JPH10183281A - イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金 - Google Patents
イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金Info
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- JPH10183281A JPH10183281A JP29555297A JP29555297A JPH10183281A JP H10183281 A JPH10183281 A JP H10183281A JP 29555297 A JP29555297 A JP 29555297A JP 29555297 A JP29555297 A JP 29555297A JP H10183281 A JPH10183281 A JP H10183281A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｎｉ基耐熱超合金の高温強度及び耐高温腐食
性を改善する。 【解決手段】 Ｎｉ基耐熱超合金にイリジウムを添加す
る。イリジウムの添加により、合金組織が整然と整列
し、析出強化され、γ相及びγ′相中にイリジウムが固
溶し、固溶強化され、高温強度が改善され、また、耐高
温腐食性も改善される。
性を改善する。 【解決手段】 Ｎｉ基耐熱超合金にイリジウムを添加す
る。イリジウムの添加により、合金組織が整然と整列
し、析出強化され、γ相及びγ′相中にイリジウムが固
溶し、固溶強化され、高温強度が改善され、また、耐高
温腐食性も改善される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、イリジウム添加
Ｎｉ基超耐熱合金に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、発電用ガスタービンをはじめ、ジェッ
トエンジン、ロケットエンジンなどの高温機器の出力及
び効率の向上に有効なイリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金
に関するものである。
Ｎｉ基超耐熱合金に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、発電用ガスタービンをはじめ、ジェッ
トエンジン、ロケットエンジンなどの高温機器の出力及
び効率の向上に有効なイリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】Ｎｉ基超耐熱合金は、Ｎｉを
基本構成元素とし、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｒｅ，Ｈｆ等を主要構成元素として含
有する合金である。このＮｉ基超耐熱合金は、優れた高
温強度を有することから、発電用ガスタービンやジェッ
トエンジン、ロケットエンジンのタービンブレード、タ
ービンベーン等の、高温機器において高温・高応力下で
使用される部材に利用されている。これら高温機器の出
力及び効率を高めるには、燃焼ガス温度を上昇させるの
が最も効果的であるが、そのためには、Ｎｉ基超耐熱合
金の特性改善が急務となる。
基本構成元素とし、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｒｅ，Ｈｆ等を主要構成元素として含
有する合金である。このＮｉ基超耐熱合金は、優れた高
温強度を有することから、発電用ガスタービンやジェッ
トエンジン、ロケットエンジンのタービンブレード、タ
ービンベーン等の、高温機器において高温・高応力下で
使用される部材に利用されている。これら高温機器の出
力及び効率を高めるには、燃焼ガス温度を上昇させるの
が最も効果的であるが、そのためには、Ｎｉ基超耐熱合
金の特性改善が急務となる。
【０００３】特性改善は、２つの見地から検討されなけ
ればならない。一つは、高温強度であり、もう一つは耐
高温腐食性である。Ｎｉ基超耐熱合金の高温強度の改善
については、たとえば、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅなどの添
加が試みられている。しかしながら、これらの元素の添
加は、添加量が多量となると、合金組織が不安定とな
り、有害相が析出してＮｉ基超耐熱合金の強度が逆に低
下することが確認されている。
ればならない。一つは、高温強度であり、もう一つは耐
高温腐食性である。Ｎｉ基超耐熱合金の高温強度の改善
については、たとえば、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｒｅなどの添
加が試みられている。しかしながら、これらの元素の添
加は、添加量が多量となると、合金組織が不安定とな
り、有害相が析出してＮｉ基超耐熱合金の強度が逆に低
下することが確認されている。
【０００４】耐高温腐食性の改善は、高温機器において
