JPH09196243A - 耐震性に優れた鋼管 - Google Patents
耐震性に優れた鋼管Info
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- JPH09196243A JPH09196243A JP746096A JP746096A JPH09196243A JP H09196243 A JPH09196243 A JP H09196243A JP 746096 A JP746096 A JP 746096A JP 746096 A JP746096 A JP 746096A JP H09196243 A JPH09196243 A JP H09196243A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大地震の際に軸方向に作用する引張・圧縮応力
に対して、大径薄肉でも局部座屈を起こしにくく、脆性
的な破断が発生し難い耐震性に優れた鋼管を提供するこ
と。 【解決手段】軸方向の引張試験により得られる公称応力
−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が５
％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひずみ
の勾配が正となるようにすることにより、耐震性に優れ
た鋼管が得られる。
に対して、大径薄肉でも局部座屈を起こしにくく、脆性
的な破断が発生し難い耐震性に優れた鋼管を提供するこ
と。 【解決手段】軸方向の引張試験により得られる公称応力
−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が５
％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひずみ
の勾配が正となるようにすることにより、耐震性に優れ
た鋼管が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスパイプライ
ン、水道配管、鋼管柱、橋脚などに使用される地震時の
耐座屈性に優れた鋼管に関する。
ン、水道配管、鋼管柱、橋脚などに使用される地震時の
耐座屈性に優れた鋼管に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、継目無鋼
管、電縫鋼管、プレスベンド鋼管などの炭素鋼鋼管ある
いは低合金鋼鋼管は、大量にかつ安定して製造できるた
め、その優れた経済性や溶接施工性とあいまって、ガス
パイプラインや水道配管など流体輸送用配管あるいは建
築・土木用の柱として広く用いられている。
管、電縫鋼管、プレスベンド鋼管などの炭素鋼鋼管ある
いは低合金鋼鋼管は、大量にかつ安定して製造できるた
め、その優れた経済性や溶接施工性とあいまって、ガス
パイプラインや水道配管など流体輸送用配管あるいは建
築・土木用の柱として広く用いられている。
【０００３】しかしながら、大地震が発生した場合、こ
れら鋼管の長手方向には引張および圧縮の大きな力が繰
り返し加わるので、外径／管厚比がある程度大きな鋼管
では、局部座屈を起こし、場合によっては円周方向の亀
裂の発生や破断に至ることがある。
れら鋼管の長手方向には引張および圧縮の大きな力が繰
り返し加わるので、外径／管厚比がある程度大きな鋼管
では、局部座屈を起こし、場合によっては円周方向の亀
裂の発生や破断に至ることがある。
【０００４】これまで建築用の鋼管としては、例えば特
開平３−１７３７１９号、特開平５−６５５３５号、特
開平５−１１７７４６号、特開平５−１１７７４７号、
特開平５−１５６３５７号、特開平６−４９５４０号、
特開平６−４９５４１号、特開平６−１２８６４１号、
特開平６−２６４１４３号、特開平６−２６４１４４号
の各公報に開示されているように、耐震性能として降伏
応力と引張強さの比である降伏比を小さくしたものが提
案されているが、これらはいずれも柱の曲げ応力に対す
る塑性変形吸収能に関するもので、圧縮の軸力に対する
局部座屈と局部座屈発生後の引張による脆性亀裂の発生
を防ぐための検討はこれまで行われていない。
開平３−１７３７１９号、特開平５−６５５３５号、特
開平５−１１７７４６号、特開平５−１１７７４７号、
特開平５−１５６３５７号、特開平６−４９５４０号、
特開平６−４９５４１号、特開平６−１２８６４１号、
特開平６−２６４１４３号、特開平６−２６４１４４号
の各公報に開示されているように、耐震性能として降伏
応力と引張強さの比である降伏比を小さくしたものが提
案されているが、これらはいずれも柱の曲げ応力に対す
る塑性変形吸収能に関するもので、圧縮の軸力に対する
局部座屈と局部座屈発生後の引張による脆性亀裂の発生
を防ぐための検討はこれまで行われていない。
【０００５】また、ガスなどの流体輸送用ラインパイプ
では、延性破壊や脆性破壊など円周方向に力が作用する
内圧に対する抵抗力は検討されてきたが、軸方向の外力
に対しては敷設時の曲げ変形以外はほとんど考慮されて
いない。
では、延性破壊や脆性破壊など円周方向に力が作用する
内圧に対する抵抗力は検討されてきたが、軸方向の外力
に対しては敷設時の曲げ変形以外はほとんど考慮されて
いない。
【０００６】一方、軸方向圧縮力に対する鋼管の座屈挙
