JPWO2013088692A1 - 耐時効性に優れた鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で、0.015〜0.055%C−0.01〜0.10%Si−0.1〜2.0%Mn−0.01〜0.20%P−0.01〜0.05%S−0.01〜0.12%Al−0.05〜0.55%Ti−0.001〜0.005%Nを含み、TiとCの比を調整して含む組成のスラブに、種々の条件の、粗圧延、仕上圧延からなる熱間圧延を施して2.0〜4.0mmの熱延板とした。ついで、得られた熱延板を酸洗し、冷間圧延を施して0.25〜1.0mmの冷延板とし、ついで、種々の条件の均熱処理を施した。
図1から、dL/dtを1.1以上とすることにより、時効指数AIを10MPa以下とすることができることがわかる。また、図2から、dL/dtを1.1以上とすることにより、時効後の降伏応力を400MPa以下とすることができることがわかる。
析出物(TiC)を粗大化することにより、とくに圧延方向(板厚方向に比して析出物の密度が低い)の、フェライト粒の成長が阻害されないことから、フェライト粒の、圧延方向平均粒径dLと板厚方向平均粒径dtとの比、dL/dt、を大きくできる。そして、フェライト粒のdL/dtが大きくなることにより、歪付加時に板厚方向に歪を集中させることができ、時効処理後に、引張方向(圧延方向)の降伏応力の増加量が少なくなり、結果として時効指数AIも小さくすることができる。
(1)質量%で、
C:0.015〜0.05%、 Si:0.10%未満、
Mn:0.1〜2.0%、 P:0.20%以下、
S:0.1%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.005%以下、 Ti:0.06〜0.5%
を含み、かつCとTiが下記(1)式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物を含む組成を有し、フェライト相を主体とし、該フェライト相の平均粒径が7μm以上で、かつフェライト相の、圧延方向平均粒径dLと板厚方向平均粒径dtとの比、dL/dt、が1.1以上である組織を有し、下記圧延方向のAI(時効指数aging index)値が10MPa以下である耐時効性に優れた鋼板。
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
ここで、Ti*=Ti−3.4N、
Ti、C、N:各元素の含有量(質量%)、
圧延方向のAI値は、圧延方向が引張方向となるように引張試験片を採取し、7.5%の予歪を付与し、100℃×30minの時効処理を施した後の降伏応力から、7.5%予歪後の応力を減じた値で定義される。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、B:0.0005〜0.0050%を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%、のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%のうちの1種または2種を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記鋼板が、板厚:0.5mm以下の薄鋼板であることを特徴とする耐時効性に優れた鋼板。
(6)(1)ないし(5)のいずれかにおいて、前記鋼板が、表面にめっき層を有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板。
(7)鋼素材を、加熱し粗圧延および仕上圧延からなる熱間圧延を施して熱延板とする鋼板の製造方法において、前記鋼素材が、質量%で、C:0.015〜0.05%、Si:0.10%未満、Mn:0.1〜2.0%、P:0.20%以下、S:0.1%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.005%以下、 Ti:0.06〜0.5%を含み、かつCとTiが次(1)式
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
(ここで、Ti*(質量%)=Ti−3.4N、Ti、C、N:各元素の含有量(質量%))
を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物を含む組成を有し、前記熱間圧延が、900〜950℃の温度範囲の保持時間が3s以上であり、前記仕上圧延が、仕上圧延終了温度:Ar3変態点以上の温度で圧延を終了する圧延とし、該仕上圧延終了後、前記熱延板を平均冷却速度:50℃/s以下で冷却し、巻取温度:600℃以上で巻き取る耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(8)(7)において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、B:0.0005〜0.0050%を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(9)(7)または(8)において、前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%、のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(10)(7)ないし(9)のいずれかにおいて、 