高温・高応力下で使用される部材が腐食性の高い雰囲気
で使用されることから重要な課題である。たとえば、ガ
スタービンのタービンブレードなどには、燃焼ガスの激
しい酸化性の雰囲気中で使用される上に、燃料中にイオ
ウが含まれ、しかも、火力発電所は一般に海岸近くに立
地するため、燃焼空気中に多量の塩が混入してもいると
いう条件が加わる。このように過酷な腐食性雰囲気中で
使用される部材の耐高温腐食性の改善を耐食性の良好な
コーティングにのみ依存することは、コーティング層が
破れないことが保証されない限り危険である。Ｎｉ基超
耐熱合金自体の耐高温腐食性を改善することがより確実
である。
高温・高応力下で使用される部材が腐食性の高い雰囲気
で使用されることから重要な課題である。たとえば、ガ
スタービンのタービンブレードなどには、燃焼ガスの激
しい酸化性の雰囲気中で使用される上に、燃料中にイオ
ウが含まれ、しかも、火力発電所は一般に海岸近くに立
地するため、燃焼空気中に多量の塩が混入してもいると
いう条件が加わる。このように過酷な腐食性雰囲気中で
使用される部材の耐高温腐食性の改善を耐食性の良好な
コーティングにのみ依存することは、コーティング層が
破れないことが保証されない限り危険である。Ｎｉ基超
耐熱合金自体の耐高温腐食性を改善することがより確実
である。
【０００５】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、優れた高温強度及び耐高温腐食性を
有するＮｉ基超耐熱合金を提供することを目的としてい
る。
されたものであり、優れた高温強度及び耐高温腐食性を
有するＮｉ基超耐熱合金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】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、イリジウムが添加され、高温強
度及び耐高温腐食性が改善されたことを特徴とするイリ
ジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金を提供する。
を解決するものとして、イリジウムが添加され、高温強
度及び耐高温腐食性が改善されたことを特徴とするイリ
ジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】この発明は、高い融点を有するイ
リジウムをＮｉ基超耐熱合金に添加し、優れた高温強度
及び耐高温腐食性を実現する。イリジウム（Ｉｒ）を添
加すると、合金組織は整列し、組織安定性が良好に保た
れ、また、析出強化が進む。同時に、イリジウムは、γ
相及びγ′相中に固溶し、固溶強化も進む。イリジウム
は、Ｎｉと同じ面心立方構造を有しており、このため、
Ｎｉと容易に置換する。従来、添加元素としていたＷ，
Ｍｏ，Ｔａなどは体心立方構造であり、また、Ｒｅなど
は稠密六方構造であり、これが組織安定性を低下させる
一つの原因であったと考えられる。
リジウムをＮｉ基超耐熱合金に添加し、優れた高温強度
及び耐高温腐食性を実現する。イリジウム（Ｉｒ）を添
加すると、合金組織は整列し、組織安定性が良好に保た
れ、また、析出強化が進む。同時に、イリジウムは、γ
相及びγ′相中に固溶し、固溶強化も進む。イリジウム
は、Ｎｉと同じ面心立方構造を有しており、このため、
Ｎｉと容易に置換する。従来、添加元素としていたＷ，
Ｍｏ，Ｔａなどは体心立方構造であり、また、Ｒｅなど
は稠密六方構造であり、これが組織安定性を低下させる
一つの原因であったと考えられる。
【０００８】このように、イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱
合金は、優れた高温強度を有し、高温・高応力下での使
用に耐え得る。さらに、イリジウムは、高融点であり、
高温でも拡散係数が小さい。このため、Ｎｉ基超耐熱合
金の特性劣化が抑制され、耐高温腐食性が改善される。
このようなイリジウムの添加量は、高温強度及び耐高温
腐食性の改善が十分に認められるには少なくとも 0.1原
子％必要である。一方、上限については特に厳密でな
く、Ｎｉ基超耐熱合金の用途に応じて適宜調整可能であ
る。一般には、５原子％より添加量が多くなると、比重
が大きくなり、また、価格に反映する。このため、イリ
ジウムの添加量については、好ましくは、 0.1原子％以
上５原子％以下が例示される。
合金は、優れた高温強度を有し、高温・高応力下での使
用に耐え得る。さらに、イリジウムは、高融点であり、
高温でも拡散係数が小さい。このため、Ｎｉ基超耐熱合
金の特性劣化が抑制され、耐高温腐食性が改善される。
このようなイリジウムの添加量は、高温強度及び耐高温
腐食性の改善が十分に認められるには少なくとも 0.1原
子％必要である。一方、上限については特に厳密でな
く、Ｎｉ基超耐熱合金の用途に応じて適宜調整可能であ
る。一般には、５原子％より添加量が多くなると、比重
が大きくなり、また、価格に反映する。このため、イリ
ジウムの添加量については、好ましくは、 0.1原子％以
上５原子％以下が例示される。