動はこれまでにも種々検討されており、例えば、鈴木、
木場「繰り返し軸方向変形に対する埋設鋼管の非弾性座
屈強度」土木学会、構造工学論文集Ｖｏｌ．３５Ａ（１
９８９年３月）１３５１〜１３５８頁には、外径／管厚
比が２２．６と３５．０では座屈歪が３％以上である
が、外径／管厚比を５５．４と大きくすると１％未満と
極めて小さな歪量で座屈することが示されている。
動はこれまでにも種々検討されており、例えば、鈴木、
木場「繰り返し軸方向変形に対する埋設鋼管の非弾性座
屈強度」土木学会、構造工学論文集Ｖｏｌ．３５Ａ（１
９８９年３月）１３５１〜１３５８頁には、外径／管厚
比が２２．６と３５．０では座屈歪が３％以上である
が、外径／管厚比を５５．４と大きくすると１％未満と
極めて小さな歪量で座屈することが示されている。
【０００７】しかしながら、鋼管の材質面からこの座屈
挙動を検討したものは見当たらず、特に外径／管厚比が
例えば６０と大きな場合に座屈歪が１％以上となるよう
な鋼管は未だ開発されていない。
挙動を検討したものは見当たらず、特に外径／管厚比が
例えば６０と大きな場合に座屈歪が１％以上となるよう
な鋼管は未だ開発されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、大地震の際に軸方向に作
用する圧縮応力に対して、大径薄肉でも局部座屈を起こ
しにくく、ガスパイプライン、水道配管、ビルの柱、高
速道路の橋脚などに好適な耐震性に優れた鋼管を提供す
ることを目的とする。
鑑みてなされたものであって、大地震の際に軸方向に作
用する圧縮応力に対して、大径薄肉でも局部座屈を起こ
しにくく、ガスパイプライン、水道配管、ビルの柱、高
速道路の橋脚などに好適な耐震性に優れた鋼管を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、軸方向の引張試験により得られる公称応
力−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が
５％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひず
みの勾配が正となることを特徴とする耐震性に優れた鋼
管を提供する。
決するために、軸方向の引張試験により得られる公称応
力−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が
５％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひず
みの勾配が正となることを特徴とする耐震性に優れた鋼
管を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】鋼管の軸方向に働く圧縮力に対す
る耐座屈性を評価するために、材質と外径／管厚比が種
々異なる鋼管について、図１に示す試験機と試験体を用
いて実管圧縮試験ならびに各種材質調査試験を行い、鋼
管の材質的な特性と局部座屈発生挙動との相関を調査し
た。
る耐座屈性を評価するために、材質と外径／管厚比が種
々異なる鋼管について、図１に示す試験機と試験体を用
いて実管圧縮試験ならびに各種材質調査試験を行い、鋼
管の材質的な特性と局部座屈発生挙動との相関を調査し
た。
【００１１】その結果、公称歪量で１％の圧縮試験にお
ける局部座屈の発生の有無は、鋼管の軸方向の引張特性
と以下のような相関があることを見出した。すなわち、
試験片長手方向を鋼管の軸方向に一致させて採取した引
張試験片を用いて引張試験を行い、得られた公称応力−
公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が５％
までのいずれの歪量においても、公称応力／公称歪の勾
配が正となる鋼管は、図２に示すとおり、勾配が０また
は負となる鋼管に比較して局部座屈を起こす限界の外径
／管厚比が著しく大きく、局部座屈を起こしにくい。
ける局部座屈の発生の有無は、鋼管の軸方向の引張特性
と以下のような相関があることを見出した。すなわち、
試験片長手方向を鋼管の軸方向に一致させて採取した引
張試験片を用いて引張試験を行い、得られた公称応力−
公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が５％
までのいずれの歪量においても、公称応力／公称歪の勾
配が正となる鋼管は、図２に示すとおり、勾配が０また
は負となる鋼管に比較して局部座屈を起こす限界の外径
／管厚比が著しく大きく、局部座屈を起こしにくい。
【００１２】なお、勾配が負の場合、０の場合、正の場
合の公称応力−公称歪曲線の形状を模式的に図３の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。ここで勾配が
負の場合とは、図３の（ａ）のように明瞭な上降伏点・
下降伏点・降伏伸びを示すもの、勾配が０の場合とは図
３の（ｂ）のように降伏伸びを示すもの、勾配が正の場
合とは図３の（ｃ）のように比例限から連続的に加工硬
化するものである。
合の公称応力−公称歪曲線の形状を模式的に図３の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。ここで勾配が
負の場合とは、図３の（ａ）のように明瞭な上降伏点・
