KR20150076994A - 건축용 강 부품 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
건축용 강 부품 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 건축용 강 부품 제조 방법은
(a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계; (b) 상기 슬라브 판재를 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 형성한 후, 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 판재를 도금하는 단계; (e) 상기 도금된 판재를 절단한 후, 정해진 형상으로 포밍하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 건축용 강 부품 제조 방법은
(a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계; (b) 상기 슬라브 판재를 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 형성한 후, 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 판재를 도금하는 단계; (e) 상기 도금된 판재를 절단한 후, 정해진 형상으로 포밍하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건축용 강 부품 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장강도 540MPa 이상의 고강도를 가지면서도 도금시 미세조직 변화를 억제할 수 있어, 재질 안정성을 나타낼 수 있는 열연도금강판을 이용한 건축용 강 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 클램프, 못 등의 건축용 강 부품은 열연강판 혹은 냉연강판으로 강 부품을 제조한 후에, 전기도금을 수행하고 있다. 이러한 전기도금층의 경우, 내식성 향상에 기여하여 강 부품의 부식을 방지하는데 기여한다.
그런데, 건축용 강 부품에 적용되는 전기 도금의 경우, 강 부품을 제조한 후에 수행하여야 하므로 연속 공정이 어렵고, 부품 개별적으로 이를 수행하여야 하므로, 생산성이 낮으며, 제조 원가가 높다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2002-0074125호(2002.09.28. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 전기 도금을 이용한 크롬 도금 부품의 제조 방법 및 크롬 도금 장치이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 미세조직 제어를 통하여 고강도를 가지면서도 도금시 재질 변화가 적은 열연도금강판을 이용한 건축용 강 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 건축용 강 부품 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계; (b) 상기 슬라브 판재를 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 형성한 후, 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 판재를 도금하는 단계; 및 (e) 상기 도금된 판재를 절단한 후, 정해진 형상으로 포밍하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 건축용 강 부품 제조 방법은 상기 도금층이 형성된 판재를 합금화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계는 1100~1200℃에서 수행되고, 상기 (b) 단계는 840~920℃의 마무리압연온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는 (c1) 상기 열간압연된 판재를 페라이트 영역까지 1차 냉각하는 단계; (c2) 상기 1차 냉각된 판재를 페라이트 영역에서 4초 이상 유지 또는 공냉하는 단계; 및 (c3) 상기 유지 또는 공냉된 판재를 베이나이트 영역까지 2차 냉각하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 건축용 강 부품은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1~0.2%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판 모재; 및
상기 열연강판 모재 표면에 형성되는 용융도금층;을 포함하고, 상기 열연강판 모재가 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 열연강판 모재는 인장강도 590~660MPa, 항복강도 540~620MPa, 연신율 22~28%, 홀 확장률 70% 이상을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 건축용 강 부품 제조 방법에 의하면, 합금성분 및 공정 제어를 통하여 도금 전 및 도금 후의 미세조직 변화가 거의 없는 열연도금강판을 이용함으로써 기계적 물성이 우수하면서도 종래 전기도금에 의한 부품에 비하여 제조 비용이 저렴한 건축용 강 부품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건축용 강 부품 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축용 강 부품 및 그제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
건축용 강 부품
본 발명에 따른 건축용 강 부품은 클램프, 못 등이 대상이 될 수 있으며, 열연강판 모재와, 그 표면에 형성된 도금층을 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 건축용 강 부품의 열연강판 모재는 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1%를 포함한다.
상기 합금 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 발생하는 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 건축용 강 부품의 열연강판 모재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.
상기 탄소는 열연강판 모재 전체 중량의 0.05 ~ 0.09 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소 첨가량이 0.05 중량% 미만인 경우, 목표하는 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소 첨가량이 0.09 중량%를 초과하는 경우, 연신율 및 버링성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 그러나, 실리콘의 과다 첨가될 경우, 도금성, 용접성 등이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 실리콘의 함량을 강판 전체 중량의 0.1중량% 이하로 제한하였다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다.
