KR20170015303A - 고강도 다상 강, 제조 방법 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본원은 적어도 980 MPa 의 인장 강도, 500 MPa 이상의 항복 강도, 8% 이상의 총연신을 가진 냉간 압연 및 용융 도금 코팅된 강 시트에 관한 것으로서, 상기 강 시트의 조성은, 중량% 로: 0.05 < C < 0.15%, 2 < Mn ≤ 3%, Al < 0.1 %, 0.3 < Si < 1.5%, 0.01% < Nb < 0.05%, N < 0.02%, 0.1 < Cr + Mo < 1%, 0.0001 < B < 0.0025%, Ti < 0.5%, V < 0.01%, S < 0.01%, P < 0.05% 를 포함하고, 상기 조성의 잔부는 철 및 용융으로 인한 불가피한 불순물들이며, 미세조직은, 표면 분율로: 50 ~ 95% 마르텐사이트 및 합이 5 ~ 50% 인 페라이트와 베이나이트로 구성되며, 상기 페라이트의 입자 크기는 10 ㎛ 미만이며, 상기 페라이트의 입자 크기의 애스펙트비는 1 ~ 3 이다. 본원에 따른 강은 소둔 중 가열, 소킹 및 냉각 단계 동안 산화된 후 압하된다.

Description

고강도 다상 강, 제조 방법 및 용도 {HIGH STRENGTH MULTIPHASE STEEL, PRODUCTION METHOD AND USE}
본 발명은, 모터 차량들 용도의 고강도 다상 강들에 관한 것으로서, 이 다상 강은 고성형 특성들을 가지고 높은 저항 레벨을 나타내며, 그리고 주로 모터 차량들용 구조적 부재들 및 보강 재료들로서 사용되도록 의도된다. 또한 고성형성 다상 강을 제조하는 방법을 취급한다.
자동차 분야에서 고강도 강들의 사용이 증가함에 따라, 성형성을 손상시키지 않으면서 강도가 증가된 강들에 대한 요구가 증가하고 있다. 중량 절감 및 안전 요건에 대한 요구의 증가는, 기존의 고급 고강도 강들 (Advanced High Strength Steels (AHSS)) 과 비교하여, 더 높은 강도와 동시에 더 높은 연성을 얻을 수 있는 자동차 강들의 새로운 개념에 대한 집중적인 연구에 대한 동기를 부여한다.
따라서, 다양한 강도 레벨을 제공하는 후술되는 바와 같은 여러 군들의 강들이 제안되었다.
이러한 개념들 중에서, 입자 크기의 석출 및 정련에 의해 경화가 동시에 얻어지는 마이크로 합금 원소들을 가진 강들이 개발되었다. 이러한 고강도 저합금 (High Strength Low Alloyed (HSLA)) 강의 개발 뒤에는 양호한 냉간 성형성과 함께 양호한 레벨의 강도를 유지하는 고급 고강도 강들이라고 하는 고강도의 강들이 뒤따르고 있다. 하지만, 이러한 등급으로 도달한 인장 레벨은 일반적으로 낮다.
높은 저항성과 동시에 높은 성형성을 가진 강들의 요구에 대한 대응으로서, 많은 개발을 실시하였다. 하지만, 고강도 강들에 대해서, 극한 인장 강도를 증가시키려면 일반적으로 연성 레벨을 낮추게 된다는 것이 잘 공지되어 있다. 그럼에도 불구하고, 자동차제조업자들은 저항 요건을 손상하지 않으면서 더 큰 연성을 요구하는 보다 복잡한 부품들을 계속 개발하고 있다. 추가로, 현재 제조시 강들에 대한 항복 강도 및 홀 확장 성능에 있어서 개선이, 예를 들어 용융 도금 코팅된 강 시트들에 대하여 필요하다.
본원은 고강도 용융 도금 코팅된 강을 제조하는 방법, 이의 제조 방법 및 차량 부품을 제조하기 위해 상기 고강도 강의 용도에 관한 것이다.
미국출원 US 2013008570 에는, 우수한 인장-신장 밸런스 및 우수한 굽힘 가공성 둘 다를 가진 적어도 1100 MPa 의 인장 강도를 가진 초고강도 강 플레이트, 및 이의 제조 방법에 관한 출원이 공지되어 있다. 강 플레이트의 금속 구조물은 마르텐사이트 및 베이나이트계 페라이트와 다각형 페라이트의 연성상들을 가진다. 전술한 마르텐사이트의 면적은 50% 이상을 구성하고, 전술한 베이나이트계 페라이트의 면적은 15% 이상을 구성하며, 전술한 다각형 페라이트의 면적은 5% 미만 (0% 포함) 을 구성한다. 전술한 연성상의 원형 등가 직경이 측정되면, 변수 계수 (표준 편차/평균값) 는 1.0 이하이다. 초고강도 강 플레이트는 적어도 1100 MPa 의 인장 강도를 가진다. 이러한 적용은, 용도 특성에 중요한 영향을 주는 홀 확장 및 항복 강도와 같은 상이한 성형 문제에 대해서는 개시하고 있지 않다.
또한 출원 WO 2012153016 에는, 인장 강도가 1000 MPa 를 넘고 그리고 균일 연신이 12% 를 넘을 뿐만 아니라 V 굽힘성이 90°를 넘은 냉간 압연된 강에 대한 취급이 공지되어 있다. 이러한 적용들의 화학적 조성은, 중량% 로, 0.15% ≤ C ≤ 0.25%, 1.8% ≤ Mn ≤ 3.0%, 1.2% ≤ Si ≤ 2%, 0% ≤ Al ≤ 0.10%, 0% ≤ Cr ≤ 0.50%, 0% ≤ Cu ≤ 1%, 0% ≤ Ni ≤ 1%, 0% ≤ S ≤ 0.005%, 0% ≤ P ≤ 0.020%, Nb ≤ 0.015%, Ti ≤ 0.020%, V ≤ 0.015%, Co ≤ 1%, N ≤ 0.008%, B ≤ 0.001% 인 반면 Mn + Ni + Cu ≤ 3% 이며 잔부는 Fe 및 주조로 인한 불가피한 불순물들을 포함한다. 강의 미세조직은, 표면% 로, 5 ~ 20% 다각형 페라이트, 10 ~ 15% 잔류 오스테나이트, 5 ~ 15% 마르텐사이트, 잔부로서 라스 (lath) 타입의 베이나이트를 포함한다. 이러한 적용은 연속 소둔 공정을 통하여 오스테나이트를 안정화시킬 필요가 있다.