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%のうちの1種または2種を含有することを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(11)(7)ないし(10)のいずれかにおいて、前記熱間圧延における前記粗圧延が、合計圧下率:80%以上で、最終圧延温度:1150℃以下とする圧延であることを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(12)(7)ないし(11)のいずれかにおいて、前記熱延板にさらに、酸洗および冷間圧延を施し冷延板とし、該冷延板にさらに650〜850℃の範囲の均熱温度で10〜300s間保持する均熱処理を施すことを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
(13)(7)ないし(12)のいずれかにおいて、前記鋼板に、さらにめっき処理を施すことを特徴とする耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
上記(1)〜(4)の鋼板組成については、
「質量%で、C:0.015〜0.05%、Si:0.10%未満、Mn:0.1〜2.0%、P:0.20%以下、S:0.1%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.005%以下、Ti:0.06〜0.5%を含み、
あるいはさらに(optionally)、質量%で、B:0.0005〜0.0050%を含有し、
あるいはさらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%、のうち少なくともいずれかを含有し、
あるいはさらに、質量%で、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%のうち少なくともいずれかを含有し、
かつCとTiが次(1)式
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
(ここで、Ti*(質量%)=Ti−3.4N、Ti、C、N:各元素の含有量(質量%))
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる」と表現することもできる。上記(7)〜(10)の鋼素材組成についても同様である。
Cは、精錬時の溶存酸素を低減し、介在物の形成を抑制する作用を有する。また、Cは、TiCの形成を促進させる。このような効果を得るためには、0.015%以上の含有を必要とする。一方、0.05%を超えて含有すると、鋼板を硬質化させ、さらに固溶Cとして存在すると、時効硬化を促進する。このため、C含有量は0.015〜0.05%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.035%である。
Siは、多量に含有すると、鋼板が硬質化し、加工性(press formability)が低下する。また、Siは焼鈍時にSi酸化被膜を生成し、めっき性を阻害する。また、Siは、熱間圧延時に、オーステナイト(γ)→フェライト(α)変態温度を上昇させるため、γ域でTiCを析出させることが難しくなる。このため、Si含有量は0.10%未満に限定した。なお、0.05%以下が好ましく、さらには0.04%以下が好ましい。またより好ましくは0.03%以下であり、さらに好ましくは0.02%以下である。Siは含有されていなくても問題はない。
Mnは、鋼中で、有害なSをMnSとして固定し、Sの悪影響を抑制する作用を有する。また、Mnは、固溶して鋼を硬質化するとともに、オーステナイト(γ)を安定化する作用を有する。このような効果を得るためには、0.1%以上のMnの含有を必要とする。一方、2.0%を超えるMnの多量含有は、冷却時に低温変態相(bainite and/or martensite)の増加をもたらすことで、鋼板の硬質化を招き、加工性を低下させる。このようなことから、Mn含有量は0.1〜2.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは0.3%以下である。
Pは、粒界に偏析し、延性や靭性を低下させる。また、Pは、熱間圧延時に、オーステナイト(γ)→フェライト(α)変態温度を上昇させるため、γ域でTiCを析出させることが難しくなる。このため、P含有量はできるだけ低減することが望ましいが、0.20%までは許容できる。なお、好ましくは0.1%以下、より好ましくは0.05%以下、さらに好ましくは0.03%以下である。Pは含有されていなくても問題はない。
Sは、熱間での延性を著しく低下させ、熱間割れ(hot roll cracking)を誘発して表面性状を著しく低下させる。さらに、Sは強度増加にはほとんど寄与しないうえ、不純物として粗大なMnSを形成し、延性および靭性を低下させる。このため、S含有量はできるだけ低減することが望ましいが、0.1%までは許容できる。なお、好ましくは0.05%以下、より好ましくは0.02%以下、さらに好ましくは0.01%以下である。Sは含有されていなくても問題はない。
