JPH09314337A - 溶接割れのないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法 - Google Patents
溶接割れのないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法Info
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- JPH09314337A JPH09314337A JP15162196A JP15162196A JPH09314337A JP H09314337 A JPH09314337 A JP H09314337A JP 15162196 A JP15162196 A JP 15162196A JP 15162196 A JP15162196 A JP 15162196A JP H09314337 A JPH09314337 A JP H09314337A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶接に先立って被覆層を除去する必要なく、
溶接割れがない健全な溶接部を形成する。 【構成】 Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆したステンレス
鋼の溶接に先立って、少なくとも被溶接部に被覆層と素
地ステンレス鋼とを合金化する熱処理を施す。 【効果】 被覆層中のＡｌ単体が高融点のＡｌ化合物と
なり、溶接時に低融点液相の残留や粉化等に起因した難
溶接性が解消される。
溶接割れがない健全な溶接部を形成する。 【構成】 Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆したステンレス
鋼の溶接に先立って、少なくとも被溶接部に被覆層と素
地ステンレス鋼とを合金化する熱処理を施す。 【効果】 被覆層中のＡｌ単体が高融点のＡｌ化合物と
なり、溶接時に低融点液相の残留や粉化等に起因した難
溶接性が解消される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用排ガス部材，
燃料電池用部材等として使用されるＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ
合金被覆ステンレス鋼板を溶接する方法に関する。
燃料電池用部材等として使用されるＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ
合金被覆ステンレス鋼板を溶接する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス
鋼板は、優れた耐酸化性及び耐溶融塩腐食性を活用し
て、自動車排ガス部材，燃料電池用部材等に使用されて
いる。これらの用途においては、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合
金被覆鋼板を他の異種又は同種の部材と組み立てて製品
とすることから、溶接性が問題になる。しかし、被覆層
中のＡｌは、めっき母材であるステンレス鋼に比べて融
点が約６６０℃と低い。そのため、被覆層から溶接部に
Ａｌが混入し、Ａｌ濃度の高い部分では凝固過程の末期
まで低融点の液相が残留し、溶接時に発生した応力が集
中する。その結果、溶接部に割れが発生し易くなる。
鋼板は、優れた耐酸化性及び耐溶融塩腐食性を活用し
て、自動車排ガス部材，燃料電池用部材等に使用されて
いる。これらの用途においては、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合
金被覆鋼板を他の異種又は同種の部材と組み立てて製品
とすることから、溶接性が問題になる。しかし、被覆層
中のＡｌは、めっき母材であるステンレス鋼に比べて融
点が約６６０℃と低い。そのため、被覆層から溶接部に
Ａｌが混入し、Ａｌ濃度の高い部分では凝固過程の末期
まで低融点の液相が残留し、溶接時に発生した応力が集
中する。その結果、溶接部に割れが発生し易くなる。
【０００３】そこで、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆鋼板
の溶接に際しては、グラインダー，ショットブラスト等
の機械的な方法で被覆層を被溶接部から除去している。
しかし、溶接部では、耐食・耐熱性に優れた被覆層がな
い鋼板表面となり、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆鋼板本
来の特性が発揮されない。Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆
層の除去に起因する欠陥発生を防止するため、特開平４
−２００８７２号公報では、被溶接部にあるＡｌを残し
たまま又は部分的に除去した後で溶接し、溶接部の流動
性が高い高温状態にあるとき、溶接部にＮｉ又はＮｉ合
金等のオーステナイト形成元素からなる材料を溶かし込
んでいる。また、特開平５−１３８３９４号公報では、
優れた耐溶接割れ性を呈する溶接部が得られるように設
計したＡｌめっきステンレス鋼用フラックス入りワイヤ
が紹介されている。
の溶接に際しては、グラインダー，ショットブラスト等