본원의 목적은 전술한 문제를, 즉 이하를 동시에 갖는 용융 도금 코팅된 고강도 강으로 해결하는 것이다:
980 MPa 이상 또는 심지어 1180 MPa 이상의 인장 강도
8% 이상의 총연신
20% 이상 또는 심지어 40% 이상의 홀 확장값
500 MPa 초과 또는 심지어 780 MPa 초과의 항복 강도값
본원의 다른 목적은, 통상의 연속적인 소둔 아연도금 라인들에 필적가능하면서, 용융 도금 코팅된 다상 강을 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본원의 주요 목적은 적어도 980 MPa 의 인장 강도, 500 MPa 이상의 항복 강도, 8% 이상의 총연신을 가진 용융 도금 코팅된 강 시트로서, 이 강 시트의 조성은, 중량% 로:
0.05 ≤ C ≤ 0.15%
2 ≤ Mn ≤ 3%
Al ≤ 0.1 %
0.3 ≤ Si ≤ 1.5%
0.01% ≤Nb ≤ 0.05%
N ≤ 0.02%
0.1 ≤ Cr + Mo ≤ 1%
0.0001 ≤ B < 0.0025%
Ti ≤ 0.5%
V < 0.01%
S ≤ 0.01%
P ≤ 0.05%
를 포함하고,
상기 조성의 잔부는 철 및 용융으로 인한 불가피한 불순물들이며, 미세조직은, 표면 분율로: 50 ~ 95% 마르텐사이트 및 합이 5 ~ 50% 인 페라이트와 베이나이트로 구성되며, 상기 페라이트의 입자 크기는 10 ㎛ 미만이고, 상기 페라이트의 입자 크기의 애스펙트비는 1 ~ 3 이다.
바람직한 실시형태에서, 강의 화학적 조성은 0.09 ≤ C ≤ 0.14% 의 탄소 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강은 2.2 ≤ Mn ≤ 2.7 % 의 망간 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강은 Al ≤ 0.05% 의 알루미늄 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강은 0.6 ≤ Si ≤ 1.3% 의 규소 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강의 화학적 조성은 Nb ≤ 0.03% 의 니오븀 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강의 화학적 조성은 0.1 ≤ Cr + Mo ≤ 0.7% 의 크롬과 몰리브덴의 합을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강의 화학적 조성은 0.001 ≤ B ≤ 0.0022% 의 붕소 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강의 화학적 조성은 0.02% ≤ Ti ≤ 0.05% 의 티타늄 함량을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에서, 강 시트는, 용융 도금 코팅하에서 존재하는, 산화물을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하는, 적어도 200 ㎚ 및 100 ㎛ 미만의 내부 산화된 깊이를 가진다.
바람직한 실시형태에서, 평균 페라이트 입자 크기가 3 ㎛ 미만인 페라이트와 베이나이트의 합의 표면 분율은 20 ~ 40% 이다.
바람직하게는, 본원의 용융 도금 코팅된 강은, 적어도 980 MPa 의 인장 강도, 적어도 500 MPa 의 항복 강도, 적어도 8% 의 총연신 및 적어도 20% 의 홀 팽창을 가진다.
바람직하게는, 본원의 용융 도금 코팅된 강은, 적어도 1180 MPa 의 인장 강도, 적어도 780 MPa 의 항복 강도, 적어도 8% 의 총연신 및 적어도 20% 의 홀 팽창을 가진다.
바람직하게는, 본원에 따른 강은 아연도금 (galvanized) 또는 아연마무리 (galvannealed) 된다.
본원은 또한, 제 2 목적으로서, 이하의 연속 단계들을 포함하는 고강도 강 용융 도금 코팅된 시트의 제조 방법을 가진다:
- 슬래브를 얻도록 전술한 바와 같은 본원에 따른 조성의 강을 주조하는 단계,
- 1180℃ 초과의 온도 (T재가열) 에서 상기 슬래브를 재가열하는 단계,
- 열간 압연된 강을 얻기 위해 800℃ 초과의 온도에서 재가열된 상기 슬래브를 열간 압연하는 단계,
- 권취 온도 (T권취) 가 500 ~ 800℃ 가 될 때까지 열간 압연된 상기 강을 종래의 냉각 속도로 냉각시키는 단계, 그 후
- T권취 에서 냉각된 열간 압연된 강을 권취하는 단계,
- 열간 압연된 상기 강을 탈스케일링 (de-scaling) 하는 단계,
- 선택적으로, 열간 압연된 강을 20 분 초과하여 300℃ 초과의 온도 (TIA) 에서 소둔하는 단계.
- 선택적으로, 커버에 진입하기 전에 열간 압연된 강의 온도가 400℃ 초과되어야 한다. 열간 압연된 강의 냉각 속도는 1 ℃/min 이하 및 0.01 ℃/min 이상이어야 한다.
