CN115627414B - 一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板及其生产方法 - Google Patents

一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板及其生产方法,属于汽车用钢制造领域。本发明的IF钢板的化学成份重量百分比为C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%,Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质;且Nb与C还需满足,1PPM≤C‑Nb/7.74≤5PPM。本发明的钢板具有优异的二次加工脆性、优良的深冲性能及良好的表面质量。相比于传统技术方案的IF高强钢,本发明钢不添加B、Ti元素,且经过对固溶C的精准控制,Nb的添加量也比传统的IF高强钢少,成本较低。

Description

一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板及其生产 方法
技术领域
本发明属于汽车用钢制造领域,更具体地说,涉及一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业对防腐性能要求的提高,镀锌高强IF钢因具有优异的耐蚀性、强度及深冲性能广泛应用于汽车工业。高强IF钢是以超低碳钢成分为基础,通过复合添加微合金化元素 Nb、Ti、V来消除C、N固溶原子,并通过加入Si、Mn、P元素实现固溶强化以达到相应的强度级别。当钢中加入P元素可能会导致钢板出现二次加工脆性,现有技术是通过添加B元素来改善含磷IF钢的二次加工脆性。但当钢中加入B元素后,可能会在退火后热浸镀之前以氧化物的方式偏析在钢板表面,同时还会诱导Mn、P氧化物在钢表面的偏析,导致热浸镀锌表面产生漏镀缺陷,无法满足汽车外板对板面质量的要求。另一方面,也可能因在晶界偏聚的B重新扩散到晶内与位错钉扎,发生时效,造成钢板在冲压之前发生了室温时效。目前的技术方案,限制了镀锌高强IF钢在汽车外板上的进一步应用。亟待需要一种既能解决热浸镀锌含磷IF钢的二次加工脆性问题,同时兼具优异的表面质量和深冲性能。
经检索,中国专利申请号为201210119462.6的申请案,公开了一种含P的IF汽车面板用钢及其生产方法,该申请案中通过添加B来改善钢的二次脆性,但B在退火炉中在表面偏析,容易造成漏镀缺陷,因此该方法比较适用冷轧外板,当生产热镀锌外板时有一定的局限性。
又如,中国专利申请号为201810684401.1的申请案,公开了一种IF钢薄带的制备方法,该申请案中的IF钢薄带的成分按质量百分比为:C:0.0005~0.008%,Mn:0.15~0.8%,Si: 0.02~0.1%,B:0.01~0.02%,V:0.04~0.09%,P:0.005~0.08%,N:≤0.005%,O≤ 0.002%,S≤0.002%,余量为Fe。该制备方法用于生产连续退火卷,其添加Si元素高达0.1%,可能会恶化钢板表面对锌液的浸润性,而导致表面缺陷。同时C含量最高为0.008%,可能会导致成品的强度过高,不适用于深冲性能要求高的外板。
又如,中国专利申请号为202011344974.3的申请案,公开了一种220MPa级热镀锌高强 IF钢及其制备方法,该申请案中,IF钢的化学成份重量百分比为:C:0.0008~0.003%;Si: 0.07~0.10%;Mn:0.35~0.45%;P:0.048~0.058%;Nb:0.01~0.02%;Ti:0.015~0.025%; Als:0.020~0.045%;限制元素S:0.003%以下;N:0.003%以下,余量为Fe。该申请案中,通过控制Nb、Ti的添加量,以避免FePTiNb的析出,解决了或部分解决了现有技术中高强IF钢的抗二次加工脆性不佳的技术问题。但该申请案中P在晶界偏析造成二次脆性的问题没有从根本上解决,其应用具有局限性。
发明内容
1、要解决的问题
针对以上现有技术中存在的至少一些问题,本发明提供了一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板及其生产方法,采用本发明的技术方案有效解决钢的二次加工脆性,同时兼具优异的表面质量和深冲性能。
2、技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板,所述IF钢板的化学成份重量百分比为C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%, Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质;且Nb与 C还需满足,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM。
进一步地,所述IF钢板的二次加工脆性SWET≤-50℃,钢表面漏镀缺陷程度为2级及以上。
进一步地,所述IF钢的r≥1.8,Δr≤0.25,n≥0.2,AI为0,Ra为0.7~1.5μm。
本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,包括以下工艺步骤:炼钢——连铸——热轧——酸洗+冷轧——连续退火+热浸镀锌——光整轧制,其中,炼钢结束出钢的化学成分以重量百分比计,C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%, P:0.02~0.06%,S≤0.009%,Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe 和不可避免的杂质,且Nb和C满足,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM。
进一步地,所述的连铸步骤中,对铸坯进行火焰清理,清理深度≥2mm。
进一步地,所述的热轧步骤中,热轧出炉温度1230~1260℃、终轧温度Ar3+30℃、卷取温度640~680℃,除鳞水状态为全开,除鳞水压力≥150Bar。