の機械的な方法で被覆層を被溶接部から除去している。
しかし、溶接部では、耐食・耐熱性に優れた被覆層がな
い鋼板表面となり、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆鋼板本
来の特性が発揮されない。Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆
層の除去に起因する欠陥発生を防止するため、特開平４
−２００８７２号公報では、被溶接部にあるＡｌを残し
たまま又は部分的に除去した後で溶接し、溶接部の流動
性が高い高温状態にあるとき、溶接部にＮｉ又はＮｉ合
金等のオーステナイト形成元素からなる材料を溶かし込
んでいる。また、特開平５−１３８３９４号公報では、
優れた耐溶接割れ性を呈する溶接部が得られるように設
計したＡｌめっきステンレス鋼用フラックス入りワイヤ
が紹介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】オーステナイト形成元
素を含む材料を溶接部に溶かし込む方法では、たとえば
ＴＩＧ溶接トーチを使用して流動状態の溶接部にＮｉを
溶かし込んでいる。これにより溶接部の延性が改善され
るものの、余分な作業が必要とされ溶接工程が複雑化す
る。また、溶かし込みに加熱が必要とされるため、母材
に対する熱影響が大きくなる。フラックス入りワイヤを
使用する方法は、溶接芯線を使用することから、大きな
溶接入熱を設定できる厚い被溶接材料を溶接することに
は適用可能である。しかし、被溶接材料が薄く低入熱で
溶接せざるを得ない場合、溶接芯線の溶融が十分に進行
せず、或いは溶接後に溶接部の形状が悪化しやすい欠点
があった。本発明は、このような問題を解消すべく案出
されたものであり、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ
合金被覆層と素地鋼とを合金化することにより、溶接芯
線を使用できない低入熱溶接であっても、Ａｌ又はＡｌ
−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼を溶接し、溶接割れがない
健全な溶接部を形成することを目的とする。
素を含む材料を溶接部に溶かし込む方法では、たとえば
ＴＩＧ溶接トーチを使用して流動状態の溶接部にＮｉを
溶かし込んでいる。これにより溶接部の延性が改善され
るものの、余分な作業が必要とされ溶接工程が複雑化す
る。また、溶かし込みに加熱が必要とされるため、母材
に対する熱影響が大きくなる。フラックス入りワイヤを
使用する方法は、溶接芯線を使用することから、大きな
溶接入熱を設定できる厚い被溶接材料を溶接することに
は適用可能である。しかし、被溶接材料が薄く低入熱で
溶接せざるを得ない場合、溶接芯線の溶融が十分に進行
せず、或いは溶接後に溶接部の形状が悪化しやすい欠点
があった。本発明は、このような問題を解消すべく案出
されたものであり、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ
合金被覆層と素地鋼とを合金化することにより、溶接芯
線を使用できない低入熱溶接であっても、Ａｌ又はＡｌ
−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼を溶接し、溶接割れがない
健全な溶接部を形成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の溶接方法は、そ
の目的を達成するため、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆し
たステンレス鋼の少なくとも被溶接部に、被覆層と素地
ステンレス鋼とを合金化する熱処理を施した後、前記被
溶接部を溶接することを特徴とする。本発明が対象とす
るＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板として
は、溶融めっき，蒸着めっき，溶射，クラッド，非水系
の電解液を用いた電気めっき等でステンレス鋼板の表面
にＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金皮膜層を形成させたものであ
る。
の目的を達成するため、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆し
たステンレス鋼の少なくとも被溶接部に、被覆層と素地
ステンレス鋼とを合金化する熱処理を施した後、前記被
溶接部を溶接することを特徴とする。本発明が対象とす
るＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板として
は、溶融めっき，蒸着めっき，溶射，クラッド，非水系
の電解液を用いた電気めっき等でステンレス鋼板の表面
にＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金皮膜層を形成させたものであ
る。
【０００６】
【作用】Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆に含まれているＡ
ｌは、素地であるステンレス鋼よりも融点が約６６０℃
と低い。そのため、溶接部に混入したＡｌ濃度が高くな