- 냉간 압연된 강 시트를 얻도록 강을 냉간 압연하는 단계,
- 이하의 단계를 포함하는 냉간 압연된 강 시트를 소둔하는 단계:
- 0.2% ~ 4% 의 과잉의 산소 체적 백분율을 가진 분위기를 가진 다이렉트 소성로에서 냉간 압연된 강 시트를 가열하는 단계로서, 산화 단계는 500℃ ~ 750℃ 에서 실시되며,
- 복사관 노에서 상기 다이렉트 소성로의 온도에서부터 소둔 온도까지 가열하는 단계로서, 가열 속도는 0.5 ~ 2.5 ℃/s, 상기 복사관 노에서 분위기의 노점은 25℃ 이하이고,
- 상기 소둔 온도 (T소둔) 는 750 ~ 950℃ 이고,
- 적어도 30 초 그리고 300 초 이하의 기간 동안 상기 소둔 온도 (T소둔) 에 강을 유지하는 단계,
- 냉간 압연된 강을 440℃ ~ 470℃ 의 온도 (TOA) 까지 냉각시키는 단계,
- 30 초 초과 180 초 미만 동안 TOA 에 냉간 압연된 강을 유지하는 단계,
- 상기 가열 동안, T소둔 에 유지하고 냉각하는 단계들로서, 냉간 압연된 강의 표면은 산화된 후 압하되어 산화물을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하는, 적어도 200 ㎚ 및 100 ㎛ 미만의 내부 산화 깊이를 얻게 되며,
- 코팅된 냉간 압연된 강을 얻도록 냉간 압연된 강을 용융 도금 코팅하는 단계,
- 선택적으로, 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 강은 냉간 압연된 강 코팅에서 7% ~ 15% 의 철 함량에 도달하도록 아연마무리되는 단계,
- 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 강은 적어도 1 ℃/s 의 냉각 속도에서 실온으로 냉각되는 단계.
바람직하게는, 권취 온도는 500℃ ≤ T권취 ≤ 750℃ 이다.
바람직한 실시형태에서, 선택적인 소둔 온도 (TIA) 는 30 시간 ~ 100 시간 동안 500℃ ≤ TIA ≤ 650℃ 이다.
바람직하게는, 냉간 압연 압하비는 40 ~ 60% 이다.
바람직한 실시형태에서, 냉간 압연된 강의 표면은 0 ℃ 미만의 노점을 가진 혼합 가스 분위기를 가진 상기 복사관 노 (radiant tube furnace) 내에서 압하된다.
바람직하게는, 아연도금 또는 아연마무리된 냉간 압연된 용융 도금 고강도 강을 얻도록, 용융 도금 코팅은 액체 Zn 합금욕 (alloyed bath) 에서 실시된다.
본원에 따른 강은 모터 차량용 부품을 제조하는데 사용될 수 있다.
이제 본원의 주요 양태들을 설명한다:
도 1 에서는 마르텐사이트를 백색으로 그리고 페라이트와 베이나이트를 흑색으로 한 본원에 따른 강의 미세조직을 도시한다.
본원의 강을 얻기 위해, 모든 목적들에 도달하기 위해서 화학적 조성 뿐만 아니라 제조 파라미터들은 매우 중요하다. 이하의 화학적 조성 원소들은 중량% 로 주어진다.
탄소는 마르텐사이트를 강화시키는데 사용되는 원소이다. 탄소 함량이 0.05% 미만이면, 본 발명에서 980 MPa 의 최소 인장 강도에 도달하지 못한다. 탄소가 0.15% 보다 높으면, 마르텐사이트는 경질이 되고 그리고 본 발명의 강에서 8% 의 총연신에 도달하지 못한다. 더욱이, 탄소는 강한 오스테나이트 형성 원소이다. 탄소 함량을 0.15% 로부터 밑으로 낮추면, 소정의 소둔 온도에 대하여, 성형성을 개선하고 그리고 총연신 목표에 도달하는데 충분한 페라이트와 적은 오스테나이트를 가지게 된다. 추가로, 본원에 따른 강에 대한 낮은 소둔 온도들은 페라이트 입자 성장을 상당히 제한한다; 그 결과, 최종 페라이트 입자 크기는 10 미크론 미만이다. 이러한 조합은 본원에 따른 강에서 얻어지는 기계적 특성들에 대한 절충에 크게 기여한다.
바람직하게는, 탄소 함량은 0.09 ≤ C ≤ 0.14 % 이다.
망간은 경질 원소이다. Mn 함량이 2% 미만이면, 인장 강도는 980 MPa 보다 낮아진다. Mn 함량이 3% 초과하면, 중간 두께에서 Mn 의 중심 편석이 예상되고 그리고 이는 사용 특성 (In Use Properties) 에 해롭다. 바람직하게는, 망간 함량은 2.2 ≤ Mn ≤ 2.7 % 이다.
규소는 강화 효과를 가지고, 이 규소는 총연신 및 홀 팽창비 뿐만 아니라 지연 파괴 저항성을 향상시킨다. Si 함량이 0.3% 미만이면, 총연신은 8% 미만이고 전술한 특성들도 열화된다. Si 함량이 1.5% 초과이면, 압연 부하가 너무 많이 증가하여, 냉간 압연 공정이 어렵게 된다. 더욱이, 소킹 온도는 너무 높고, 이는 제조상 문제를 유발한다. 게다가, 용융 도금 코팅에 의한 코팅성 (coatability) 은 시트의 표면에서의 산화규소 형성으로 인해 열화될 수 있다. 바람직하게는, Si 함량은 전술한 이유로 인해 0.6% ≤ Si ≤ 1.3% 이다.
알루미늄은, 티타늄처럼 붕소를 보호하도록 AlN 을 형성할 수 있다. 하지만, 알루미늄의 함량은 0.1% 로 제한되는데, 그 이유는 Al 함량이 높아지면, 더 높은 소둔 온도를 유발하여 모든 다른 매개변수들이 상응하는 동일한 미세조직 밸런스를 얻게 된다. 그 결과, 비용 및 에너지 절감 목적으로, 알루미늄의 함량은 0.1 % 로 제한된다. 바람직하게는, Al 함량은 Al ≤ 0.05% 이다.