下降伏点・降伏伸びを示すもの、勾配が０の場合とは図
３の（ｂ）のように降伏伸びを示すもの、勾配が正の場
合とは図３の（ｃ）のように比例限から連続的に加工硬
化するものである。
【００１３】このように巨大地震時に鋼管が座屈しない
ための条件として、公称応力−公称歪曲線において降伏
点からオンロード歪量が５％までのいずれの歪量におい
ても、公称応力／公称歪の勾配が正となることが必要な
ことが見出された。
ための条件として、公称応力−公称歪曲線において降伏
点からオンロード歪量が５％までのいずれの歪量におい
ても、公称応力／公称歪の勾配が正となることが必要な
ことが見出された。
【００１４】このような知見に基づき、本発明では、軸
方向の引張試験により得られる公称応力−公称歪曲線に
おいて、降伏点からオンロード歪量が５％までのいずれ
の歪量においても公称応力／公称ひずみの勾配が正とな
ることを特徴とする、地震時に座屈が発生し難い耐震性
に優れた鋼管を提供する。
方向の引張試験により得られる公称応力−公称歪曲線に
おいて、降伏点からオンロード歪量が５％までのいずれ
の歪量においても公称応力／公称ひずみの勾配が正とな
ることを特徴とする、地震時に座屈が発生し難い耐震性
に優れた鋼管を提供する。
【００１５】なお、本発明では鋼管の製造方法は問わ
ず、ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、継目無鋼管、電縫鋼
管、プレスベンド鋼管などいずれのものであっても、上
記所定の特性を満足するものであればよい。また、上記
特性は、鋼管の化学成分や造管前の例えば鋼板の圧延条
件を制御することによって付与しても、また造管中や造
管後の鋼管に熱処理や加工処理を施すことによって付与
してもよく、化学組成や製造条件については特に限定さ
れない。
ず、ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、継目無鋼管、電縫鋼
管、プレスベンド鋼管などいずれのものであっても、上
記所定の特性を満足するものであればよい。また、上記
特性は、鋼管の化学成分や造管前の例えば鋼板の圧延条
件を制御することによって付与しても、また造管中や造
管後の鋼管に熱処理や加工処理を施すことによって付与
してもよく、化学組成や製造条件については特に限定さ
れない。
【００１６】ただし、化学組成としては、重量％で、
Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を
含み、かつ必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｎｉ：０．０５〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５
０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５
〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：
０．００５〜０．１０％の１種または２種以上を含有す
るものが好ましい。このような成分範囲の鋼が好ましい
のは以下の理由による。
Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を
含み、かつ必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｎｉ：０．０５〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５
０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５
〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：
０．００５〜０．１０％の１種または２種以上を含有す
るものが好ましい。このような成分範囲の鋼が好ましい
のは以下の理由による。
【００１７】Ｃ：０．０３〜０．２５％ この範囲外の炭素量の鋼は、溶接した場合の溶接割れの
可能性が増大し、鋼管成形後、溶接できなくなる。した
がって、Ｃ量は０．０３〜０．２５％の範囲が好まし
い。
可能性が増大し、鋼管成形後、溶接できなくなる。した
がって、Ｃ量は０．０３〜０．２５％の範囲が好まし
い。
【００１８】Ｍｎ：０．５〜０．２５％ Ｍｎは構造用鋼として充分な強度と靭性を得るために有
効な元素であるが、０．５％未満ではその効果が小さ
く、また２．０％を超えると母材と溶接部の靭性の劣化
および溶接性の劣化を招く。したがって、Ｍｎ量は０．
５〜２．０％の範囲が好ましい。
効な元素であるが、０．５％未満ではその効果が小さ
く、また２．０％を超えると母材と溶接部の靭性の劣化
および溶接性の劣化を招く。したがって、Ｍｎ量は０．
５〜２．０％の範囲が好ましい。
【００１９】Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ Ｎｉ：０．０５〜０．５０％ Ｃｒ：０．０５〜０．５０％ Ｍｏ：０．０５〜０．５０％ Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏは強度の上昇に有効な元素であ
