TWI258512B - Duplex stainless steel - Google Patents
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Description
1258512 A7 B7 五、發明說明(1) 發明背景 發明領域 本發明大體有關一種雙煉不銹鋼◦明確言之,本發明 有關一種可成爲某些已知雙煉不銹鋼之經濟替代物之雙煉 不綉鋼,同時亦提供相對於某些沃斯田不銹鋼(譬如304 、3 1 6及3 1 7型沃斯田不銹鋼)之增進耐腐蝕性。本發明 亦以一種製造本發明雙煉不銹鋼之方法爲標的。本發明之 該雙煉不銹鋼可應用於例如腐蝕性環境中及製成各種製品 譬如條、棒、板、片、鑄件、管或管線〇 發明背景說明 雙煉不銹鋼爲含有由沃斯田體及肥粒體混合相組成之 微結構之合金。一般而言,其等顯現二者相之某些特性以 及較高之强度及延性。曾有各種雙煉不銹鋼被提出,其中 一些說明於美國專利 3,650,709、4,340,4 3 2、4,798,635 、4,828,630、 5,238,508、 5,298,093、 5,624,504、以及 6,096,441 號中 〇 早期之雙煉合金具有對一般腐蝕及氯化物應力腐蝕開 裂之中度耐受性,但當用於熔接態時遭受大量性質損失〇 目前有一種最廣泛使用之二代雙煉不銹鋼可購自賓州匹茲 堡 Allegheny Ludlum公司,商標爲 AL 2205 (UNS S31803 及/或3 2 2 0 5 )。此雙煉不銹鋼爲一標稱2 2 %鉻、5 . 5 % 鎳、3 %鉬及/或0 . 1 6 %氮之合金,在多種環境下具有優 於AISI 3〇4、316及317型沃斯田不銹鋼之耐腐蝕性(除 非另予註明,本文中所有百分比均爲合金總重之重量百分 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
ϋ ϋ ϋ «ϋ n n n ^ > · n 1 I ϋ n I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 1258512 _____B7____ 五、發明說明(2 ) 比)〇 AL 2 2 0 5爲氮提升型雙煉不_鋼,賦予氮之冶金上 利益以改良腐蝕性能及熔接態性質,亦顯現習用沃斯田不 銹鋼兩倍以上之降伏强度。雙煉不㈣鋼在對一般腐蝕及氯 化物應力腐蝕開裂("SCC ")之耐受性爲屬重要之環境中, 常以熔接管線或管狀組件及成形或熔接片產品之形式使用 〇增高之强度產生管壁厚度減小之機會且阻礙損壤處理0 如上指示,AL 2 2 0 5已由管及管線最終使用者廣泛接 受,尤其在憂慮SCC時作爲316型不銹鋼之低成本替代物 〇此大部份係因AL 2 2 0 5顯著較316型及317型沃斯田不 綉鋼更耐裂縫腐蝕之事實所致。此一對氯化物離子裂縫腐 蝕之優越耐受性例示於下表,其中顯示使用1 〇 %氯化鐵溶 液之ASTM G48B程序之結果。所述10%氯化鐵溶液爲以重 量計之六水合鹽,而相當於無水氯化鐵鹽溶液之約6重量 % 〇 在1 0 %氯化鐵中之裂縫腐蝕數據 合金_裂縫腐蝕開始之溫度 316 型 27下(-3。〇) 317 型 35°F(2°C) AL 2 2 0 5 6 8 °F ( 2 0 °C ) 然而,AL 2 2 0 5不尋常之耐腐蝕性(以及其他性質) 在一些應用上可能高出所需。在某些SCC應用上,雖然AL 2 2 0 5提供可接受之技術解法,但其可能非3 04、316或317 型不銹鋼之經濟替代合金。AL 2 2 0 5之較高成本主要乃因 合金元素鎳(標稱5 · 5 % )及鉬(標稱3 % )之量所致〇 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------矿---------表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1258512 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明說明(3) 因此,一般希欲提供一種耐腐蝕性高於3 04型、316 型或317型沃斯田不銹鋼且生產成本低於常用AL 2 2 0 5雙 煉不銹鋼之可熔接、可成形之雙煉不銹鋼〇 本發明綜述 本發明有關一種雙煉不銹鋼.,包含(重量%單位)高 至0 . 0 6 %碳;1 5以迄小於2 5 %鉻;大於3以迄6 %鎳;高 至3.75%錳;0.14以迄0.35%氮;高至2 %矽;大於1.4 迄2 · 5 %鉬;高至小於0 · 5 %銅;高至小於0 · 2 %鈷;高 至 0.05% 磷;高至 0.005 % 硫;0.001 以迄 0.0035% 硼; 以及鐵與偶生(附帶)雜質。