니오븀은 석출물을 형성할 수 있고, 이 석출물은 인장 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있는 입자 정련 효과를 가진다. 추가로, 홀 팽창비 뿐만 아니라 지연된 파괴 저항성을 향상시킨다. Nb 함량이 0.05% 초과하면, 연성은 저하되고 그리고 총연신은 8% 미만으로 떨어진다. Nb 함량은 충분한 입자 정련 및 인장 강도를 얻도록 0.01% 초과되어야 한다. 바람직하게는, Nb 함량은 Nb ≤ 0.03% 이다.
Mo 및 Cr 은 경도 및 인장 강도를 향상시킨다. 이러한 원소들의 합이 0.1% 미만이면, 소둔 동안 형성된 초석정 페라이트 입자의 성장 이외에도 많은 분율의 페라이트가 형성되고 그리고 이는 강도를 저하시킨다. 본원의 강에서 이러한 원소들의 합이 1% 초과하면, 고온 밴드를 경질로 만들어 냉간 압연하기 어렵게 만든다. 바람직하게는, 이러한 원소들의 합은 0.1 ≤ Cr + Mo ≤ 0.7% 이다.
티타늄이 첨가되어 질소와 결합하여 TiN 을 형성하고 그 결과 고용체에서 B 를 보호하며, Ti 또는 Al 이 존재하지 않으면, 질화붕소를 형성할 수 있다. 이러한 경우에, 붕소는 고용체에 있지 않고 후술되는 역할을 한다. 추가로, TiN 형성은 성형성 및 용접성 뿐만 아니라 본원의 강에서 지연 파괴 (delayed fracture) 에 대한 저항성을 향상시킨다. Ti 는, 0.5% 초과하면, 더 높은 소둔 온도들을 유발하여 모든 다른 매개변수들이 상응하는 동일한 미세조직 밸러스를 얻게 된다. 그 결과, 비용 및 에너지 절감 목적으로, Ti 의 함량은 바람직하게는 0.05% 로 제한된다. 바람직하게는 Ti 함량은 0.02 ≤ Ti ≤ 0.05% 이다. 바람직한 실시형태에서, Ti 함량은, 질소와의 결합을 보장하고 그리고 효율적인 입자 정련을 얻기 위해서 질소 함량의 적어도 3.4 배이다.
붕소는 냉간 압연된 밴드의 소둔 중 냉각 단계 동안 페라이트 형성을 억제할 수 있다. 그 결과, 980 MPa 미만의 강도 저하를 방지한다. 붕소 함량이 0.0025% (25 ppm) 이상이면, 과잉의 붕소는 오스테나이트계 입계들에서 질화 붕소로서 석출되고, 이는 기계적 특성들에 대하여 동일한 인장 저하 영향을 주면서 페라이트 형성을 위한 핵생성 영역들으로서 사용된다. 0.0001% (1 ppm) 미만이면, 인장 강도가 더 높은 등급에 도달하기 더 어렵게 된다. 이상적으로, 최소 8% 의 총연신을 가진 1180 MPa 초과의 기계적 특성들을 얻기 위해서 붕소는 0.001 ≤ B ≤ 0.0022% 이어야 한다.
바나듐에 대하여, 함량이 0.01% 초과이면, 바나듐은 탄화물들 및/또는 니트로-탄화물들을 형성함으로써 탄소를 소모하고, 이는 마르텐사이트를 연화시킨다. 추가로, 본원에 따른 강의 연성은 열화되고 그리고 8% 미만으로 떨어진다.
질소에 대하여, 질소 함량이 0.02% 초과이면, 질화붕소가 형성되고 그리고 낮은 함량의 자유 붕소를 이용가능하기 때문에 강의 경도를 저감시킨다. 또한 많은 분율의 AlN 을 형성하고, 이는 총연신 및 홀 확장비에 대하여 해롭다. 그 결과, 질소 함량은 0.02% 로 제한되어 8% 의 연신 및/또는 20% 홀 확장비 미만으로 떨어지지 않는다.
인에 대하여, 함량이 0.050 wt.% 초과하면, 인은 강의 입계들을 따라서 편석되고 그리고 강 시트의 지연 파괴 저항성 및 용접성의 열화를 유발한다. 그리하여, 인 함량은 0.050 wt.% 로 제한되어야 한다.
황에 대하여, 함량이 0.01 wt% 초과하면, 대량의 비금속 개재물들 (MnS) 을 유발하고, 이는 강 시트의 지연 파괴 저항성 및 용접성의 열화를 유발한다. 그 결과, 황 함량은 0.01 wt% 으로 제한되어야 한다.
본원에 따른 강의 잔부는 철 및 불가피한 불순물들로 형성된다.
본원에 따른 강을 제조하기 위한 본 방법은 본원의 화학적 조성을 가진 주조 강을 의미한다.
주조 강은 1180℃ 초과하여 재가열된다. 슬래브 재가열 온도가 1180℃ 미만이면, 강은 균질하지 않고 석출물들이 완전히 용해되지 않는다.
그 후, 슬래브는 열간 압연되고, 마지막 열간 압연 패스는 적어도 800℃ 의 온도 (Tlp) 에서 실시된다. Tlp 이 800℃ 미만이면, 열간 가공성이 저감되고 그리고 균열이 발생하며 압연력이 증가한다.
- 당업자에게 공지된 통상의 냉각 속도에서 강을 권취 온도 (T권취) 까지 냉각시킨다.
- T권취 은 마지막 패스 온도 (Tlp ℃) 보다 낮아야 한다. 이 온도는 바람직하게는 800℃ 미만이다. 바람직하게는, 권취 온도는 500℃ ≤ T권취 ≤ 750℃ 이다.
- 권취 후에, 열간 압연된 강은 탈스케일링된다.
- 그 후, 선택적으로, 열간 압연된 강은 20 분 초과하여 300℃ 초과의 온도에서 소둔된다. 300℃ 미만에서 열처리를 실시하면, 냉간 압연력들이 너무 높게 되고 20 분 미만에서 동일한 결과를 얻게 되며, 재료는 너무 경질이어서 용이하게 냉간 압연되지 않는다. 더욱이, 본 발명자들은 이러한 열적 중간 처리가 놀랍게도 시트 두께의 균일성을 크게 향상시키는 것을 발견하였다. 바람직하게는, 열처리는 30 시간 ~ 100 시간 동안 500℃ ~ 650℃ 에서 실시된다.
