KR101225794B1 - Method and apparatus for manufacturing steel sheet with ultra high strength - Google Patents
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Abstract
슬라브(slab)를 Ar3 온도 보다 높은 온도에서 열간 압연하고, 열간 압연된 열연 강판 내에 페라이트를 생성하기 위해 서냉한 후, 열연 강판 내에 마르텐사이트 생성을 위해 마르텐사이트 변이점(Ms) 직하의 온도까지 급랭시키고, 급랭된 열연 강판을 400℃ 내지 300℃ 온도에서 보온 터널(tunnel)을 이용하여 유지한 후, 열연 강판을 코일(coil)로 권취하는 강판 제조 방법 및 장치를 제시한다. The slab is hot rolled at a temperature higher than the Ar3 temperature, quenched to produce ferrite in the hot rolled hot rolled steel sheet, and then quenched to a temperature directly below the martensite transition point (Ms) for martensite formation in the hot rolled steel sheet. After the quenched hot rolled steel sheet is maintained using a thermal insulation tunnel at a temperature of 400 ° C to 300 ° C, a method and apparatus for manufacturing a steel sheet for winding a hot rolled steel sheet with a coil are presented.
Description
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 특히 초고강도 강판 제조 방법 및 이에 사용되는 제조 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steel sheet manufacturing technology, and more particularly, to a method of manufacturing an ultra high strength steel sheet and a manufacturing apparatus used therefor.
비철금속재료에 대해 철강재료의 경쟁력을 확보하기 위해서, 고강도 및 고인성의 철강재를 개발하고자 노력하고 있다. 자동차를 비롯한 수송 기계용 구조재료에서 비철금속에 비해 철강재료가 경쟁력을 갖추기 위해서 보다 높은 강도를 가지는 철강재가 요구되고 있다. 자동차용 강재의 경우 차체 무게 감소를 통한 에너지(energy) 절감과 연비상승효과, 이산화탄소(CO2) 가스 배출량 감소로 인한 친환경적 효과를 확보하기 위해서 초고강도의 강판이 요구되고 있다. In order to secure the competitiveness of steel materials against nonferrous metal materials, we are trying to develop high strength and high toughness steel materials. In order to make steel materials more competitive than nonferrous metals in structural materials for automobiles and other transportation machinery, steel materials having higher strength are required. In the case of automotive steels, steel sheets of high strength are required to secure energy-saving effects, increase fuel efficiency, and eco-friendly effects due to reduction of carbon dioxide (CO 2 ) gas emissions by reducing body weight.
본 발명은 강도 확보를 위한 추가적인 열처리를 배제하면서도 높은 강도를 가질 수 있는 강판 제조 방법을 제시하고자 한다. The present invention is to propose a method for manufacturing a steel sheet that can have a high strength while eliminating additional heat treatment to secure the strength.
본 발명의 일 관점은, 슬라브(slab)를 Ar3 온도 보다 높은 온도에서 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 열연 강판 내에 페라이트를 생성하기 위해 서냉하는 단계; 상기 열연 강판 내에 마르텐사이트 생성을 위해 마르텐사이트 변이점(Ms) 직하의 온도까지 급랭시키는 단계; 상기 급랭된 열연 강판을 400℃ 내지 300℃ 온도에서 유지시키는 온도 유지 단계; 및 상기 열연 강판을 코일(coil)로 권취하는 단계를 포함하는 강판 제조 방법을 제시한다. One aspect of the invention, the step of hot rolling a slab (slab) at a temperature higher than the Ar3 temperature; Slow cooling to produce ferrite in the hot rolled hot rolled steel sheet; Quenching to a temperature directly below the martensite transition point (Ms) to produce martensite in the hot rolled steel sheet; A temperature maintaining step of maintaining the quenched hot rolled steel sheet at a temperature of 400 ° C. to 300 ° C .; And it provides a steel sheet manufacturing method comprising the step of winding the hot rolled steel sheet with a coil (coil).