此種雙煉不銹鋼係一種可顯 現高於3 04型、316型及317型沃斯田不銹鋼之耐腐蝕性 之可熔接、可成形鋼c 依據本發明之一特定具體形式,該雙煉不綉鋼可包含 (重量%單位)高至0.03%碳;19.5以迄22 .5%鉻;大於 3以迄4 %鎳;高至2 %錳;0 . 14以迄0 · 20 %氮;高至1 %矽;1 . 5以迄2 . 0 %鉬;高至0 . 4 %銅;高至0 . 3 %磷 ;0 . 001 %硫;及〇 . 〇〇1 5以迄0 . 0 0 3 0 %硼;鐵以及偶生雜 質。 又,本發明之該雙煉不銹鋼可主要由(重量%單位) 高至0.03%碳;19.5以迄小於22.5%鉻;大於3以迄4 % 鎳;高至2 %錳;0.14以迄0.20%氮;高至1 %矽;1·5 以迄2.0 %鉬;高至0·4 %銅;高至0.3 %磷;0.001 % 硫;及0.0015以迄0.0030%硼;鐵以及偶生雜質。 本發明亦有關由或包括本發明雙煉不銹鋼所製作之製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公#i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
_ m n ϋ i mmMmm n 一‘ n ·ϋ 1 n I n mmmme I 1258512 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明說明(4 ) 品,譬如條、棒、板、片、鑄件、管或管線◦由本發明雙 煉不ί秀鋼形成之物品在意圖用於含氯化物之環境中時可能 特別有利c 此外,本發明有關一製造雙煉不綉鋼之方法〇依據該 本發明方法提供一種包含高至0 . G 6 %碳;1 5以迄小於2 5 % 鉻;大於3以迄6 %鎳;高至3.75%錳;0.14以迄0.35% 氮;高至2 %矽;大於1·4迄2,5 %鉬;高至小於0.5 % 銅;高至小於〇·2 %鈷;高至0.05%磷;高至0.005 %硫 ;0 · 0 0 1以迄0 · 0 0 3 5 %硼;鐵及偶生雜質之雙煉不銹鋼〇 該鋼材予溶液退火並冷卻。該鋼材可進一步加工成製品或 任何其他所需形式〇 本發明詳沭 本發明有關一種雙煉不銹鋼,包含(重量%單位)高 至0.06%碳;15以迄小於25%鉻;大於3迄6 %鎳;高至 3.75%鐘;0.14以迄〇·35%氮;高至2 %砂;大於1.4迄 2 ·5 %飽;高至小於0·5 %銅;高至小於〇.2 %銘;高至 〇·〇5%磷;高至〇 〇〇5 %硫;〇·〇〇ι以迄0 00 3 5 %硼;鐵 以及偶生雜質〇以上本發明之雙煉不銹鋼較佳爲含有沃斯 田體及肥粒體相,在退火狀況下爲於體積之20%至80%範 圍內。本發明之雙煉不銹鋼係可顯現較3〇4型、316型及 3 1 7型沃斯田不銹鋼爲高之耐腐蝕性之可熔接、可成形材 料0 依據本發明之某些具體形式,該雙煉不绣鋼可包含( 重量%單位)咼至0 03%碳;ΐ9·5以迄22.5%鉻;3以迄 本紙張尺度適用中國國家標準(cns)a4規格(210 X 297公) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .--------坏---------線* 1258512 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明(5) 4 %鎳;高至2 %錳;0.14以迄〇·2〇%氮;高至1 %矽; 1·5以迄2.0 %鉬;高至0.4 %銅;高至〇·3 %磷;〇 001 %硫;及/或0.0015以迄0.0030 %硼;鐵以及偶生雜質〇 此等範圍可能特別適合兼需要可成形性及强度同時維持所 需耐腐蝕性位準之管用途0本發明之雙煉不銹鋼可包括業 界已知之各種其他合金添加物及附加物〇因此,本發明之 雙煉不綉鋼具體形式可以較諸常用A L 2 2 0 5雙煉不銹鋼爲 少之成本生產,因合金添加物尤其鎳及鉬之含量較低◦儘 管如此,本發明之雙煉不銹鋼仍提供穩定之沃斯田體相( 相對於變形所誘生之麻田散體)及所需耐腐蝕性位準〇以 下將本發明某些具體形式之鎳及鉬含量與AL 2 2 0 5比較〇 鎳及鉬元素之量(重量% ) 元素 本發明雙煉合金具體形式 AL 2 2 0 5 鎳 大於3.0以迄4.0 5.5 %標稱 鉬 1.5至2.0 3 %標稱 儘管鎳及鉬之位準較AL 22 05低,所評估之本發明雙 煉不銹鋼具體形式顯現顯著高於3 04、316及317型沃斯田 不銹鋼之耐坑點/裂縫腐蝕性。如業界已知,3 1 6及3 1 7 型不誘鋼對坑點/裂縫腐蝕之耐受性較3〇4型不銹鋼高。 