상기 망간은 열연강판 모재 전체 중량의 1.4~1.6중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 첨가량이 1.4중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.6중량%를 초과하는 경우, MnS계 비금속개재물을 과다하게 생성하여, 용접시 크랙 발생 등 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 기여하나, 다량 포함될 경우, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킬 수 있다.
이에 본 발명에서는 인의 함량을 열연강판 모재 전체 중량의 0.02중량% 이하로 제한하였다.
황(S)
황(S)은 망간과 결합하여 비금속 개재물을 형성하고, 이러한 비금속 개재물은 인성, 용접성 등을 저하시키는 요인이 된다.
이에 본 발명에서는 황의 함량을 열연강판 모재 전체 중량의 0.003중량% 이하로 제한하였다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 600~800℃ 정도의 온도에서 석출물을 형성하여 강의 강도 향상에 기여한다.
상기 니오븀은 열연강판 모재 전체 중량의 0.025~0.035중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.025중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니오듐의 첨가량이 0.035중량%를 초과하는 경우, 강의 성형성을 저해할 수 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 상기의 니오븀과 함께 석출물을 형성하는 원소로서, 대략 400~600℃ 정도에서 석출물을 형성하여 강의 강도 향상에 기여한다.
상기 바나듐은 열연강판 모재 전체 중량의 0.09~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.09중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 바나듐의 첨가량이 0.1중량%를 초과할 경우, 강의 가공성을 저해할 수 있다.
상기의 열연강판 모재는 슬라브 판재로부터 열연 강판 제조 후, 용융도금 공정에 따라, 다양한 용융도금강판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 표면에 용융아연도금층이 형성된 열연 용융아연도금 강판(HGI)이거나, 또는 열연강판 모재 표면에 합금화용융아연도금층이 형성된 열연 합금화용융아연도금 강판(HGA)일 수 있다.
본 발명에 따른 건축용 강 부품의 열연강판 모재는 전술한 니오븀, 바나듐 등의 합금조성 및 후술하는 열연공정을 통하여 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 나타낼 수 있다. 페라이트-펄라이트 복합조직 혹은 페라이트-마르텐사이트 복합조직의 경우, 열처리 후 재질 변화가 큰 것으로 알려져 있다. 그런데, 본원발명에 따른 방법으로 형성된 페라이트-베이나이트 복합조직의 경우, 상기의 복합조직들에 비하여 열처리시 재질 변화가 적은 특징이 있다. 보다 구체적으로 페라이트-베이나이트 복합조직에서 베이나이트가 15~30vol%로 포함되는 것이 바람직하다. 베이나이트 분율이 15% 미만일 경우, 이러한 재질 변화가 적은 특징이 현저히 발휘되기 어려워질 수 있으며, 베이나이트 분율이 30%를 초과하는 경우, 홀 확장률 70% 이상을 확보하기 어려워질 수 있다.
이와 함께, 상기의 열연강판 모재는 기계적 특성 측면에서, 인장강도 590~660MPa, 항복강도 540~620MPa, 연신율 22~28%, 홀 확장률 70% 이상을 나타낼 수 있다.
건축용 강 부품 제조 방법
이하, 본 발명에 따른 건축용 강 부품 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건축용 강 부품 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 건축용 강 부품 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각/권취 단계(S130), 도금 단계(S140) 및 절단/포밍 단계(S150)를 포함한다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S110)에서는 전술한 조성을 갖는 반제품 상태의 슬라브 판재를 재가열한다. 슬라브 재가열을 통하여 니오븀, 바나듐 등의 석출물 형성 원소가 재고용될 수 있으며, 이를 통하여 열간압연 과정 등에서 미세한 석출이 발생할 수 있다.