본 발명의 다른 일 관점은, 슬라브(slab)를 열간 압연하는 열간 압연부; 상기 열간 압연부로부터 이송되는 상기 열간 압연된 열연 강판에 급수하여 급랭시키는 급랭부; 상기 급랭부와 상기 열간 압연부 사이에서 상기 이송되는 상기 열연 강판이 공랭되는 서냉 구간; 상기 급랭된 열연 강판을 코일(coil)로 권취하는 권취기; 및 상기 권취기와 상기 급랭부 사이에 이송되는 상기 열연 강판이 보온되며 통과되는 보온 터널(tunnel)을 포함하는 강판 제조 장치를 제시한다. Another aspect of the invention, the hot rolling unit for hot rolling the slab (slab); A quenching unit for supplying and quenching the hot rolled hot rolled steel sheet conveyed from the hot rolling unit; A slow cooling section in which the hot rolled steel sheet being conveyed is cooled between the quench portion and the hot rolling portion; A winder for winding the quenched hot rolled steel sheet with a coil; And a thermal insulation tunnel through which the hot rolled steel sheet which is transferred between the winder and the quenching portion is insulated and passed.
본 발명의 실시예에 따르면, 열연 강판 내에 페라이트 생성을 통해 연신율을 확보하고, 급랭을 통해 마르텐사이트의 생성을 유도하여 높은 강도를 확보하는 강판 제조 방법을 제시할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제조된 강판은 900MPa 내지 1000Mpa의 인장 강도 및 15% 내지 20%의 연신율을 확보할 수 있다. 열연 강판의 급랭 후 코일(coil)로의 권취 이전 과정 동안 등온을 유지함으로써, 급랭 시 유발될 수 있는 내부 응력을 감소시키고 과포화된 마르텐사이트 내의 탄소를 이동시켜 잔류 오스테나이트의 안정화를 구현할 수 있다. 이러한 권취 전 등온 유지를 위해서, 열간 압연부와 코일 권취부 사이의 열연 강판의 이동 경로에 보온 터널(tunnel)을 구비하는 강판 제조 장치를 제시할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a steel sheet manufacturing method for securing a high strength by ensuring the elongation through the production of ferrite in the hot-rolled steel sheet, induces the production of martensite through rapid cooling. Steel sheet manufactured according to an embodiment of the present invention can secure a tensile strength of 900MPa to 1000Mpa and an elongation of 15% to 20%. By maintaining isothermal during the process of quenching the hot rolled steel sheet before winding to the coil, it is possible to reduce internal stress that may be caused during quenching and to move carbon in the supersaturated martensite to achieve stabilization of residual austenite. In order to maintain the isothermal temperature before the winding, a steel sheet manufacturing apparatus having a heat insulating tunnel in the movement path of the hot rolled steel sheet between the hot rolling portion and the coil winding portion can be proposed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 장치를 보여주는 도면들이다. 1 is a view showing a steel sheet manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are views showing a steel sheet manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예는 열간 압연을 수행한 후 다단 냉각을 통해 초고강도 열연 강판을 제조하는 방법을 제시한다. 자동차의 내부 구조용으로 많이 사용되어지고 있는 열연 강판은 대부분 페라이트와 펄라이트의 조직 구조를 가지고 있으며, 연신율은 30% 내지 50%의 수준으로 높게 구현되지만, 인장강도가 400MPa 내지 500MPa의 수준이다. 본 발명의 실시예에 따른 다단 냉각을 이용한 열연 강판 제조 방법은, 900MPa 내지 1000Mpa의 인장 강도 및 15% 내지 20%의 연신율을 확보할 수 있어, 자동차용 강판에 요구되는 기계적 성질에 부합될 수 있다. An embodiment of the present invention proposes a method of manufacturing an ultra-high strength hot rolled steel sheet through multi-stage cooling after performing hot rolling. Hot rolled steel sheet, which is widely used for the internal structure of automobiles, mostly has a structure of ferrite and pearlite, and its elongation is realized at a level of 30% to 50%, but its tensile strength is 400MPa to 500MPa. Hot rolled steel sheet manufacturing method using a multi-stage cooling according to an embodiment of the present invention, it is possible to secure a tensile strength of 900MPa to 1000Mpa and an elongation of 15% to 20%, can meet the mechanical properties required for automotive steel sheet. .