Alは、脱酸剤として作用する。このような効果を得るためには0.01%以上のAlの含有を必要とする。一方、0.10%を超えるAlの多量含有は、熱間圧延時に、オーステナイト(γ)→フェライト(α)変態温度を上昇させるため、γ域でのTiCの析出を難しくする。このため、Al含有量は0.01〜0.10%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.06%以下、より好ましくは0.04%以下である。
Nは、Tiと結合し、TiNを形成することにより、Ti炭化物として析出する有効Ti量を低減する。また、Nは多量含有すると、熱間圧延中にスラブ割れを誘発することにより、表面疵を多発させる恐れがある。このようなことから、N含有量は0.005%以下に限定した。なお、好ましくは0.003%以下、さらに好ましくは0.002%以下である。Nは含有されていなくても問題はない。
Tiは、固溶C,Nと結合してTi炭窒化物を形成し、固溶C,Nによる時効硬化を抑制する作用を有する。このような効果を得るためには、Tiを0.06%以上含有する必要がある。一方、0.5%を超える多量のTi含有は、製造コストの高騰を招くとともに、熱間圧延時に、オーステナイト(γ)→フェライト(α)変態温度を上昇させるため、γ域でのTiCの析出を難しくする。このため、Ti含有量は0.06〜0.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜0.3%、より好ましくは0.2%以下、さらに好ましくは0.15%以下である。
なお、Tiは上記した範囲内でかつ、次(1)式を満足するように調整して含有する。
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
なお、ここで、Ti*(質量%)=Ti−3.4N(ここで、Ti、C、N:各元素の含有量(質量%))である。Ti*は、TiNとして析出する以外のTi量を意味する。Ti*/Cが4以上とすることにより、固溶Cを全てをTiCとして析出させることができ、時効硬化を抑制することができる。なお、Ti*/Cの上限はとくに限定しないが、10程度以下とすれば十分である。なお、Ti*/Cは好ましくは5以上、さらに好ましくは6以上である。
Bは、熱間圧延時に、γ粒界に偏析して粒界を安定化させることで、フェライトの核生成サイトを減らし、フェライト粒を粗大化させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.0005%以上含有することが望ましい。一方、0.0050%を超える含有は、熱間圧延時に、γの再結晶を大きく抑制するため、熱間圧延荷重の増大を招くとともに、冷延後の焼鈍時に再結晶を著しく抑制する。このため含有する場合には、B含有量は0.0005〜0.0050%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0010〜0.0030%、さらに好ましくは0.0020%以下である。
Nb、V、W、Mo、Crは、いずれも、炭化物形成元素であり、炭化物形成を介して固溶Cの減少に寄与し、耐時効性を改善する作用を有し、必要に応じて選択して含有できる。このような効果を得るためには、Nb:0.005%以上、V:0.005%以上、W:0.005%以上、Mo:0.005%以上、Cr:0.005%以上、をそれぞれ含有することが望ましい。一方、Nb:0.1%、V:0.1%、W:0.1%、Mo:0.1%、Cr:0.1%を、それぞれ超える含有は、鋼板を硬質化させ、加工性を低下させる。このため、含有する場合は、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%の範囲にそれぞれ限定することが好ましい。なお、より好ましくはNb:0.05%以下、V:0.05%以下、W:0.05%以下、Mo:0.05%以下、Cr:0.05%以下である。
Ni、Cuはいずれも、熱間圧延時にγ相を細粒化し、γ相中でのTiCの析出を促進する作用を有し、必要に応じて1種または2種を含有できる。このような効果を得るためには、それぞれ、Ni:0.01%以上、Cu:0.01%以上の含有を必要とする。一方、Ni:0.1%、Cu:0.1%をそれぞれ超える含有は、熱間圧延時の圧延荷重が増大し、生産性が著しく低下する。このため、含有する場合は、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%の範囲に、それぞれ限定することが好ましい。なお、より好ましくはNi:0.05%以下、Cu:0.05%以下である。
本発明鋼板は、軟質で加工性に優れたフェライトを主体とする組織を有する。ここで、「主体」とは、鋼板の断面で観察し面積率で95%以上、好ましくは98%以上、さらに好ましくは100%を占有する組織をいうものとする。なお、フェライト以外の第二相としては、パーライト、セメンタイト、ベイナイト、マルテンサイト等が例示できる。
フェライトの平均粒径が小さくなると鋼板が硬質化し、加工性が低下する。このため、本発明ではフェライトの平均粒径を7μm以上に限定した。フェライトの平均粒径の上限はとくに限定しないが、粒径が大きくなると加工時に、オレンジピールと称する表面凹凸模様ができやすくなる。このため、フェライトの平均粒径を50μm以下とすることが望ましい。なお、より好ましくは30μm以下である。