作爲本發明之一實例,發明人生產一爐次之雙煉不銹 鋼,含有(重量%單位)0·018 %碳、〇.46%錳、0.022 % 磷、0.0034% 硫、0.45% 矽、20.18 % 鉻、3.24% 鎳、 1.84% 鉬、0.21% 銅、0.166 % 氮、及 0.0016% 硼(以下 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公為i ---I----------------· I I I----I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1258512 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(6) 稱vv實例1 〃) 〇如下所示,本發明此一雙煉不綉鋼具體 形式顯現顯著高於3 1 6及3 1 7型沃斯田不_鋼之對坑點腐 蝕耐受性,同時因低鎳及鉬含量所致而維持較AL 2 2 0 5低 之生產成本0 耐坑點腐蝕性 合金_臨界坑點腐蝕溫度 3 1 6型不銹鋼 5 9下(1 5 · 0 °C ) 317 型不銹鋼 66T ( 18 · 9/C ) 實例 1 8 8 · 3 °F ( 3 1 · 3 °C ) 316及317型沃斯田不銹鋼之臨界坑點腐蝕溫度(CPT) 係以ASTM G-4 8 A程序爲準。依據此程序,該材料之一試樣 於所需溫度浸入含有6 %氯化鐵溶液之燒杯內達72小時, 然後評估坑點腐蝕之跡象。以增高之溫度重複試驗可測定 坑點腐蝕起始之溫度。實例1之CPT係以A.STM G150程序 測量。依據此程序,由ASTM G-48A程序所測定之相同CPT 値藉由將材料試樣置於含有1摩爾(約5 · 8重量% )之氯 化鈉溶液之電化電池內,並極化至一相對於SCE爲+ 700毫 伏之電位而予測定0溶液溫度以每分鐘1 °C之速率增加, 並監測腐蝕電流。電流在某些溫度迅速增加並超過每平方 厘米1〇〇微安培之臨限。該溫度記錄成CPT 〇樣品上之坑 點腐蝕於是可藉目視確認〇 此外,發明人亦在本發明內發展出另一雙煉不銹鋼, 含有(重量%單位)0.021 %碳、0.50%錳、0.022 %磷 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
1258512 A7 B7 r一丨丨麵丨1 -… 一 「「 . —— ——— —— "" . . " _ _ |五、發明說明(7) i | 、0.0014% 硫、0.44% 砂、2 0.25 % 鉻、3·27% 鎳、1·80 ] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
I % 鉬、0.21% 銅、0·167 % 氮、及 0.:0016% 硼(以下稱 A ! 實例2 "),並評估該鋼材之各種機械性質0各項結果例
S | 示於下〇如預期,實例2之機械性質,超過ASTM A 240規範 | 對AL 2 2 0 5之最小要求。此外,雖然實例2之降伏及抗拉 ! 强度低於AL 2205 ,但其等爲相匹擬:〇然而,重要者爲此 | 等數値實質大於ASTM AWO規範對3 04 〇 316及317型沃斯 I 田鐵不纟秀鋼之最小要求0 合金標準 機械性質 〇 . 2 %偏置 降伏强度 極限抗 拉强度 %伸長 ASTM A2 4 0 最小 3 04不銹鋼 30,000 75,000 40.0 ASTM A240 最小 3 1 6不i秀鋼 30,000 75,000 40.0 ASTM A240 最小 317不銹鋼 30,000 75,000 35.0 ASTM A240 最小 AL 2205雙煉不銹鋼 65,000 90,000 25 AL 2 2 0 5不綉鋼 85,000 125,000 30 實例2 83,500 114,000 37 因此,本發明之雙煉不銹鋼可提供對AL 2 2 0 5 之較低 成本替代物〇如本發明實例1及i !所示,本發明之雙煉不 工纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公 1258512 A7 B7_ 五、發明說明(8 ) 銹鋼具體形式顯現可匹擬AL 2 2 0 5之機械性質以及顯著高 於3 1 6及3 1 7型不銹鋼之耐坑點/裂縫腐蝕性〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明亦有關由或包括本發明雙煉不纟秀鋼所構成之製 品,譬如條、棒、板、片、鑄件、管及管線◦依據本發明 之此等具體形式,該製品係由或包括一包含(重量%單位 )高至〇·〇6%碳;15以迄小於25%鉻;大於3以迄小於6 %鎳;高至3.75%錳;0.14以迄0.35%氮;高至2 %矽; 大於1 · 4迄小於2 · 5 %鉬;高至小於0 . 5 %銅;高至小於 0.2 %鈷;高至0.05%磷;高至0·005 %硫;及0.001以 迄0·0035%硼;鐵以及偶生雜質之雙煉不銹鋼構成。由本 發明雙煉不綉鋼形成之物品在用於含氯化物之環境中時可 能特別有利〇 此外,本發明有關一用以製成雙煉不銹鋼之方法〇依 據本發明之方法,所提供者爲一種包含(重量%單位)高 至0·06%碳;15以迄小於25%絡;大於3迄小於6 %鎳; 高至3 · 7 5 %錳;0 · 1 4 %以迄0 · 3 5 %氮;高至2 %矽;大於 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 · 4迄小於2 · 5 %鉬;高至小於0 . 