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은, 슬라브(slab)를 가열로에서 추출 후, Ac3 온도 이상인 오스테나이트 영역에서 두께 1.2T(㎜) 내지 2.0T까지 마무리 열간 압연을 실시한다(S1). 가열로에서 가열된 슬라브는 폭압연기(SSP: Slab Sizing Press)에 의해 200 내지 300㎜ 정도 폭으로 폭압연될 수 있으며, 이후에, 사상 압연에서 요구되는 두께 폭, 예컨대, 30 내지 60㎜ 두께로 조압연(RM: Rough Mill)할 수 있다. 이후에, 스케일(scale)을 제거한 후, 도 2에 제시된 바와 같이 사상 압연기(FM: Finishing Mill: 210)를 이용하여 요구되는 두께 1.2T 내지 2.0T의 열연 강판(100)으로 열간 압연한다. 이러한 사상 압연기(210) 등을 포함하여 강판 제조 장치의 열간 압연부가 구성될 수 있다. Referring to Figure 1, in the steel sheet manufacturing method according to an embodiment of the present invention, after extracting the slab (slab) in a heating furnace, finish hot rolling to a thickness of 1.2T (mm) to 2.0T in the austenite region of the Ac 3 temperature or more (S1). The slab heated in the furnace may be rolled to a width of about 200 to 300 mm by a slab sizing press (SSP), and then, to a thickness width required for finishing rolling, for example, to a thickness of 30 to 60 mm. Rough Mill (RM). Thereafter, after removing the scale, hot rolling is performed to the hot rolled
열간 압연은 Ac3 온도 이상인 오스테나이트 영역의 온도, 예컨대, 850℃ 내지 950℃의 온도, 바람직하게는 900℃ 이상의 온도에서 수행된다. 이에 따라, 실질적으로 오스테나이트의 조직을 갖는 열연 강판이 압연된다. The hot rolling is carried out at a temperature in the austenite region above the Ac 3 temperature, for example at temperatures between 850 ° C. and 950 ° C., preferably at least 900 ° C. As a result, the hot rolled steel sheet having a substantially austenite structure is rolled.
본 발명의 실시예에 따른 강 슬라브는 극저탄소강이 적용될 수 있으며, 예컨대, 0.08중량부(wt%) 내지 0.15wt%의 탄소(C)가 함유되고, 1.5wt% 이하의 실리콘(Si), 1.5wt% 이하의 망간(Mn), 0.015wt% 이하의 인(P), 0.015wt% 이하의 티타늄(Ti), 0.5wt% 이하의 알루미늄(Al) 및 0.003wt% 이하의 질소(N)를 포함하고, 잔부량이 철(Fe)인 탄소강으로 슬라브가 제조될 수 있다. 이때, 니오븀(Nb)과 같은 첨가 원소가 더 첨가될 수 있으며, 구리(Cu)나 주석(Sn)과 같은 불순물이나 순환성 원소(trampt element)가 함유될 수 있고, 황(S)이 0.01wt% 이하로 함유될 수도 있다. 탄소는 0.1wt% 내지 1.15wt% 정도 함유되는 것이 보다 유효할 수 있다. Steel slab according to an embodiment of the present invention may be applied to ultra-low carbon steel, for example, 0.08 parts by weight (wt%) to 0.15wt% of carbon (C), 1.5wt% or less of silicon (Si), 1.5 wt% or less manganese (Mn), 0.015 wt% or less phosphorus (P), 0.015 wt% or less titanium (Ti), 0.5 wt% or less aluminum (Al), and 0.003 wt% or less nitrogen (N) Slabs can be made of carbon steel, the balance of which is iron (Fe). At this time, an additional element such as niobium (Nb) may be further added, an impurity such as copper (Cu) or tin (Sn) or a cyclic element may be contained, and sulfur (S) is 0.01 wt%. It may be contained in% or less. It may be more effective to contain about 0.1 wt% to 1.15 wt% carbon.