- 선택적으로, 열간 압연된 강은 열간 압연된 제품의 균일한 냉각을 향상시키도록 1 개 이상의 코일들을 커버하도록 커버 아래에 배치되고, 필요하다면 절연된다. 더욱이, 본 발명자들은 이러한 커버 처리가 또한 시트 두께 균일성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
- 바람직한 실시형태에서, 커버에 진입하기 전에 열간 압연된 강의 온도는 400℃ 초과되어야 한다. 강의 냉각 속도는 1 ℃/min 이하 및 0.01 ℃/min 이상이어야 한다. 냉각 속도가 1 ℃/min 초과하면, 고온 밴드는 후속의 냉간 압연에 대하여 너무 경질로 된다. 0.01 ℃/min 미만의 냉각 속도는 생산성에 해롭다.
- 최종 목표 두께에 따르는 냉간 압연비로 강을 냉간 압연한다. 냉간 압연비는 : (냉간 압연 이전의 두께) - (냉간 압연 이후의 두께)/(냉간 압연 이전의 두께) 로 규정된다. 바람직하게는 냉간 압하비는 40 ~ 60% 이다. 따라서, 저장된 변형 에너지는 소둔 동안 추가의 재결정화를 보장하도록 적합화된다.
- 750℃ ~ 950℃ 이어야 하는 소둔 온도 (T소둔) 까지 강을 가열한다.
냉간 압연된 강 시트는 재결정화를 얻도록 그리고 변태에 의해 원하는 미세조직을 얻도록 추가로 연속적으로 소둔된다. 소둔은 이하의 단계들을 포함한다:
냉간 압연된 시트는 0.2% ~ 4% 과잉 체적의 산소 백분율을 가진 분위기내에서 다이렉트 소성로 (또는 "DFF") 에서 가열된다. 과잉의 산소 체적은 노를 가열하는데 사용된 연료와 결합하는데 필요한 산소의 양을 초과하여 존재하는 산소를 말하고, 즉 : 과잉 체적의 산소 백분율 = (총 산소 체적 - 연소에 필요한 산소 체적)/(총 산소 체적) 이다. 따라서, 본원의 비율내에서 연소 분위기에 과잉이 산소가 존재하면, 이는 강 스트립과 반응하도록 이용가능하다. 500 ~ 750℃ 범위에서, 산화가 실시되고, 즉 산화철의 층이 강 시트의 표면에 형성되는 반면, 이러한 산화철하에서 내부 산화가 발생하며: 그리하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함할 수 있는 100 ㎛ 의 깊이내의 내부 산화물이 형성된다. 산화 깊이가 100 ㎛ 를 초과하면, 강 표면은 심하게 산화되며, 이는 저감시키는데 어렵고, 코팅 품질은 열화된다.
- 강 시트는 복사관 노에서 소둔 온도 (T소둔) 까지의 범위의 산화 온도로부터 추가로 가열되고, 가열 속도는 0.5 ~ 2.5 ℃/s 이다. 가열 속도가 0.5 ℃/s 미만이면, 과잉의 입자 성장은 최종 항복 강도를 저감시킨다. 가열 속도가 2.5 ℃/s 초과이면, 너무 많은 에너지가 소모된다.
복사관 노에서의 분위기는 25℃ 미만의 노점을 가진 혼합 가스 분위기이다. 25℃ 를 초과하면 과잉의 강 표면 산화를 유발하고, 이는 코팅 품질에 영향을 줄 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 노점은 0℃ 미만이어서 매우 양호한 표면 품질을 얻게 된다.
- 강은, 750℃ ~ 950℃ 의 온도 (T소둔) 에서 동일한 분위기 조건하에서 복사관 노에서 추가로 연속적으로 소둔되고 그리고 30 ~ 300 초 동안 상기 온도에 유지된다. 소둔 온도를 제어하는 것은, 초기의 오스테나이트 및 페라이트 분율 뿐만 아니라 이들의 화학적 조성을 제어할 수 있기 때문에, 공정의 중요한 특징이다. 750℃ 미만에서, 페라이트는 완전히 재결정화될 수 없고 그리고 연신은 8% 미만인 반면, 에너지와 비용 절감 이유로 950℃ 초과하면 쓸모없게 된다. 바람직하게는, 소둔은 775 ~ 860℃ 의 온도에서 실시된다.
그 후, 강 시트는 온도 (TOA) 로 추가로 냉각된다.
- 이러한 가열, 소둔 및 냉각 단계 동안, 강은 산화된 후 압하되며, 즉 전술한 바와 같이, 강 시트의 표면에서 산화철 층은 완전히 압하되는 반면, 산화물을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하여 200 ㎚ ~ 100 ㎛ 깊이를 가진 내부 산화된 구역이 존재한다. 이러한 산화 이후에 압하 단계가 필요하여, 강 표면은 용융 도금 코팅에 적합하다.
- 냉각 후에, 강은 30 초 초과 및 180 초 미만 동안 440℃ ~ 470℃ 온도에 유지된다. 440℃ 미만에서, 큰 분율의 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되고, 인장 강도 이든지 총연신 이든지 본 발명의 예상치 : 각각 980 MPa 및 8% 미만이다. 470℃ 를 초과하면, 용융 도금 문제로서 용융물의 기화가 발생하고, 용융물과 스트립 사이의 반응을 제어못하게 된다.
- 그 후, 강은 코팅된 냉간 압연된 강을 얻도록 용융 도금 코팅되고, 바람직하게는 아연도금 냉간 압연된 고강도 강을 얻도록 용융 도금 코팅은 Zn 또는 Zn 합금의 욕 (bath) 에서 실시된다.