本発明では、鋼素材を、鋳造後、冷片あるいは温片を加熱しあるいは熱片まま直接、粗圧延および仕上圧延からなる熱間圧延を施して熱延板とする。
粗圧延での圧下率を大きくすることにより、TiCが歪誘起析出(strain induced precipitation)しやすくなり、オーステナイト域でのTiCの析出が促進できる。このような効果を得るためには、合計圧下率を80%以上とすることが望ましい。なお、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは88%以上である。粗圧延での合計圧下率の上限はとくに限定しないが、通常の粗圧延設備で可能な範囲である、95%以下とすることが好ましい。
粗圧延の圧延終了温度を低下することにより、TiCの歪誘起析出が顕著となり、オーステナイト域でのTiCの析出を促進することができる。このような効果を得るためには1150℃以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは1100℃以下、さらに好ましくは1050℃以下である。後続の仕上圧延との関係から1000℃以上とすることが好ましい。
仕上圧延は、Ar3変態点以上の仕上圧延終了温度で圧延を終了する。仕上圧延終了温度がAr3変態点未満では、圧延中にフェライトが生成するため、TiCの析出駆動力が高くなり、その結果圧延時の加工歪によりTiCが歪誘起析出して、TiCがフェライト中に微細に析出する。このため、所望の低い時効指数AIを確保できなくなる。なお、Ar3変態点は950℃で50%の圧下を行ったのち10℃/sの冷却速度で冷却したときの熱膨張曲線より求めた値を用いるものとする。
熱間圧延終了後の冷却を遅くすると、オーステナイト域で析出したTiCを核にして、TiCを粗大に析出させることができる。そのため、熱間圧延終了後の冷却速度、すなわち仕上圧延終了から巻取りまでの平均冷却速度を50℃/s以下に限定する。熱間圧延終了後の冷却速度が50℃/sを超えると、TiC が微細に析出し、粗大なTiCを確保できなくなる。なお、好ましくは40℃/s以下、よりに好ましくは30℃/s以下、さらに好ましくは20℃/s以下である。熱間圧延終了後の冷却速度の下限はとくに限定する必要はないが、遅い冷却では、スケール厚が厚くなり、歩留りの低下をもたらすため、10℃/s以上とすることが好ましい。
巻取温度が低温であると、析出する炭化物(TiC)が微細となり、鋼板が硬質化するうえ、炭化物の析出が不十分で、Cは固溶されたままとなる。固溶Cが残存すると、その鋼板は時効硬化する。このようなことを避けるため、巻取温度は600℃以上とした。なお、好ましくは620℃以上、より好ましくは650℃以上である。巻取温度の上限はとくに限定しないが、スケール起因の表面欠陥を防止する意味から、上限は750℃とすることが好ましい。
均熱処理温度(均熱温度):650〜850℃
均熱(焼鈍)温度が650℃未満では、再結晶が十分に生じないため、所望の延性を確保できなくなる。一方、850℃を超える温度では、TiCが再固溶し、固溶Cが残存したり、フェライトの粒が成長し、等軸粒化(polygonal ferriteに近づくこと)が進行する。このため、圧延方向のフェライト粒径と板厚方向のフェライト粒径との比、dL/dtが、1.1未満となる場合がある。このため、均熱処理温度(均熱温度)は650〜850℃の範囲の温度とすることが好ましい。なお、より好ましくは700〜800℃、さらに好ましくは700〜770℃、とくに好ましくは700〜750℃である。
均熱時間が10s未満では、再結晶が完了しないため、延性が低下する。一方、300sを超えると、フェライトの粒成長が進行し等軸粒化するため、dL/dtが1.1未満となる場合がある。このため、均熱処理の均熱時間は10〜300sの範囲とすることが好ましい。なお、より好ましくは30〜200s、さらに好ましくは60〜200sである。
得られた鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を研磨し、腐食液:ナイタールで腐食し、組織を現出させ、光学顕微鏡(倍率:100倍)で観察した。
まず、圧延方向断面で板厚×1mmの領域について、各フェライト粒の圧延方向と板厚方向の切片長さをそれぞれ求め、それらの算術平均をそれぞれ算出し、圧延方向の平均切片長さ、および板厚方向の平均切片長さとする。そして、この圧延方向の平均切片長さおよび板厚方向の平均切片長さを、圧延方向のフェライト平均粒径dL、板厚方向のフェライト平均粒径dtとする。これらdL、dtから、次式
2/(1/dL+1/dt)
で算出される値を、平均のフェライト粒径と定義する。また、これらdLdtから、dL/dtを算出した。
また、圧延方向断面で板厚×1mmの領域について、撮像した組織写真に基づき、画像解析により、組織全体に対する面積率(%)で、フェライトの組織分率(面積%)も求めた。
得られた鋼板から、引張方向が圧延方向となるように、JIS 5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して、引張速度:10 mm/minで引張試験を実施し、引張特性(降伏点YP、引張強さTS、伸びEl)を求めた。