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 열간 압연을 850℃ 내지 950℃의 온도에서 수행하여(S1), 실질적으로 오스테나이트의 조직을 갖는 열연 강판(도 2의 100)이 압연한 후, 초기 서냉 구간을 도입한다(S2). 서냉 과정은 공랭(air cooling) 과정으로 수행될 수 있으며, 열간 압연물, 즉, 열연 강판(100)의 온도가 대략 800℃까지 감소될 때까지 대략 10초 이내 예컨대, 대략 2초 내지 10초 정도 공랭 상태로 유지한다. 열연 압연 과정에서 열연 강판(100)은 런아웃테이블(ROT: Run Out Table) 구간(도 2의 230)으로 이동하여 통과되는 데, ROT 구간(230)의 초기에 서냉 구간(도 2의 220)을 도입하여 열연 강판(100)을 서냉시킨다. 서냉 구간(220)은 ROT 구간(230)과 달리 공랭 상태로 열연 강판(100)이 이송되게 하는 구간이다. Referring again to FIGS. 1 and 2, the hot rolling is performed at a temperature of 850 ° C. to 950 ° C. (S1), after which the hot rolled steel sheet (100 in FIG. 2) having a substantially austenitic structure is rolled, and then initially cooled slowly. The section is introduced (S2). The slow cooling process may be performed by an air cooling process, and within about 10 seconds, for example, about 2 to 10 seconds until the temperature of the hot rolled material, that is, the hot-rolled
이러한 서냉 구간(S2, 220)을 도입함으로써, 서냉 과정 중에 열연 강판(100)의 조직 내에 연질 조직인 페라이트를 대략 25% 내지 50% 생성시킨다. 강판의 조직 내에 페라이트를 생성시킴으로써 연신율을 확보할 수 있다. 유효하게는 페라이트와 오스테나이트가 대략 50 : 50 비율로 열연 강판(100)의 조직 내에 형성되도록 유도한다. By introducing such slow cooling sections S2 and 220, approximately 25% to 50% of the soft structure ferrite is generated in the structure of the hot rolled
이후에, 마르텐사이트 변이점, 즉, Ms점(martensite start point) 직하까지 급냉시킨다(S3). 이러한 급랭 과정은 ROT 구간(230)을 열연 강판(100)이 통과되며 수행될 수 있다. 예컨대, 급랭 과정은 열연 강판(100)에 냉각수를 급수 또는 분사하여, 냉각수의 층류에 의한 수냉 작용에 의해 급랭이 이루어지게 한다. 이러한 ROT 구간(230)을 포함하여 급랭부가 구성될 수 있다. 이러한 급랭 구간(S3)은 열연 강판(100)의 온도가 마르텐사이트 변이점인 Ms점 이하, 예컨대, 300℃ 내지 400℃의 온도로 떨어지게 수행된다. 이러한 급랭 구간(S3)에 의해서, 강판(100)의 조직 내에 마르텐사이트 조직이 변태 생성된다. 1차적으로 마르텐사이트 조직을 강판(100) 내에 생성시킴으로써, 강판(100)의 강도를 증가시킬 수 있다. Subsequently, it is quenched immediately below the martensite transition point, that is, the Ms point (martensite start point) (S3). This quenching process may be performed while the hot rolled
이러한 급랭 과정에 의한 마르텐사이트의 형성에 의해서, 열연 강판(100) 내부에 내부 응력이 증가되고, 내부 응력 증가에 따라 크랙(crack) 발생의 위험이 증가된다. 증가된 내부 응력을 완화하여 감소시키고 침입형 원소, 예컨대, 탄소 원자의 확산을 유도하기 위해서, 급랭 구간(S3) 이후에 등온 유지 구간(S4)을 도입한다. 등온 유지 구간(S4)은 수 초(sec) 정도 유지될 수 있으며, 보다 유효하게는 3초 내지 5초 정도 유지될 수 있다. 이러한 등온 유지 구간(S4)은 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 열연 강판(100)의 온도가 유지되게 한다. 등온 유지 시 열연 강판(100) 내에 발생된 내부 응력은 완화되어 감소되고, 과포화된 마르텐사이트 내의 탄소 또한 이동 확산할 수 있다. 이러한 탄소 확산 이동에 의해서 잔류 오스테나이트의 안정화가 구현될 수 있다. Due to the formation of martensite by the quenching process, an internal stress increases in the hot-rolled