- 선택적으로, 아연마무리된 냉간 압연된 고강도 강을 얻도록 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 강은 기재와 합금화되고, Zn 또는 Zn 합금 코팅은 7 ~ 15% 의 철을 포함한다.
내부 산화된 구역은 Zn 또는 Zn 합금 코팅 하에 존재한다.
- 그 후, 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 강은 적어도 1 ℃/s 의 냉각 속도에서 실온으로 냉각된다.
페라이트는 본 발명의 테두리내에서 10 미크론 (㎛) 미만의 입자 크기를 가진 입방정 중심 조직으로 규정된다. 페라이트 및 베이나이트의 함량 합은 본원의 테두리내에서 적어도 8% 총연신을 가지도록 5 ~ 50 % 이어야 하고; 페라이트 및 베이나이트의 합이 5% 미만이면, 이러한 연신 레벨에 도달하지 못한다. 페라이트 및 베이나이트의 합이 50% 초과하면, 980 MPa 의 인장 강도 목표에 도달하지 못한다. 바람직하게는, 페라이트 및 베이나이트의 함량 합은 5 ~ 30% 이다. 다른 실시형태에서, 페라이트 및 베이나이트 함량 합은 20 ~ 40% 이다.
바람직한 실시형태에서, 페라이트 입자 크기는 10 ㎛ 미만이고, 바람직하게는 5 ㎛ 미만이며 보다 더 바람직하게는 3 ㎛ 미만이다. 작은 입자 크기의 페라이트, 즉 10 ㎛ 미만이면 항복 강도를 개선시킨다. 낮은 소둔 온도들, 페라이트 입자 크기들을 고정 (pin) 하고 그리고 이들의 성장을 제한하는 Nb 및 Ti 등의 화학적 조성 원소들 뿐만 아니라 소둔 이후에 냉각시 페라이트 형성을 제한하는 Cr 및 Mo 의 존재 덕분에, 크기가 제한된 이러한 페라이트 함량 범위가 얻어진다. 10 ㎛ 초과하면, 항복 강도는 너무 낮게 그리고 500 MPa 의 목표 미만으로 된다.
보다 바람직한 실시형태에서, 페라이트 입자 크기의 애스펙트비, 즉 페라이트 입자 각각의 길이 대 높이의 비들의 평균값은 1 ~ 3 이다. 적어도 3 개의 개체들의 페라이트 입자들에 대해 이러한 측정을 실시하고, 분석 샘플들은 균질성의 목적으로 재료의 1/3 두께에서 광학식 또는 주사식 전자 현미경으로 관찰된다. 페라이트 입자 크기의 이러한 애스펙트비는 특성들 중 균질성을 향상시키고, 페라이트 입자 크기가 니들 유형이면, 즉 3 초과 또는 1 미만이면, 종방향과 횡방향 사이의 특성들의 차는 너무 높게 되고, 재료의 특성들은 이종일 수 있고 그리고 변형 방향에 너무 많이 의존할 수 있다.
마르텐사이트는 소둔 동안 형성된 불안정한 오스테나이트로부터 소킹 이후에 냉각 동안 형성된 조직이다. 마르텐사이트의 함량은 50 ~ 95% 범위내에 있어야 한다. 50% 미만이면 980 MPa 의 인장 강도 목표에 도달하지 못하고, 95% 초과하면 총연신은 8% 미만이다.
본 발명에서 양호한 홀 확장 결과는 상 분율 밸런스 및 상들 (페라이트 및 마르텐사이트) 의 경도에서의 작은 차로 인한 것이다.
약어들
UTS(MPa) 는 압연 방향에 대한 횡방향으로의 인장 시험에 의해 측정된 극한 인장 강도라고 한다.
YS(MPa) 는 압연 방향에 대한 횡방향으로의 인장 시험에 의해 측정된 항복 강도라고 한다.
TEl (%) 는 총연신이라고 한다.
UTS, YS 및 Tel 은 측정된 이하의 여러 가지 시험들일 수 있다. 실시예들에 사용된 시험들은 JIS-T 표준에 따라서 실시된다.
HE (%) 는 홀 확장을 말한다. 이러한 시험은, 원뿔형부가 토핑된 직경이 45 mm 인 원통형부로 형성된 원뿔형 펀치의 도움으로 실시될 수 있다. 이러한 펀치는 시험할 강 시트 아래에 위치되고 그리고 초기 직경 (Do) 이 10 mm 인 홀이 미리 제공된다. 그 후, 원뿔형 펀치는 이러한 홀안으로 상방으로 이동되고 그리고 제 1 횡방향 균열이 발생할 때까지 이 홀을 확장시킨다. 그 후, 홀의 최종 직경 (D) 이 측정되고, 홀 팽창은 이하의 관계를 사용하여 산출된다:
Figure pct00001
미세조직들은 2% 나이탈 에칭을 사용하여 1/4 두께 위치에서 SEM 을 사용하여 관찰되었고 이미지 분석에 의해 정량화된다.
범위에 대하여 비한정적으로 설명으로서 제공되는 이하의 실시예들을 참조하면 본원에 따른 강은 보다 잘 이해된다.
반제품들은 강 주조로부터 제조된다. 반제품의 화학적 조성은, 중량% 로, 이하의 표 1 에 도시된다.
Figure pct00002
표 1 에서 강 조성의 잔부는 철 및 용융으로 인한 불가피한 불순물들로 구성되고, 이 불순물 레벨은 0.0005 미만 0.0001 mill.% 초과이다.
조성 1 ~ 14 의 잉곳들은 초기에 재가열되고 열간 압연되었다. 그 후, 열간 압연된 강 플레이트들은 냉간 압연 및 소둔되었다. 실시한 공정 파라미터들은 이하에 도시된다.