得られた鋼板から、引張方向が圧延方向となるように、JIS 5号引張試験片を採取し、該引張試験片にまず、7.5%予歪を付与したのち、100℃×30minの時効処理を施した。時効処理後、JIS Z 2241の規定に準拠して、引張試験を実施し、時効処理後の降伏応力を求めた。そして、時効処理後の降伏応力と、7.5%予歪付与後の強度(応力)との差(増加量)を算出し、AI(時効指数)とした。なお、得られた鋼板から、引張方向が圧延方向となるように、JIS 5号引張試験片を採取し、該引張試験片に50℃で3ヶ月間の時効処理を施したのち、引張速度:10 mm/minで引張試験を実施し、時効処理後の降伏点YPを求めた。
Claims (13)
- 質量%で、
C:0.015〜0.05%、 Si:0.10%未満、
Mn:0.1〜2.0%、 P:0.20%以下、
S:0.1%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.005%以下、 Ti:0.06〜0.5%
を含み、かつCとTiが下記(1)式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物を含む組成を有し、フェライト相を主体とし、該フェライト相の平均粒径が7μm以上で、かつフェライト相の、圧延方向平均粒径dLと板厚方向平均粒径dtとの比、dL/dt、が1.1以上である組織を有し、下記圧延方向のAI(時効指数aging index)値が10MPa以下である耐時効性に優れた鋼板。
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
ここで、Ti*=Ti−3.4N、
Ti、C、N:各元素の含有量(質量%)、
圧延方向のAI値は、圧延方向が引張方向となるように引張試験片を採取し、7.5%の予歪を付与し、100℃×30minの時効処理を施した後の降伏応力から、7.5%予歪後の応力を減じた値で定義される。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、B:0.0005〜0.0050%を含有する請求項1に記載の鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載の鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有する請求項1ないし3のいずれかに記載の鋼板。
- 前記鋼板が、板厚:0.5mm以下の薄鋼板である請求項1ないし4のいずれかに記載の鋼板。
- 前記鋼板が、表面にめっき層を有する請求項1ないし5のいずれかに記載の鋼板。
- 鋼素材を、加熱し粗圧延および仕上圧延からなる熱間圧延を施して熱延板とする鋼板の製造方法において、
前記鋼素材が、質量%で、
C:0.015〜0.05%、 Si:0.10%未満、
Mn:0.1〜2.0%、 P:0.20%以下、
S:0.1%以下、 Al:0.01〜0.10%、
N:0.005%以下、 Ti:0.06〜0.5%
を含み、かつCとTiが下記(1)式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物を含む組成を有し、
前記熱間圧延が、900〜950℃の温度範囲の保持時間が3s以上であり、
前記仕上圧延が、仕上圧延終了温度:Ar3変態点以上の温度で圧延を終了する圧延とし、該仕上圧延終了後、前記熱延板を平均冷却速度:50℃/s以下で冷却し、巻取温度:600℃以上で巻き取る耐時効性に優れた鋼板の製造方法。
Ti*/C≧4 ‥‥(1)
ここで、Ti*=Ti−3.4N、
Ti、C、N:各元素の含有量(質量%) - 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、B:0.0005〜0.0050%を含有する請求項7に記載の鋼板の製造方法。
- 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、W:0.005〜0.1%、Mo:0.005〜0.1%、Cr:0.005〜0.1%からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有する請求項7または8に記載の鋼板の製造方法。
- 前記鋼素材が、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.01〜0.1%、Cu:0.01〜0.1%からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有する請求項7ないし9のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延における前記粗圧延が、合計圧下率:80%以上で、最終圧延温度:1150℃以下とする圧延である請求項7ないし10のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
- 前記熱延板にさらに、酸洗および冷間圧延を施し冷延板とし、該冷延板にさらに650〜850℃の範囲の均熱温度で10〜300s間保持する均熱処理を施す請求項7ないし11のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
- 前記鋼板に、さらにめっき処理を施す請求項7ないし12のいずれかに記載の鋼板の製造方法。
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