코일(coil)로 권취되기 이전에 열연 강판(100)은 1.2T 내지 2.0T 정도의 얇은 두께의 강판 형태로 유지되므로, 대기 중에 노출시키는 공랭 상태에서도 온도는 급격히 감소될 수 있다. 즉, 얇은 강판 상태에서는 상대적으로 열 발산 표면적에 비해 체적이 작은 상태이므로, 열 발산이 상대적으로 크게 된다. 따라서, 공랭 상태로는 수 초간의 등온 유지가 이루어지기 어렵다. 본 발명의 실시예에서는 등온 유지 구간(S4)를 확보하기 위해서, 도 2 및 도 3에 제시된 바와 같은 보온 터널(tunnel: 240)을 도입한다. Since the hot rolled
즉, 급랭 구간(S3)인 ROT 구간(230)과 열연 강판(100)이 코일(111)로 권취되는 권취기(250) 사이에 이동 경로에, 등온 유지 구간(S4)을 제공하는 보온 터널(240)을 설치한다. 보온 터널(240)은 도 3에 제시된 바와 같이, 이송 중인 열연 강판(100)을 덮게 반원 형태의 단면을 가지는 커버(cover) 형상으로 구성될 수 있으며, 단열재를 이용하여 구성될 수 있다. 또한, 원이나 사각 형태의 단면을 가지게 보온 터널(240)이 구성될 수 있다. 보온 터널(240)은 요구되는 등온 유지 구간(S4)을 위해, 열연 강판(100)이 통과하는 시간을 고려하여 대략 수십 M(meter)의 길이, 예컨대, 20M의 길이로 구성될 수 있다. 보온 터널(240)에 의해 내부(241)는 외부(243)와 차단되고, 이에 따라, 내부(241)에서 외부(243)로의 열 이동이 차단될 수 있다. 열연 강판(100)에서 발산되는 열량이 보온 터널(240) 내부(241)에 트랩(trap)될 수 있으므로, 열연 강판(100)으로부터 발생되는 열량을 줄일 수 있고, 이에 따라, 열연 강판(100)의 온도는 300℃ 내지 400℃ 온도 범위에서 유지될 수 있다. That is, an insulating tunnel for providing an isothermal holding section S4 in the movement path between the
열연 강판(100)을 권취기(250)에 코일(111) 형태로 권취되고, 권취된 열연 코일(111) 상태로 공랭된다(도 1의 S5). 400℃ 내지 300℃ 온도 범위 내에서의 등온 유지 구간(S4)에 의해, 권취 시 열연 강판(100)의 온도는 실질적으로 400℃ 내지 300℃ 온도 범위 내로 유지될 수 있다. 권취된 상태의 열연 코일(111)은 권취 전의 열연 강판(100)에 비해 열 발산이 이루어지는 표면적 대비 체적이 상대적으로 커, 공랭 상태에서도 서서히 온도가 저감되는 서냉 상태가 유도될 수 있다. The hot rolled
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 보온 터널(240)과 같은 보온재를 강판 제조 장치의 설비 내에 설치함으로써, 등온 유지 구간(S4)을 구현하여 급랭 후 열연 강판(100)을 300℃ 내지 400℃ 온도 범위에서 유지할 수 있다. 이와 같이 등온 유지 구간(S4)이 실현될 수 있어, 급랭에 따른 내부 응력을 유효하게 완화시키는 것이 가능하고, 또한, 과포화된 마르텐사이트 내의 탄소 이동을 통한 잔류 오스테나이트 안정화를 구현할 수 있다. As described above, in the embodiment of the present invention, by installing a heat insulating material such as a
이와 같이 제조된 강판은 평균 914MPa 인장 강도, 평균 499MPa 항복 강도 및 평균 18%의 연신율을 확보할 수 있음을 실험적인 테스트(test) 결과 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열연 강판 제조 방법은 초고강도의 강판을 제조하는 유효하다. The steel sheet manufactured as described above can be confirmed by an experimental test (test) that can secure an average 914 MPa tensile strength, an average 499 MPa yield strength and an average elongation of 18%. Therefore, the hot rolled steel sheet manufacturing method according to the embodiment of the present invention is effective to produce a steel sheet of ultra high strength.