るが、それぞれ０．０５％未満ではその効果が有効に発
揮されず、０．５０％を超えると鋼板の母材溶接部の靭
性や溶接性を劣化させる。したがって、これらの量はそ
れぞれ０．０５〜０．５０％の範囲が好ましい。
るが、それぞれ０．０５％未満ではその効果が有効に発
揮されず、０．５０％を超えると鋼板の母材溶接部の靭
性や溶接性を劣化させる。したがって、これらの量はそ
れぞれ０．０５〜０．５０％の範囲が好ましい。
【００２０】Ｎｂ：０．００５〜０．１０％ Ｎｂは、鋼板の靭性と強度の向上に有効な元素である
が、その量が０．００５％未満ではその効果を有効に発
揮することができず、０．１０％を超えると溶接部の靭
性を劣化させる。したがって、Ｎｂ量は０．００５〜
０．１０％の範囲が好ましい。
が、その量が０．００５％未満ではその効果を有効に発
揮することができず、０．１０％を超えると溶接部の靭
性を劣化させる。したがって、Ｎｂ量は０．００５〜
０．１０％の範囲が好ましい。
【００２１】Ｖ：０．００５〜０．１０％ Ｖは、鋼板の強度の上昇に有効な元素であるが、その量
が０．００５％未満ではその効果を有効に発揮させるこ
とができず、０．１０％を超えると溶接部の靭性を劣化
させる。したがって、Ｖ量は０．００５〜０．１０％の
範囲が好ましい。
が０．００５％未満ではその効果を有効に発揮させるこ
とができず、０．１０％を超えると溶接部の靭性を劣化
させる。したがって、Ｖ量は０．００５〜０．１０％の
範囲が好ましい。
【００２２】Ｔｉ：０．００５〜０．１０％ Ｔｉは、鋼板の靭性の向上と鋳造時のスラブ損傷防止に
有効な元素であるが、その量が０．００５％未満ではそ
の効果を有効に発揮させることができず、０．１０％を
超えると溶接部の靭性を劣化させる。したがって、Ｔｉ
量は０．００５〜０．１０％の範囲が好ましい。
有効な元素であるが、その量が０．００５％未満ではそ
の効果を有効に発揮させることができず、０．１０％を
超えると溶接部の靭性を劣化させる。したがって、Ｔｉ
量は０．００５〜０．１０％の範囲が好ましい。
【００２３】また、このような組成の鋼板に対して、圧
延条件を制御したり、または造管中や造管後の鋼管に熱
処理や加工処理を加えることによって、例えば圧延時の
冷却過程あるいは熱間での造管中にＡｒ3 変態点以下の
温度まで空冷した後、Ａｒ1変態点以上のフェライト−
オーステナイト二相温度域から加速冷却したり、冷間で
造管後にＡｃ1 以上でかつＡｃ3 以下のフェライト−オ
ーステナイト二相温度域に加熱し急冷したりすることに
よって、金属組織を例えばフェライトとベイナイトある
いはフェライトとマルテンサイトの二相組織とすること
により、上記特性を付与することができる。
延条件を制御したり、または造管中や造管後の鋼管に熱
処理や加工処理を加えることによって、例えば圧延時の
冷却過程あるいは熱間での造管中にＡｒ3 変態点以下の
温度まで空冷した後、Ａｒ1変態点以上のフェライト−
オーステナイト二相温度域から加速冷却したり、冷間で
造管後にＡｃ1 以上でかつＡｃ3 以下のフェライト−オ
ーステナイト二相温度域に加熱し急冷したりすることに
よって、金属組織を例えばフェライトとベイナイトある
いはフェライトとマルテンサイトの二相組織とすること
により、上記特性を付与することができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。表１に示した化学組成を有する鋼を熱間圧延して
鋼板とした後、成形し、端部を溶接して鋼管を得た。そ
の際に、８００℃で圧延を終了し、７２０℃まで空冷し
た後、１０℃／ｓｅｃの冷却速度で加速冷却を施した。
する。表１に示した化学組成を有する鋼を熱間圧延して
鋼板とした後、成形し、端部を溶接して鋼管を得た。そ
の際に、８００℃で圧延を終了し、７２０℃まで空冷し
た後、１０℃／ｓｅｃの冷却速度で加速冷却を施した。
【００２５】このようにして製造された鋼管から試験片
を採取して管軸方向の引張試験を行い、公称応力／公称
歪の勾配を求めた。表２に、本発明鋼管の管軸方向の引
張り試験における５％歪までの公称応力／公称歪の最小
勾配と、管厚／外径比、実管圧縮試験における局部座屈
の発生の有無を、比較鋼管の結果と併せて示す。
を採取して管軸方向の引張試験を行い、公称応力／公称
歪の勾配を求めた。表２に、本発明鋼管の管軸方向の引
張り試験における５％歪までの公称応力／公称歪の最小
勾配と、管厚／外径比、実管圧縮試験における局部座屈
の発生の有無を、比較鋼管の結果と併せて示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】表２に示すように、５％歪までの公称応力
／公称歪の最小勾配が正となっている本発明鋼管では、
外径／管厚比が６０．０と薄肉大径でも局部座屈が発生
していない。これに対して、最小勾配が負または０の比
較鋼管では、外径／管厚比が３５．０でも圧縮時に局部
座屈が発生した。
／公称歪の最小勾配が正となっている本発明鋼管では、
外径／管厚比が６０．０と薄肉大径でも局部座屈が発生
していない。これに対して、最小勾配が負または０の比
較鋼管では、外径／管厚比が３５．０でも圧縮時に局部
座屈が発生した。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大地震の際に軸方向に作用する引張・圧縮応力に対し