슬라브 재가열은 1100~1200℃의 온도에서 대략 80분 이상 가열하는 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도가 1100℃ 미만일 경우, 니오븀 및 바나듐의 재고용이 불충분할 수 있으며, 압연 부하가 지나치게 커질 수 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1200℃를 초과하는 경우, 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.
열간압연
다음으로, 열간압연 단계(S120)에서는 슬라브 판재를 열간압연한다.
열간압연은 840~920℃의 마무리압연온도 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. 마무리압연온도가 920℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 인하여 강의 강도가 불충분할 수 있으며, 반대로 840℃ 미만일 경우 이상역 압연에 해당하여 혼립조직이 발생할 수 있다.
냉각/권취
냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 강을 냉각한 후 권취하여, 목표하는 페라이트와 베이나이트를 포함하는 복합조직을 형성한다.
이를 위하여, 냉각은 열간압연된 판재를 페라이트 영역까지 1차 냉각하는 단계와, 1차 냉각된 판재를 페라이트 영역, 대략 710~660℃에서 4초 이상, 보다 바람직하게는 4~10초동안 유지 또는 공냉하는 단계와, 유지 또는 공냉된 판재를 베이나이트 영역까지 2차 냉각하여 베이나이트 조직을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 수행될 수 있다. 여기서, 페라이트 영역에서 4초 이상 유지 또는 공냉함으로써 면적률로 대략 70% 이상의 충분한 페라이트 분율을 형성할 수 있다. 이러한 유지 또는 공냉 시간이 4초 미만일 경우, 상기와 같은 충분한 페라이트를 형성하기 어렵다.
권취 이후에는 상온까지 자연냉각될 수 있다.
도금
도금 단계(S140)에서는 제조된 열연강판 모재를 도금하여 열연도금강판을 제조한다. 도금을 통하여 강판의 내식성을 확보할 수 있다.
도금 전에는 열연강판 모재 표면의 스케일(scale)을 제거하기 위하여 염산 등을 이용하여 강판의 표면을 산세(pickling) 처리하는 산세 공정이 더 포함될 수 있다.
도금은 도금욕에 강판을 연속적으로 침지시키는 방식으로 실시될 수 있으며, 도금 후에는 합금화 열처리하는 과정이 더 포함될 수 있다.
도금 과정을 통하여 열연 용융아연도금강판(HGI) 혹은 열연 합금화용융아연도금강판(HGA) 등이 제조될 수 있다.
도금 온도는 대략 460~520℃에서 수행될 수 있다. 또한, 합금화 열처리 역시 대략 460~520℃에서 수행될 수 있다.
절단/포밍
절단/포밍 단계(S150)에서는 열연강판 모재 표면에 용융도금층이 형성된 열연도금강판을 소정 사이즈로 절단하여 블랭크를 제작한 후, 다양한 포밍 공정(예를 들어, 하이드로 포밍, 롤 포밍 등)을 통하여 정해진 형상의 건축용 강 부품을 제조한다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 열연도금강판 시편의 제조
표 1에 기재된 조성을 갖는 잉곳을 제조한 후, 1150℃에서 120분동안 재가열하였다. 이후, 880℃ 마무리압연온도 조건으로 열간압연하였다. 이후, 50℃/sec의 평균냉각속도로 680℃까지 냉각한 후, 6초동안 유지하고, 50℃/sec의 평균냉각속도로 520℃까지 냉각하고, 30초 유지 후 자연냉각하여 열연강판 모재 시편을 제조하였다.
이후, 열연강판 모재 시편을 산세처리한 후 480℃에서 용융아연도금하고, 520℃에서 합금화열처리하여 실시예 1~3 및 비교예 3에 따른 열연도금강판 시편을 제조하였다.
비교예 1에 따른 시편의 경우, 합금성분은 실시예 1과 동일하며, 열간압연 이후 250℃/sec의 평균냉각속도도 520℃까지 냉각한 것 이외에 동일한 조건으로 제조하였다.