【０００９】Ｎｉ基超耐熱合金自体には、各種のものが
採用可能である。たとえば、Ｎｉ基単結晶合金の一つで
あるＴＭＳ−６３（ 6.9Ｃｒ− 7.5Ｍｏ− 5.8Ａｌ−
8.4Ｔａ−残Ｎｉ（重量％））やＮｉ基多結晶合金の一
つであるＭａｒＭ−２４７（１０Ｃｏ−１０Ｗ− 8.5Ｃ
ｒ− 0.7Ｍｏ− 5.5Ａｌ−３Ｔａ− 1.4Ｈｆ−0.16Ｃ−
0.02Ｂ− 0.1Ｚｒ−残Ｎｉ（重量％））などが例示され
る。
採用可能である。たとえば、Ｎｉ基単結晶合金の一つで
あるＴＭＳ−６３（ 6.9Ｃｒ− 7.5Ｍｏ− 5.8Ａｌ−
8.4Ｔａ−残Ｎｉ（重量％））やＮｉ基多結晶合金の一
つであるＭａｒＭ−２４７（１０Ｃｏ−１０Ｗ− 8.5Ｃ
ｒ− 0.7Ｍｏ− 5.5Ａｌ−３Ｔａ− 1.4Ｈｆ−0.16Ｃ−
0.02Ｂ− 0.1Ｚｒ−残Ｎｉ（重量％））などが例示され
る。
【００１０】
【実施例】以下実施例を示し、この発明のイリジウム添
加Ｎｉ基超耐熱合金について説明する。実施例１ Ｎｉ基超耐熱合金ＴＭＳ−６３（ 6.9Ｃｒ− 7.5Ｍｏ−
5.8Ａｌ− 8.4Ｔａ−残Ｎｉ（重量％））に１原子％及
び２原子％のイリジウムをアーク溶解法により添加し
た。
加Ｎｉ基超耐熱合金について説明する。実施例１ Ｎｉ基超耐熱合金ＴＭＳ−６３（ 6.9Ｃｒ− 7.5Ｍｏ−
5.8Ａｌ− 8.4Ｔａ−残Ｎｉ（重量％））に１原子％及
び２原子％のイリジウムをアーク溶解法により添加し
た。
【００１１】これらイリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金と
イリジウム未添加のＴＭＳ−６３そのものについて、11
00℃、大気中で圧縮試験を行った。0.2％圧縮強度試験
では、図１に示したように、イリジウム添加Ｎｉ基超耐
熱合金は、316MPa（１原子％添加）及び317MPa（２原子
％添加）といずれも315MPa以上の強度を示した。一方、
ＴＭＳ−６３は、295MPaにとどまった。イリジウム添加
Ｎｉ基超耐熱合金は、従来型のＴＭＳ−６３に比べ、高
い高温強度を有することが確認される。
イリジウム未添加のＴＭＳ−６３そのものについて、11
00℃、大気中で圧縮試験を行った。0.2％圧縮強度試験
では、図１に示したように、イリジウム添加Ｎｉ基超耐
熱合金は、316MPa（１原子％添加）及び317MPa（２原子
％添加）といずれも315MPa以上の強度を示した。一方、
ＴＭＳ−６３は、295MPaにとどまった。イリジウム添加
Ｎｉ基超耐熱合金は、従来型のＴＭＳ−６３に比べ、高
い高温強度を有することが確認される。
【００１２】また、図２（ａ）（ｂ）に示したように、
イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金では、合金組織はより
整然と整列していることが確認される。この整列した合
金組織により析出強化が進むのである。図２（ａ）
（ｂ）の顕微鏡写真では、素地がγ相であり、γ′相
は、黒い立方体状の結晶に写し出されている。添加した
イリジウムは、γ相及びγ′相中に固溶し、固溶強化す
る。２原子％の添加では、γ相及びγ′相中にイリジウ
ムは、870 ℃において濃度比２：１で固溶する。
イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金では、合金組織はより
整然と整列していることが確認される。この整列した合
金組織により析出強化が進むのである。図２（ａ）
（ｂ）の顕微鏡写真では、素地がγ相であり、γ′相
は、黒い立方体状の結晶に写し出されている。添加した
イリジウムは、γ相及びγ′相中に固溶し、固溶強化す
る。２原子％の添加では、γ相及びγ′相中にイリジウ
ムは、870 ℃において濃度比２：１で固溶する。
【００１３】このようなイリジウムの添加において、合
金組織中に有害相は析出しなかった。Ｎｉ基超耐熱合金
の耐用温度は約1100℃であるが、イリジウム添加Ｎｉ基
超耐熱合金では、イリジウムの添加によりこの温度付近
での強度特性が改善され、組織安定性に優れている。実施例２ 上記Ｎｉ基超耐熱合金ＴＭＳ−６３に1.5 原子％のイリ
ジウムを真空溶解法により添加し、単結晶合金を作製し
た。このイリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金の組成は、重
量％表記で、 6.5Ｃｒ− 7.1Ｍｏ− 5.5Ａｌ− 7.9Ｔａ
− 5.7Ｉｒ−残Ｎｉと示される。
金組織中に有害相は析出しなかった。Ｎｉ基超耐熱合金
の耐用温度は約1100℃であるが、イリジウム添加Ｎｉ基
超耐熱合金では、イリジウムの添加によりこの温度付近
での強度特性が改善され、組織安定性に優れている。実施例２ 上記Ｎｉ基超耐熱合金ＴＭＳ−６３に1.5 原子％のイリ
ジウムを真空溶解法により添加し、単結晶合金を作製し
た。このイリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金の組成は、重
量％表記で、 6.5Ｃｒ− 7.1Ｍｏ− 5.5Ａｌ− 7.9Ｔａ
− 5.7Ｉｒ−残Ｎｉと示される。