5 %銅;高至小於〇 . 2 %鈷,•高至〇·〇5%磷;高至0.005 %硫;以及0,001以迄 0 · 0 0 3 5 %硼;鐵及偶生雜質之雙煉不銹鋼。依據該方法, 該鋼材續予溶液退火,然後冷卻。該鋼材可用業界普通技 術人士已知之技術進一步加工成譬如上述之製品或任何其 他所需形式之物品〇 應予了解,本說明例示適合清楚了解本發明之各種發 明情況〇對業界普通技術人士將屬明顯故而並不利於更加 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公 1258512 A7 B7 五、發明說明(9 ) 了解本發明之某些本發明情況則不予提列,以便簡化本說 明。雖然本發明已就某些具體形式加以說明,但業界普通 技術人士在思考前文說明時均將認知本發明可作成多種具 體形式、修改形式及變化形式〇所有此等變化及修改形式 均意圖涵蓋於以上說明及後附之申請專利範圍內〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ n i.^ n n I— n )0!▼ · n n ϋ ϋ ·ϋ ·1 ϋ I » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297 議)一
Claims (1)
1258512 1 ( 94 . 1 2 . 1 2· #;正 L ι:丨: ^^^一— - 1.一種雙煉不銹鋼,包含(重量%單位)0以迄0.06% 碳;1 5以迄2 2.5 %鉻;大於3以迄小於4 %鎳;0以迄3。7 5 %錳;0 t 1 4以迄0.3 5 %氮;0以迄2 %矽;大於1.4迄小於 2.5%鋁;0以迄小於0.5%銅;0以迄小於0.2%鈷;0以 迄 0.0 5 % 磷;0 以迄 0 · 0 0 5 % 硫;0.0 0 1 以迄(h 0 0 3 5 % 硼; 鐵以及偶生雜質。 2.如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0以迄0.0 3 %碳。 3 .如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含丨5以迄小 於21%鉻。 4. 如申請專利範圍第3項之雙煉不銹鋼,包含大於3迄 3.5 % 鎳。 5. 如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0以迄2 〇/〇 锰。 6.如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0.14以迄 0 · 2 0% 氮。 7 .如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0以迄1 %砍。 8 .如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含1 . 5以迄 2 · 0 0/〇 鋁。 9.如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0以迄0.4 %銅。 10.如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0以迄0.03 %磷。 1258512 11.如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含 0以迄 0.00 1% 硫。 1 2 .如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,包含0.00 1 5以 迄 0.003 % 硼。 1 3 ,如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,其中該鋼爲可 熔接及可成形。 1 4。一種雙煉不銹鋼,主要由(重量%單位)0以迄0.06 %碳;1 5以迄2 2.5 %鉻;大於3迄小於4 %鎳;0以迄3 .7 5 %錳;0 . 1 4以迄0.3 5 %氮;0以迄2 %矽;大於1.4迄小於 2.5 %鋁;0迄小於0.5 %銅;0迄小於0.2 %鈷;0以迄0.0 5 %磷;0以迄0.0 0 5 %硫;0.0 0 1以迄0.0 0 3 5 %硼;鐵以及 偶生雜質構成。 1 5 . —種雙煉不銹鋼,包含(重量%單位)0以迄 0.0 3 % 碳;1 5迄小於21 %鉻;大於3迄小於4 %鎳;Q以迄2 % 錳;0 . 1 4以迄0.2 0 %氮;0以迄1 %矽;1 . 5以迄2 %鉬;〇 迄小於0.4 %銅;0迄小於0.2 %鈷;0以迄0.0 3 %磷; 0.001以迄0.0035%砸,鐵以及偶生雑質。 