비교예 2에 따른 시편의 경우, 합금성분은 실시예 1과 동일하며, 6초 유지 이후, 50℃/sec의 평균냉각속도로 400℃까지 냉각한 것 이외에 동일한 조건으로 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
2. 물성 평가
실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따라 제조된 시편들에 대하여 인장시험, 버링성(홀 확장률) 평가를 실시하였다.
인장시험은 JIS 5호 시험편에 의하였다 .
홀 확장성 평가는 초기 직경(d0:10mm)의 천공 구멍을 형성한 후, 60° 원추펀치로 확장시켜서, 크랙(crack)이 판을 관통한 시점의 구멍 직경(d)으로부터 홀 확장률((d-d0)/d0 X 100)을 평가하였다.
[표 2]
표 2를 참조하면, 본 발명에서 제시된 합금성분 및 공정조건을 만족하는 실시예 1~3에 따른 시편의 경우, 목표치인 인장강도 590~660MPa, 항복강도 540~620MPa, 연신율 22~28%, 홀 확장률 70% 이상을 만족하였다.
반면, 열간압연 후, 1차 냉각 후 유지과정이 생략된 비교예 1에 따른 시편, 유지과정은 포함되나 마르텐사이트까지 냉각이 수행된 비교예 2에 따른 시편의 경우, 강도는 목표치보다 높고, 연신율 및 홀 확장성은 목표치보다 낮게 나타났다.
또한, 니오븀 및 바나듐이 소량 첨가된 비교예 3이 경우, 강도가 목표치에 미달하였는 바, 이는 석출강화 효과가 거의 없음을 의미한다.
도 2는 실시예 1에 따른 시편의 도금 전 및 도금 후 미세조직을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 도금 전 미세조직이 페라이트-베이나이트 이상 조직으로 이루어져 있으며, 도금 후에도 그 미세조직이 그대로 유지되고 있는 것을 볼 수 있다.
도 2에 도시된 결과에 비추어 볼 때, 본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 도금 후에도 미세조직 및 재질 안정성이 우수한 열연도금강판을 제조할 수 있고, 이에 따라 열연강판 모재 표면에 용융도금층이 형성된 열연도금강판으로부터 쉽게 건축용 강 부품을 제조할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계
S140 : 용융도금 단계
S150 : 절단/성형 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계
S140 : 용융도금 단계
S150 : 절단/성형 단계
Claims (6)
- (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계;
(b) 상기 슬라브 판재를 열간압연하는 단계;
(c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 형성한 후, 권취하는 단계;
(d) 상기 권취된 판재를 도금하는 단계; 및
(e) 상기 도금된 판재를 절단한 후, 정해진 형상으로 포밍하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 건축용 강 부품 제조 방법은
상기 (d) 단계 이후, 상기 도금층이 형성된 판재를 합금화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 1100~1200℃에서 수행되고,
상기 (b) 단계는 840~920℃의 마무리압연온도 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는
(c1) 상기 열간압연된 판재를 페라이트 영역까지 1차 냉각하는 단계;
(c2) 상기 1차 냉각된 판재를 페라이트 영역에서 4초 이상 유지 또는 공냉하는 단계; 및
(c3) 상기 유지 또는 공냉된 판재를 베이나이트 영역까지 2차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품 제조 방법.
- 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.09%, 실리콘(Si) : 0.1~0.2%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.003% 이하, 니오븀(Nb) : 0.025~0.035%, 바나듐(V) : 0.09~0.1% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판 모재; 및
상기 열연강판 모재 표면에 형성되는 용융도금층;을 포함하고,
상기 열연강판 모재가 페라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품.
- 제5항에 있어서,
상기 열연강판 모재는
인장강도 590~660MPa, 항복강도 540~620MPa, 연신율 22~28%, 홀 확장률 70% 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 건축용 강 부품.
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-
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