【００１４】高温強度をクリープ試験によって評価し
た。試験条件は、大気中で 900℃、応力４０kgf/mm2 と
した。その結果を示したのが図３のグラフである。この
図３から明らかなように、ＴＭＳ−６３では寿命が 150
時間であるのに対し、ＴＭＳ−６３に 1.5原子％のイリ
ジウムを添加したＮｉ基超耐熱合金は 250時間であり、
クリープ寿命の改善が確認された。
た。試験条件は、大気中で 900℃、応力４０kgf/mm2 と
した。その結果を示したのが図３のグラフである。この
図３から明らかなように、ＴＭＳ−６３では寿命が 150
時間であるのに対し、ＴＭＳ−６３に 1.5原子％のイリ
ジウムを添加したＮｉ基超耐熱合金は 250時間であり、
クリープ寿命の改善が確認された。
【００１５】また、耐高温腐食性について評価した。坩
堝中に２５％ＮａＣｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4 の混合塩を
１２ｇ入れ、これに直径６mm、長さ 4.5mmの試料を浸漬
した。試験温度は 900℃とし、試験時間は５〜２０時間
とした。図４に、ＴＭＳ−６３とイリジウム添加のＴＭ
Ｓ−６３の浸漬時間と表面からの腐食深さの相関関係を
示した。
堝中に２５％ＮａＣｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4 の混合塩を
１２ｇ入れ、これに直径６mm、長さ 4.5mmの試料を浸漬
した。試験温度は 900℃とし、試験時間は５〜２０時間
とした。図４に、ＴＭＳ−６３とイリジウム添加のＴＭ
Ｓ−６３の浸漬時間と表面からの腐食深さの相関関係を
示した。
【００１６】イリジウムを添加したＮｉ基超耐熱合金で
は、２０時間の浸漬でも表面に薄い酸化膜がわずかに形
成される程度の酸化しか認められなかった。これに対
し、ＴＭＳ−６３では、わずか５時間の浸漬から中心部
への腐食が進行した。このような腐食はＭａｒＭ−２４
７にも認められ、ＴＭＳ−６３と同様の腐食形態となっ
た。
は、２０時間の浸漬でも表面に薄い酸化膜がわずかに形
成される程度の酸化しか認められなかった。これに対
し、ＴＭＳ−６３では、わずか５時間の浸漬から中心部
への腐食が進行した。このような腐食はＭａｒＭ−２４
７にも認められ、ＴＭＳ−６３と同様の腐食形態となっ
た。
【００１７】イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金は、イリ
ジウムの添加により耐高温腐食性も改善されている。イ
リジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金が実用上極めて有益な耐
熱合金であることが確認される。
ジウムの添加により耐高温腐食性も改善されている。イ
リジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金が実用上極めて有益な耐
熱合金であることが確認される。
【００１８】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、安定した合金組織を有し、高温強度及び耐高温腐
食性の改善された、実用上極めて有益なイリジウム添加
Ｎｉ基超耐熱合金が提供される。このイリジウム添加Ｎ
ｉ基超耐熱合金を発電用ガスタービンをはじめ、ジェッ
トエンジンやロケットエンジンなどのタービンブレー
ド、タービンベーン等の、高温機器において高温・高応
力下で使用される部材に適用することにより、高温機器
の出力や効率の向上が望める。
って、安定した合金組織を有し、高温強度及び耐高温腐
食性の改善された、実用上極めて有益なイリジウム添加
Ｎｉ基超耐熱合金が提供される。このイリジウム添加Ｎ
ｉ基超耐熱合金を発電用ガスタービンをはじめ、ジェッ
トエンジンやロケットエンジンなどのタービンブレー
ド、タービンベーン等の、高温機器において高温・高応
力下で使用される部材に適用することにより、高温機器
の出力や効率の向上が望める。
【図１】Ｎｉ基超耐熱合金の 0.2％圧縮強度をイリジウ
ムの添加量との関係において示したグラフである。
ムの添加量との関係において示したグラフである。
【図２】（ａ）（ｂ）は、各々、ＴＭＳ−６３と、ＴＭ
Ｓ−６３に２原子％のイリジウムを添加したＮｉ基超耐
熱合金の合金組織を示した顕微鏡写真である。
Ｓ−６３に２原子％のイリジウムを添加したＮｉ基超耐
熱合金の合金組織を示した顕微鏡写真である。
【図３】ＴＭＳ−６３と、ＴＭＳ−６３に 1.5原子％の
イリジウムを添加したＮｉ基超耐熱合金のクリープ試験
結果を示した寿命（時間）−歪み（％）曲線である。
イリジウムを添加したＮｉ基超耐熱合金のクリープ試験
結果を示した寿命（時間）−歪み（％）曲線である。
【図４】ＴＭＳ−６３とイリジウム添加のＴＭＳ−６３
の浸漬時間と表面からの腐食深さの相関関係を示したグ
ラフである。