った部分では、低融点の液相が凝固過程の末期まで残留
し、溶接時に発生した応力が集中する。その結果、溶接
部に割れが発生し易くなる。また、被覆層中のＡｌは、
スポット溶接やシーム溶接時にチリを発生させ、溶接電
極に付着して電極寿命を低下させる原因にもなる。本発
明者等は、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ被覆ステンレス鋼板の溶
接時にみられる欠陥発生のメカニズムを種々調査・研究
した。その結果、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ被
覆ステンレス鋼板を熱処理し、被覆層と素地のステンレ
ス鋼とを合金化するとき、低融点のＡｌ単体が高融点の
Ａｌ化合物となり、低融点液相の残留や粉化等に起因す
る欠陥が防止されることを見い出した。熱処理されたス
テンレス鋼表面には、ＡｌとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒとの合金
層が形成される。この合金層は、表面処理ままのＡｌに
比べて融点が高いことから、溶接時にＡｌが溶解して溶
接金属内に混入することがなくなり、低融点液相が形成
されず溶接時の割れが防止される。また、抵抗溶接時に
チリ発生や電極寿命の低下も防止できる。
ｌは、素地であるステンレス鋼よりも融点が約６６０℃
と低い。そのため、溶接部に混入したＡｌ濃度が高くな
った部分では、低融点の液相が凝固過程の末期まで残留
し、溶接時に発生した応力が集中する。その結果、溶接
部に割れが発生し易くなる。また、被覆層中のＡｌは、
スポット溶接やシーム溶接時にチリを発生させ、溶接電
極に付着して電極寿命を低下させる原因にもなる。本発
明者等は、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ被覆ステンレス鋼板の溶
接時にみられる欠陥発生のメカニズムを種々調査・研究
した。その結果、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ被
覆ステンレス鋼板を熱処理し、被覆層と素地のステンレ
ス鋼とを合金化するとき、低融点のＡｌ単体が高融点の
Ａｌ化合物となり、低融点液相の残留や粉化等に起因す
る欠陥が防止されることを見い出した。熱処理されたス
テンレス鋼表面には、ＡｌとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒとの合金
層が形成される。この合金層は、表面処理ままのＡｌに
比べて融点が高いことから、溶接時にＡｌが溶解して溶
接金属内に混入することがなくなり、低融点液相が形成
されず溶接時の割れが防止される。また、抵抗溶接時に
チリ発生や電極寿命の低下も防止できる。
【０００７】形成された合金層は、溶接部の特性に悪影
響を及ぼさず、溶接時の割れ発生を効果的に防止する。
しかし、合金層は、表面被覆層に比較して硬質で脆いた
め、合金層生成後に曲げ等の加工が施されると合金層が
剥離する虞れがある。したがって、部材加工を伴う場合
には、加工後に合金化熱処理を施し、更にその後溶接す
ることが好ましい。合金層は、Ａｌの融点以上の温度で
熱処理することにより比較的短時間で形成される。熱処
理温度が高くなると、被覆層と素地鋼との合金化反応が
促進される。しかし、高過ぎる熱処理温度は、素地ステ
ンレス鋼の結晶粒を粗大化させ、或いは熱歪みを発生す
る原因となる。そのため、７００℃〜９００℃の範囲に
熱処理温度を設定することが好ましい。
響を及ぼさず、溶接時の割れ発生を効果的に防止する。
しかし、合金層は、表面被覆層に比較して硬質で脆いた
め、合金層生成後に曲げ等の加工が施されると合金層が
剥離する虞れがある。したがって、部材加工を伴う場合
には、加工後に合金化熱処理を施し、更にその後溶接す
ることが好ましい。合金層は、Ａｌの融点以上の温度で
熱処理することにより比較的短時間で形成される。熱処
理温度が高くなると、被覆層と素地鋼との合金化反応が
促進される。しかし、高過ぎる熱処理温度は、素地ステ
ンレス鋼の結晶粒を粗大化させ、或いは熱歪みを発生す
る原因となる。そのため、７００℃〜９００℃の範囲に
熱処理温度を設定することが好ましい。
【０００８】熱処理には、大気雰囲気も使用可能である
が、大気中の酸素との反応により被覆層の表面にアルミ
ナが生成し、或いは表面処理層が一部剥離することもあ
る。そのため、不活性ガス又は還元性ガス雰囲気中で熱
処理することが好ましい。被覆層と素地鋼との合金化に
は、溶接される鋼板全体を熱処理することが容易な方法
である。しかし、この方法では、本来合金化を必要とし
ない部分も加熱され、熱消費量が大きくなる。そこで、
局部的に熱を加えても部材形状を悪化させない場合、被
溶接部又はその近傍のみを熱処理することも可能であ
る。具体的には、高周波加熱，レーザ照射等によって、
被溶接部又はその近傍のみを局部加熱する方法が採用さ
れる。
が、大気中の酸素との反応により被覆層の表面にアルミ
ナが生成し、或いは表面処理層が一部剥離することもあ
る。そのため、不活性ガス又は還元性ガス雰囲気中で熱
処理することが好ましい。被覆層と素地鋼との合金化に
は、溶接される鋼板全体を熱処理することが容易な方法
である。しかし、この方法では、本来合金化を必要とし