て、大径薄肉でも局部座屈を起こしにくい耐震性に優れ
た鋼管を得ることができる。したがって、本発明の鋼管
を用いることにより、大地震が発生した際に、ガスパイ
プラインや水道配管の破損と内部流体の流出、あるいは
高速道路の橋脚柱の破断などの災害を防止することがで
きる。
大地震の際に軸方向に作用する引張・圧縮応力に対し
て、大径薄肉でも局部座屈を起こしにくい耐震性に優れ
た鋼管を得ることができる。したがって、本発明の鋼管
を用いることにより、大地震が発生した際に、ガスパイ
プラインや水道配管の破損と内部流体の流出、あるいは
高速道路の橋脚柱の破断などの災害を防止することがで
きる。
【図１】実管圧縮試験に用いた試験機および試験体を説
明するための図。
明するための図。
【図２】引張試験における公称歪量が１％の実管圧縮試
験における座屈発生におよぼす外径／管厚比および引張
試験における公称応力／公称歪の勾配の影響を示す図。
験における座屈発生におよぼす外径／管厚比および引張
試験における公称応力／公称歪の勾配の影響を示す図。
【図３】引張り試験で得られる公称応力−公称歪線図を
模式的に示す図。
模式的に示す図。
フロントページの続き (72)発明者 栗原 正好 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 鈴木 信久 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 軸方向の引張試験により得られる公称応
力−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が
５％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひず
みの勾配が正となることを特徴とする耐震性に優れた鋼
管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP746096A JPH09196243A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 耐震性に優れた鋼管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP746096A JPH09196243A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 耐震性に優れた鋼管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196243A true JPH09196243A (ja) | 1997-07-29 |
Family
ID=11666440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP746096A Pending JPH09196243A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 耐震性に優れた鋼管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196243A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006002893A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Jfe Steel Kk | 鋼管の局部座屈性能評価方法、鋼管の設計方法、鋼管の製造方法、鋼管 |
| JP2007031823A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Jfe Steel Kk | 鋼管、該鋼管を用いたパイプライン |
| WO2007069339A1 (ja) | 2005-12-15 | 2007-06-21 | Jfe Steel Corporation | 鋼管の局部座屈性能評価方法、鋼管の設計方法、鋼管の製造方法及び鋼管 |
| JP2007163392A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Jfe Steel Kk | 鋼管の局部座屈性能評価方法、鋼管の材質設計方法、鋼管 |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP746096A patent/JPH09196243A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20120143527A1 (en) * | 2004-06-18 | 2012-06-07 | Jfe Steel Corporation | Local buckling performance evaluating method for steel pipe, steel pipe designing method, steel pipe manufacturing method, and steel pipe |
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