面にNb3 Sn金属間化合物を生成させて得られ
るNb3 Sn超電導線材の製造において、Nbまたは
0.1〜15重量%のTaを含有するNb基体と、0.
01〜1重量%のTiを含有するCu−5〜15重量%
Sn基合金の間に中間層として0.03〜4重量%のH
f、Zr、Al、Mg、Ga、In、Geまたはこれら
の複合物を有するCu基体を配することを特徴とするN
b3 Sn超電導線材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7004340A JPH08195133A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | Nb3Sn超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7004340A JPH08195133A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | Nb3Sn超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08195133A true JPH08195133A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=11581714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7004340A Withdrawn JPH08195133A (ja) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | Nb3Sn超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08195133A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100596998B1 (ko) * | 2004-09-16 | 2006-07-06 | 케이. 에이. 티. (주) | Nb3Sn 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법 |
CN107723503A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-23 | 西安理工大学 | 一种电脉冲辅助制备高固溶度铜锡钛合金的方法 |
CN107794405A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-03-13 | 西安理工大学 | 一种细晶粒铜锡合金及其制备方法 |
CN115287558A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-04 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种通过施加电流缩短Nb3Sn线材热处理周期的方法 |
-
1995
- 1995-01-13 JP JP7004340A patent/JPH08195133A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100596998B1 (ko) * | 2004-09-16 | 2006-07-06 | 케이. 에이. 티. (주) | Nb3Sn 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법 |
CN107723503A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-23 | 西安理工大学 | 一种电脉冲辅助制备高固溶度铜锡钛合金的方法 |
CN107723503B (zh) * | 2017-09-14 | 2019-06-18 | 西安理工大学 | 一种电脉冲辅助制备高固溶度铜锡钛合金的方法 |
CN107794405A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-03-13 | 西安理工大学 | 一种细晶粒铜锡合金及其制备方法 |
CN115287558A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-04 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种通过施加电流缩短Nb3Sn线材热处理周期的方法 |
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