열연 코일(111)은 냉간 압연 과정으로 이송되어 냉간 압연이 수행되어 최종 강판이 형성될 수 있다. 열간 압연 공정에서 생산되는 열연 코일(111)의 기계적 성질이 대폭 개선되고, 자동차 내부 구조용으로 사용되어 강도 증가로 인한 재료의 두께 감소를 통해 차체 무게 감소를 구현할 수 있다. 또한 냉연 라인(line)에서의 강도 증가를 위한 열처리 공정을 생략할 수 있는 강종들이 증대되어, 냉간 압연 과정에서의 원가 절감을 유효하게 구현할 수 있다. 냉연 라인에서 열처리 공정을 거치지 않고 냉간 압연을 통해 두께 제어만 실시해도 최종 제품이 생산될 수 있어, 원가 절감이 유효하게 구현될 수 있다. The hot rolled
S1... 열간 압연 S2... 서냉 구간
S3... 급랭 구간 S4... 등온 유지 구간
S5... 공랭 구간 240... 보온 터널. S1 ... hot rolling S2 ... slow cooling section
S3 ... quench section S4 ... isothermal section
S5 ... air-cooled
Claims (7)
상기 열간 압연된 열연 강판 내에 페라이트를 생성하기 위해 서냉하는 단계;
상기 열연 강판 내에 마르텐사이트 생성을 위해 마르텐사이트 변이점(Ms) 직하의 온도까지 급랭시키는 단계;
상기 급랭된 열연 강판을 400℃ 내지 300℃ 온도에서 유지시키는 온도 유지 단계; 및
상기 열연 강판을 코일(coil)로 권취하는 단계를 포함하고,
상기 서냉하는 단계는
상기 열연 강판의 온도가 상기 열간 압연 온도인 950℃ 내지 850℃ 온도 범위로부터 800℃ 온도까지 떨어질 때까지 공랭하는 단계를 포함하고,
상기 서냉하는 단계는
상기 열연 강판 내에 상기 페라이트가 중량부로 25% 내지 50%까지 생성되게 상기 열연 강판을 공랭시키는 단계를 포함하고,
상기 온도 유지 단계는
상기 열연 강판이 상기 코일로 권취될 때까지 상기 400℃ 내지 300℃ 범위 내의 온도로 유지되게 하는 강판 제조 방법.
Hot rolling the slab at a temperature higher than the Ar 3 temperature;
Slow cooling to produce ferrite in the hot rolled hot rolled steel sheet;
Quenching to a temperature directly below the martensite transition point (Ms) to produce martensite in the hot rolled steel sheet;
A temperature maintaining step of maintaining the quenched hot rolled steel sheet at a temperature of 400 ° C. to 300 ° C .; And
Winding the hot rolled steel sheet with a coil;
The slow cooling step
Air-cooling until the temperature of the hot-rolled steel sheet drops from a temperature range of 950 ° C. to 850 ° C. to 800 ° C.,
The slow cooling step
Air-cooling the hot rolled steel sheet such that the ferrite is produced by weight by 25% to 50% by weight in the hot rolled steel sheet,
The temperature maintaining step
The steel sheet manufacturing method to maintain the temperature in the range of 400 ℃ to 300 ℃ until the hot rolled steel sheet is wound into the coil.
상기 열간 압연은
950℃ 내지 850℃ 온도 범위에서 마무리되는 강판 제조 방법.
The method of claim 1,
The hot rolling
Steel sheet manufacturing method which is finished in the temperature range of 950 ℃ to 850 ℃.
상기 급랭시키는 단계는
상기 열연 강판의 온도가 400℃ 내지 300℃ 범위 내에까지 떨어지게 상기 열간 압연물을 수냉시키는 강판 제조 방법.
The method of claim 1,
The quenching step
The steel sheet manufacturing method for water-cooling the hot rolled product so that the temperature of the hot rolled steel sheet falls to 400 ℃ to 300 ℃ range.
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