재가열 온도 (HR 재가열) : ℃
마무리 압연 온도 (HRFT) : ℃
권취 온도 (CT) : ℃
중간 소둔 온도 (IA T): ℃ 및 시간 (IA t) : hr
고온 밴드 느린 냉각, 커버로의 진입 온도 (℃) 및 냉각 속도 (℃/min)
적용된 냉간 압연 (CR) :
다이렉트 소성로에서의 산화 온도 (DFF 온도) : ℃
DFF 에서 과잉의 산소 체적 백분율,
소둔 온도에 도달하기 전에 가열 속도 (℃/s)
소둔로에서의 노점 (℃)
소둔 동안 소킹 온도 (AT) : ℃
소둔 동안 소킹 기간 (At) : s
과시효 온도 범위 OAT
과시효 시간 OAt
코팅 타입 : 465℃ 에서 아연도금하기 위한 GI 및 가변 온도로 아연마무리하기 위한 GA
본원에 따른 강 1 ~ 14 은 표 2 에 기재된 공정 파라미터들을 받게 된다.
Figure pct00003
중간 소둔 (TIA) 및 커버 처리의 영향은 최종 제품에 대해서 평가되었고, 즉 냉간 압연, 소둔 및 최종 코팅 후에 평가되었다. 중간의 소둔을 받지 않는 실시예 DD 와 비교하여, 실시예 EE 는 중간에 소둔되었고; 이의 미세조직은 상기 공정 동안 균질화되었다. 냉간 압연 및 최종 코팅 공정 이후에, 코일 길이를 따른 두께 변화는 5% 미만인 반면, 실시예 DD 에서 코일 길이를 따른 두께 변화는 상당히 더 높았다.
실시예 GG 는 열간 압연된 강을 훨씬 더 느리게 냉각시키는 커버 디바이스 내부에서 처리되었고, 이는 또한 강 내부에서의 미세조직의 균질성을 향상시켰다. 그 결과, 최종 제품의 두께 변화는 또한 5% 미만이었다.
이하 표 3 에서, 모든 강들은 다이렉트 소성로를 사용하여 가열 동안 산화를 받은 후 본 발명에 따른 복사관 노에서 압하를 받게 된다. 그 결과, GI 또는 GA 코팅을 수용하는데 적합한데, 이는 이 강 시트의 표면은 산화철 층을 포함하지 않지만, 산화물들을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하는 200 ㎚ ~ 100 ㎛ 의 깊이를 가진 중간 산화 구역을 포함하고, 이는 기재에 대한 코팅의 합금에 대응한다. 아연마무리 후에 GA 온도에서 실온으로 냉각하는 것이 5 ℃/s 에서 실시된다.
Figure pct00004
미세조직에 대하여, 선택된 실시예들의 표 3 에 대한 평균값들은 이하의 미세조직 특징을 가진다:
Figure pct00005
기계적 특성들에 대하여, 상기 표 4 에서는 항복 강도, 인장 강도, 총연신 및 홀 확장에 대한 결과들을 나타낸다. BOG 는 게이지에 대한 고장을 나타내고, 그 값은 구할 수 없다.
Figure pct00006
본원에 따른 강들은 양호한 코팅가능성을 나타낸다. 추가로, 많은 실시예들에서는 980 MPa 초과, 심지어 1180 MPa 초과 (실시예 W 참조) 하는 인장 강도를 나타낸다. 더욱이, 연성 레벨은 또한 본원에 대응하는 모든 경우에서 8% 초과하고, 항복 강도는 500 MPa 초과, 심지어 일부 실시예들 (실시예 W 참조) 에서 780 MPa 초과하고, 홀 확장값들은 명백하게 20 % 초과이며, 최고의 경우에 40% 초과 (실시예 W 참조) 이다.
실시예 XA 는 25℃ 보다 더 높은 28℃ 에서 노점으로 처리되었다. 강의 인장 강도는 노에서 너무 높은 노점에 의해 유발된 과잉의 탈탄으로 인해 980 MPa 미만이었다.
실시예 XB 의 강은 2% 보다 낮은 1.8% Mn 을 가진다. 상기 공정의 종료시에 획득된 코팅된 시트는 65% 의 페라이트 플러스 베이나이트를 포함하고, 그 결과 980 MPa 보다 훨씬 낮은 인장 강도를 유발한다.
실시예 XC 의 강은 0.15% 초과의 C, 1.5% 초과의 Si, 0.1% 초과의 Al 를 가지고, 이는 강에서 마르텐사이트를 매우 경질로 만든다. 그 결과, 총연신은 8% 보다 훨씬 낮고, 홀 확장비는 20% 보다 훨씬 낮다.