16.—種包括雙煉不銹鋼之製品,該不銹鋼包含(重量% 單位)0以迄0.0 6 %碳、1 5以迄2 2.5 %鉻、大於3迄小於 4 °/〇鎳、0以迄3 . 7 5 %錳、〇.1 4以迄0.3 5 %氮、0以迄2 % 矽、大於1 .4迄小於2.5 %鉬、0迄小於0.5 %銅、0迄小 於0.2 %鈷、0以迄0.0 5 %磷;0以迄0.0 0 5 %硫、0.0 0 1以 迄0.003 5%硼;鐵以及偶生雜質。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之製品,其中所述鋼之形式爲 2 1258512 由條、棒、板、片、鑄件、管及管線所組成集團中選出之 物品。 18。 一種用以製成雙煉不銹鋼之方法,該方法包含: 提供一種包含(重量%單位)〇以迄〇. 〇 6 %碳、1 5以迄 2 2.5 %鉻、大於3迄小於4 %鎳、〇以迄3 . 7 5 %錳、0」4以 迄0.3 5 %氮、0以迄2 %矽、大於1 .4迄小於2.5 %鉬、0 迄小於0.5 %銅、0迄小於0 · 2 %鈷、〇以迄〇 . 〇 5 %磷、〇以 迄0.005 %硫、0.001以迄0·00 3 5 %硼;鐵以及偶生雜質之 雙煉不銹鋼合金; 將該鋼溶液退火;以及 將該鋼冷卻。 19. 如申請專利範圍第3項之雙煉不銹鋼,包含丨5迄20.5 重量%鉻。 20♦如申請專利範圍第3項之雙煉不銹鋼,包含大於3迄 3 . 5重量%鎳。 21·如申請專利範圍第1項之雙煉不銹鋼,其中該鋼包括 不超過偶生量之鎢。 22·如申請專利範圍第14項之雙煉不銹鋼,主要由15迄 小於2 1重量%鉻構成。 23·如申請專利範圍第22項之雙煉不銹鋼,主要由 1 5以迄2 0.5重量%鉻構成。 2 4 .如申請專利範圍第丨4項之雙煉不銹鋼,主要由大於3 迄3.5重量%鎳構成。 25.如申請專利範圍第22項之雙煉不銹鋼,主要由大於3 3 1258512 迄3.5重量%鎳構成。 2 6.如申請專利範圍第1 4項之雙煉不銹鋼,主要由0以迄 0.4重量%銅構成。 2 7 .如申請專利範圍第1 5項之雙煉不銹鋼,包含1 5迄2 0.5 重量%鉻。 2 8 .如申請專利範圍第1 5項之雙煉不銹鋼,包含大於3迄 3 . 5重量%鎳。 2 9.如申請專利範圍第27項之雙煉不銹鋼,包含大於3迄 3 . 5重量%鎳。 3 〇 .如申請專利範圍第1 5項之雙煉不銹鋼,包含0以迄0.4 重量%銅構成。 3 1 .如申請專利範圍第1 5項之雙煉不銹鋼,其中該鋼包括 不超過偶生量之鎢。 3 2.如申請專利範圍第1 6項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 包含15迄小於2 1重量%鉻。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 包含15以迄20.5重量%鉻。 3 4.如申請專利範圍第1 6項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 包含大於3迄3.5重量%鎳。 3 5 .如申請專利範圍第3 2項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 包含大於3迄3.5重量°/。鎳。 3 6 .如申請專利範圍第1 6項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 包含0以迄0.4重量%銅。 3 7 .如申請專利範圍第1 6項之製品,其中所述雙煉不銹鋼 4
1258512 包含不超過偶生量之鎢。 3 8 .如申請專利範圍第1 8項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包含1 5迄小於2 1重量%鉻。 3 9.如申請專利範圍第3 8項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包含15以迄20.5重量%鉻。 4 0.如申請專利範圍第18項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包含大於3迄3.5重量%鎳。 4 1 .如申請專利範圍第3 8項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包含大於3迄3.5重量%鎳。 42.如申請專利範圍第18項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包含0以迄0.4重量°/。銅。 4 3.如申請專利範圍第18項之方法,其中所述雙煉不銹鋼 包括不超過偶生量之鎢。
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