の浸漬時間と表面からの腐食深さの相関関係を示したグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呂 芳一 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 山邊 容子 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 中沢 静夫 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 原田 広史 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 山縣 敏博 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 イリジウムが添加され、高温強度及び耐
高温腐食性が改善されたことを特徴とするイリジウム添
加Ｎｉ基超耐熱合金。 - 【請求項２】 整然と整列した合金組織を有し、析出強
化され、かつ、γ相及びγ′相中にイリジウムが固溶
し、固溶強化された請求項１記載のイリジウム添加Ｎｉ
基超耐熱合金。 - 【請求項３】 イリジウムが、 0.1原子％以上５原子％
以下の範囲で添加された請求項１又は２記載のイリジウ
ム添加Ｎｉ基超耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29555297A JP3646155B2 (ja) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28511996 | 1996-10-28 | ||
| JP8-285119 | 1996-10-28 | ||
| JP29555297A JP3646155B2 (ja) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10183281A true JPH10183281A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3646155B2 JP3646155B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=26555746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29555297A Expired - Lifetime JP3646155B2 (ja) | 1996-10-28 | 1997-10-28 | イリジウム添加Ｎｉ基超耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646155B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1580285A4 (en) * | 2002-10-30 | 2006-05-24 | Nat Inst For Materials Science | PROGRAM FOR SUPPORTING THE DESIGN OF GAMMA-STITCH-DECAYING-RESIN-NI-BASED-SUPER-ALLOYS WITH PLATING GROUP ELEMENTS AND DEVICE FOR SUPPORTING THE DESIGN OF GAMMA-STITCH-DECAYING-FILLED-NI-BASIC-SUPER-ALLOYS WITH PLATING GROUP ELEMENTS |
-
1997
- 1997-10-28 JP JP29555297A patent/JP3646155B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1580285A4 (en) * | 2002-10-30 | 2006-05-24 | Nat Inst For Materials Science | PROGRAM FOR SUPPORTING THE DESIGN OF GAMMA-STITCH-DECAYING-RESIN-NI-BASED-SUPER-ALLOYS WITH PLATING GROUP ELEMENTS AND DEVICE FOR SUPPORTING THE DESIGN OF GAMMA-STITCH-DECAYING-FILLED-NI-BASIC-SUPER-ALLOYS WITH PLATING GROUP ELEMENTS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3646155B2 (ja) | 2005-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
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|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041209 |
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