본원에 따른 강은 모터 차량들용 백색 부품들에서 자체에 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 적어도 980 MPa 의 인장 강도, 500 MPa 이상의 항복 강도, 8% 이상의 총연신을 가진 냉간 압연 및 용융 도금 코팅된 강 시트로서,
    상기 강 시트의 조성은, 중량% 로:
    0.05 ≤ C ≤ 0.15%
    2 ≤ Mn ≤ 3%
    Al ≤ 0.1 %
    0.3 ≤ Si ≤ 1.5%
    0.01% ≤ Nb ≤ 0.05%
    N ≤ 0.02%
    0.1 ≤ Cr + Mo ≤ 1%
    0.0001 ≤ B < 0.0025%
    Ti ≤ 0.5%
    V < 0.01%
    S ≤ 0.01%
    P ≤ 0.05%
    를 포함하고,
    상기 조성의 잔부는 철 및 용융으로 인한 불가피한 불순물들이며,
    미세조직은, 표면 분율로: 50 ~ 95% 마르텐사이트 및 합이 5 ~ 50% 인 페라이트와 베이나이트로 구성되며,
    상기 페라이트의 입자 크기는 10 ㎛ 미만이며,
    상기 페라이트의 입자 크기의 애스펙트비는 1 ~ 3 인, 냉간 압연 및 용융 도금 코팅된 강 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0.09 ≤ C ≤ 0.14% 인, 강 시트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2.2 ≤ Mn ≤ 2.7% 인, 강 시트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Al ≤ 0.05% 인, 강 시트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.6 < Si ≤ 1.3% 인, 강 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Nb ≤ 0.03% 인, 강 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.1 ≤ Cr + Mo ≤ 0.7% 인, 강 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.001 ≤ B ≤ 0.0022% 인, 강 시트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.02% ≤ Ti ≤ 0.05% 인, 강 시트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화물을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하는 적어도 200 ㎚ 그리고 100 ㎛ 미만의 내부 산화 깊이는 용융 도금 코팅 아래에 존재하는, 강 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    페라이트 평균 입자 크기가 3 ㎛ 미만인 상기 페라이트 및 상기 베이나이트의 합의 표면 분율은 20 ~ 40% 인, 강 시트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인장 강도는 적어도 980 MPa 이고, 항복 강도는 적어도 500 MPa 이며, 총연신은 적어도 8% 이며, 홀 팽창은 적어도 20% 인, 강 시트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 인장 강도는 적어도 1180 MPa 이고, 상기 항복 강도는 적어도 780 MPa 이며, 상기 총연신은 적어도 8% 이며, 상기 홀 팽창은 적어도 20% 인, 강 시트.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강은 아연도금 또는 아연마무리되는, 강 시트.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 냉간 압연 및 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법으로서,
    - 슬래브를 얻도록 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 조성의 강을 주조하는 단계;
    - 1180℃ 초과의 온도 (T재가열) 에서 상기 슬래브를 재가열하는 단계;
    - 열간 압연된 강을 얻기 위해 800℃ 초과의 온도에서 재가열된 상기 슬래브를 열간 압연하는 단계;
    - 권취 온도 (T권취) 가 500℃ ~ 800℃ 가 될 때까지 열간 압연된 상기 강을 종래의 냉각 속도로 냉각하는 단계;
    - T권취 에서 냉각된 열간 압연된 상기 강을 권취하는 단계;
    - 열간 압연된 상기 강을 탈스케일링 (de-scaling) 하는 단계;
    - 선택적으로, 열간 압연된 상기 강을 20 분 초과하여 300℃ 초과의 온도 (TIA) 에서 소둔하는 단계;
    - 선택적으로, 커버에 진입하기 전에 열간 압연된 상기 강의 온도를 400℃ 초과로 하는 단계로서, 열간 압연된 상기 강의 냉각 속도는 1 ℃/min 이하 및 0.01 ℃/min 이상이어야 하는, 상기 커버에 진입하기 전에 열간 압연된 상기 강의 온도를 400℃ 초과로 하는 단계;
    - 냉간 압연된 강 시트를 얻도록 상기 강을 냉간 압연하는 단계;
    - 이하의 단계를 포함하는 냉간 압연된 상기 강 시트를 소둔하는 단계:
    - 0.2% ~ 4% 의 과잉의 산소 체적 백분율을 가진 분위기를 가진 다이렉트 소성로에서 냉간 압연된 상기 강 시트를 가열하는 단계로서, 산화 단계는 500℃ ~ 750℃ 에서 실시되는, 상기 다이렉트 소성로에서 냉간 압연된 상기 강 시트를 가열하는 단계,
    - 복사관 노에서 상기 다이렉트 소성로의 온도에서부터 소둔 온도까지 가열하는 단계로서, 가열 속도는 0.5 ~ 2.5 ℃/s, 상기 복사관 노에서 분위기의 노점은 25℃ 이하인, 상기 복사관 노에서 상기 다이렉트 소성로의 온도에서부터 소둔 온도까지 가열하는 단계,
    - 상기 소둔 온도 (T소둔) 는 750 ~ 950℃ 이고,
    - 적어도 30 초 그리고 300 초 이하의 기간 동안 상기 소둔 온도 (T소둔) 에 상기 강을 유지하는 단계;
    - 냉간 압연된 강을 440℃ ~ 470℃ 의 온도 (TOA) 까지 냉각시키는 단계;
    - 30 초 초과 180 초 미만 동안 TOA 에 냉간 압연된 강을 유지하는 단계;
    - 상기 가열 동안, T소둔 에 유지하고 냉각하는 단계들로서, 냉간 압연된 상기 강의 표면은 산화된 후 압하되어 산화물을 포함하여 Si, Mn, Al, Ti 중 1 종 이상을 포함하는, 적어도 200 ㎚ 및 100 ㎛ 미만의 내부 산화 깊이를 얻게 되는, 상기 T소둔 에 유지하고 냉각하는 단계들;
    - 코팅된 냉간 압연된 강을 얻도록 냉간 압연된 상기 강을 용융 도금 코팅하는 단계,
    - 선택적으로, 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 상기 강은 냉간 압연 강 코팅에서 7% ~ 15% 의 철 함량에 도달하도록 아연마무리되는 단계,
    - 용융 도금 코팅된 냉간 압연된 상기 강은 적어도 1 ℃/s 의 냉각 속도에서 실온으로 냉각되는 단계를 연속적으로 포함하는, 냉간 압연 및 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    500℃ ≤ T권취 ≤ 750℃ 인, 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    30 시간 ~ 100 시간의 시간 동안 500℃ ≤ TIA ≤ 650℃ 인, 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉간 압연 압하비는 40 ~ 60% 인, 고강도 강 용융 도금 코팅된 시트의 제조 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉간 압연된 강의 표면은 0℃ 미만의 노점을 가진 혼합 가스 분위기를 가진 복사관 노내에서 압하되는, 고강도 강 용융 도금 코팅된 시트의 제조 방법.
  20. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    775℃ ≤ T소둔 ≤ 860℃ 인, 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법.
  21. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    아연도금 또는 아연마무리된 냉간 압연된 고강도 강을 얻기 위해, 용융 도금 코팅은 액체 Zn 욕에서 실시되는, 용융 도금 코팅된 강 시트의 제조 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 강 시트를 모터 차량용 부품을 제조하는데 사용하기 위한 용도.
  23. 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 강 시트를 모터 차량용 부품을 제조하는데 사용하기 위한 용도.
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