ない部分も加熱され、熱消費量が大きくなる。そこで、
局部的に熱を加えても部材形状を悪化させない場合、被
溶接部又はその近傍のみを熱処理することも可能であ
る。具体的には、高周波加熱，レーザ照射等によって、
被溶接部又はその近傍のみを局部加熱する方法が採用さ
れる。
【０００９】
【実施例】板厚０．８ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓステンレス
鋼を母材とし、Ｎｉ下地めっきを施した後でＡｌＣｌ3
−ＥＭＩＣ（エチル−メチル−イミダゾリウム−クロラ
イド）の非水系電解浴を使用した電気Ａｌめっき法で厚
さ１５μｍのＡｌめっきを施した。このＡｌめっきステ
ンレス鋼板に、Ａｒガス雰囲気中で７５０℃に１時間保
持する熱処理を施した。熱処理後のめっき層は、断面の
ＳＥＭ観察及びＥＰＭＡ，Ｘ線回折による構造解析の結
果、Ａｌ3 Ｎｉ2 及びＡｌ5 Ｆｅ7 を主体とする合金層
になっていた。Ａｌめっきままのステンレス鋼板及び熱
処理で合金化したＡｌめっきステンレス鋼板を、１ｍ／
分の一定した溶接速度で溶接電流を変化させる溶接条件
下で、ＴＩＧ溶接により突合せナメつけ溶接した。溶接
電流７０Ａで形成された熱処理材の溶接部を観察したと
ころ、図１に示すように健全な溶接部が形成されてい
た。他方、非熱処理材の溶接部では、溶接金属から熱影
響部にかけて発生した縦割れが観察された。
鋼を母材とし、Ｎｉ下地めっきを施した後でＡｌＣｌ3
−ＥＭＩＣ（エチル−メチル−イミダゾリウム−クロラ
イド）の非水系電解浴を使用した電気Ａｌめっき法で厚
さ１５μｍのＡｌめっきを施した。このＡｌめっきステ
ンレス鋼板に、Ａｒガス雰囲気中で７５０℃に１時間保
持する熱処理を施した。熱処理後のめっき層は、断面の
ＳＥＭ観察及びＥＰＭＡ，Ｘ線回折による構造解析の結
果、Ａｌ3 Ｎｉ2 及びＡｌ5 Ｆｅ7 を主体とする合金層
になっていた。Ａｌめっきままのステンレス鋼板及び熱
処理で合金化したＡｌめっきステンレス鋼板を、１ｍ／
分の一定した溶接速度で溶接電流を変化させる溶接条件
下で、ＴＩＧ溶接により突合せナメつけ溶接した。溶接
電流７０Ａで形成された熱処理材の溶接部を観察したと
ころ、図１に示すように健全な溶接部が形成されてい
た。他方、非熱処理材の溶接部では、溶接金属から熱影
響部にかけて発生した縦割れが観察された。
【００１０】発生した溶接割れと溶接電流との関係を調
査したところ、表１の調査結果にみられるように、熱処
理することなくＡｌめっきしたままのステンレス鋼板を
溶接したものでは、何れの溶接電流でも溶接部に割れが
発生した。これに対し、熱処理を施したものでは、溶接
割れが観察されず、何れの溶接電流でも健全な溶接部が
形成された。
査したところ、表１の調査結果にみられるように、熱処
理することなくＡｌめっきしたままのステンレス鋼板を
溶接したものでは、何れの溶接電流でも溶接部に割れが
発生した。これに対し、熱処理を施したものでは、溶接
割れが観察されず、何れの溶接電流でも健全な溶接部が
形成された。
【００１１】
【００１２】また、図２に示すように溶接された試験片
を溶接線に直交する方向に沿って切断し、溶接金属，熱
影響部及び母材断面のビッカース硬さを測定した。その
結果、図３に示すように非熱処理材では、母材部に比較
して溶接金属及び熱影響部が硬い硬度分布をもってい
た。他方、熱処理材の溶接金属及び熱影響部は、母材部
とほぼ同等の硬さとなっていた。図３の硬度分布から、
熱処理材の溶接部は、母材とほぼ同等の加工性を持って
いることが判る。
を溶接線に直交する方向に沿って切断し、溶接金属，熱
影響部及び母材断面のビッカース硬さを測定した。その
結果、図３に示すように非熱処理材では、母材部に比較
して溶接金属及び熱影響部が硬い硬度分布をもってい
た。他方、熱処理材の溶接金属及び熱影響部は、母材部
とほぼ同等の硬さとなっていた。図３の硬度分布から、
熱処理材の溶接部は、母材とほぼ同等の加工性を持って
いることが判る。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステン
レス鋼を熱処理し、被覆層と素地鋼とを合金化させてい
る。これにより、被覆層中のＡｌ単体が高融点のＡｌ化
合物となり、低融点液相の残留や粉化等に起因した難溶
接性が解消される。そのため、溶接時にＡｌ又はＡｌ−
Ｓｉ合金被覆層を除去することなく、また溶接芯線の必
要なく、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼を溶
接し、溶接割れのない健全な溶接部を形成することが可
能となる。形成された溶接部は、母材部と同等な硬度を
もっているため、加工性も良好である。
は、溶接に先立ってＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステン
レス鋼を熱処理し、被覆層と素地鋼とを合金化させてい
る。これにより、被覆層中のＡｌ単体が高融点のＡｌ化
合物となり、低融点液相の残留や粉化等に起因した難溶
接性が解消される。そのため、溶接時にＡｌ又はＡｌ−
Ｓｉ合金被覆層を除去することなく、また溶接芯線の必
要なく、Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼を溶
接し、溶接割れのない健全な溶接部を形成することが可
能となる。形成された溶接部は、母材部と同等な硬度を
もっているため、加工性も良好である。
【図１】 突合せＴＩＧ溶接で形成された溶接部の金属
組織を示す写真
組織を示す写真
【図２】 硬さ分布を測定した方位
【図３】 溶接線に直交する方向の硬さ分布
Claims (1)
- 【請求項１】 Ａｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆したステン
レス鋼の少なくとも被溶接部に、被覆層と素地ステンレ
ス鋼とを合金化する熱処理を施した後、前記被溶接部を
溶接することを特徴とする溶接割れを防止したＡｌ又は
Ａｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15162196A JPH09314337A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 溶接割れのないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15162196A JPH09314337A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 溶接割れのないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09314337A true JPH09314337A (ja) | 1997-12-09 |
Family
ID=15522553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15162196A Withdrawn JPH09314337A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 溶接割れのないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金被覆ステンレス鋼板の溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09314337A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008547177A (ja) * | 2005-07-02 | 2008-12-25 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 燃料電池システムの構成要素用のクロム保持層 |
| WO2009104798A1 (ja) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | 新日本製鐵株式会社 | 耐疲労特性に優れた溶接継手及びその製造方法 |
| JP2009534529A (ja) * | 2006-04-19 | 2009-09-24 | アルセロールミタル・フランス | 被覆積層板から非常に高い機械的特性を有する溶接部品を製造する方法 |
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| US11198195B2 (en) | 2012-06-29 | 2021-12-14 | TWB Company, LLC | Welded blank assembly and method |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP15162196A patent/JPH09314337A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008547177A (ja) * | 2005-07-02 | 2008-12-25 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 燃料電池システムの構成要素用のクロム保持層 |
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| US10473130B2 (en) | 2006-04-19 | 2019-11-12 | Arcelormittal France | Steel part |
| US10480554B2 (en) | 2006-04-19 | 2019-11-19 | Arcelormittal France | Steel part |
| US10626902B2 (en) | 2006-04-19 | 2020-04-21 | Arcelormittal France | Steel part |
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| US9956636B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-05-01 | Shiloh Industries, Inc. | Welded blank assembly and method |
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