进一步地,所述的酸洗+冷轧步骤中,冷轧总压下率为75%~85%。
进一步地,所述的连续退火+热浸镀锌步骤中,退火段RTF和SF温度为770~800℃,锌锅温度为450~460℃,锌锅温度<带钢入锅温度<锌锅温度+10℃,露点温度≤-50℃;锌锅中Al:0.20~0.30%;
进一步地,对于锌铁合金镀层钢板,合金化温度520~550℃。
进一步地,所述的光整轧制步骤中,光整机工作辊粗糙度1.5~2.5μm,轧制延伸率1.1~1.4%。
3、有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板,在不添加B元素条件下,钢成分中的C和Nb满足,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM;钢中有1个PPM以上,5个 PPM以下的固溶C时,该固溶C,在退火过程中优先偏析到晶界,减小晶界的畸变能,抑制 P元素在晶界的偏析,从而解决因P的添加而引起的二次加工脆性问题;另一方面,在生产方法上采取高温出炉+临界Ar3附近的终轧温度+低温卷取+低温退火的工艺,保证最终的组织为细小的铁素体组织,细小的晶粒在受到外力时,塑性变形可分散在更多的晶粒内进行,塑性变形较均匀,应力集中较小,此外,晶粒越细,晶界面积越大,晶界越曲折,越不利于裂纹的扩展,最终使得含磷IF钢板的二次加工脆性SWET≤-50℃。
(2)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板,在不添加B元素条件下,使用固溶原子C替代固溶原子B时,富集在表面的C会变成CO或CO2气体,钢板退火过程中不会因B元素析出导致的热浸镀后钢板表面漏镀缺陷,此外,在生产上对铸坯进行火焰清理控制内部质量缺陷,热轧阶段通过控制除鳞水来避免压氧,使用低温卷取减少氧化铁皮的生成,在退火阶段控制退火炉露点≤-50℃,以控制Mn、P元素在表面析出,并对锌锅温度、Al含量,带钢入锅温度进行限定,从而获得质量优良的镀层,最终获得的钢表面漏镀缺陷程度为2级及以上。
(3)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,在770~800℃温度范围内退火,该温度下NbC颗粒不会溶解,即钢中固溶C的含量不会增加,由于基体中仅含有1~5个PPM的固溶C,常温下不会发生位错钉扎作用,使得钢板生产之后 6个月不发生室温时效。
(4)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,相比于传统技术方案的IF高强钢,本发明钢不添加B、Ti元素,且经过对固溶C的精准控制,Nb的添加量也比传统的IF高强钢少,成本较低。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图;
图2为本发明的钢板基体的金相组织示意图;
图3为本发明的实施例在-55℃条件下产品状态示意图;
图4为本发明的对比例在-50℃条件下产品状态示意图;
图5为本发明的对比例中漏镀缺陷的示意图;
图6为本发明的实施例中无漏镀缺陷的示意图。
具体实施方式
本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板,以重量百分比计,钢的化学成分C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%, Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质,且Nb和 C满足公式,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM。其中,
C:0.0010~0.0030%,当C含量小于0.0010%时,RH炼钢深脱碳时间增长,脱碳时间> 25min,影响生产效率。当C含量>0.0030%时,为满足公式,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM,需要添加更多的Nb,不利于成本的控制,也可能会恶化材料的深冲性能。
Si:≤0.02%,Si元素是钢的合金元素之一,在本发明中,严格控制Si添加量,将Si元素的上限定为0.02%,添加超过0.02%的Si可能会导致热浸镀锌钢板表面缺陷。
Mn:0.24~0.70%,Mn是高强IF钢重要的固溶强化元素,当Mn含量<0.24%时,钢的强度有可能达不到要求,当Mn含量>0.7%时,有可能导致钢的屈服强度过高,且过多的Mn 会发生明显的表面偏析,从而恶化热浸镀锌钢板的表面质量。
P:0.02~0.06%,P是高强IF钢重要的固溶强化元素,且P固溶强化对钢的抗拉强度增量大于对钢屈服强度的增量,这对钢的深冲性能是有力的,为充分发挥P的固溶强化效果,P 的最小添加量定为0.02%。但钢中有过多的P时,即使钢中有一定量的固溶C,由于P的浓度过大导致晶界偏析趋势增加,也可能会导致钢的冷脆,同时导致钢的强度过高,恶化钢的深冲性能,因此本发明的P含量上限定为0.06%。
S:≤0.009%,S是钢中的有害元素,S和Mn、Fe元素形成的化合物会造成钢在热轧过程中的出现边裂缺陷,且硫化物夹杂也会恶化钢板的深冲性能,对于本发明钢,须将S限制 0.009%以下。
酸溶铝(Als):0.03~0.04%,该发明钢中Als起到固定N原子的重要作用,酸溶铝(Als) <0.03%时,Als不能完全固定N原子,容易引起室温时效,恶化钢板的深冲性能,当Als> 0.04%时,过多的Als可能会引起钢基体存在较多夹杂物,可能造成冲压开裂缺陷。
Nb:0.006~0.020%,Nb元素是发明钢的关键元素,一方面,Nb作为强碳化物形成元素,在热轧过程中Nb与C形成的NbC析出物,该析出物在随后的退火过程中,可以抑制再结晶晶粒的无序长大,有利于退火后的钢板获取均匀的组织,即对钢板性能的各向同性有利。另一方面,Nb与C的关系满足公式,1PPM≤C-Nb≤5PPM,通过该方法,即使钢中不添加B 元素,也能明显改善含磷IF钢的二次加工脆性。因此,为达到有上述效果Nb添加量的下限为0.006%,另一方面,当Nb的添加量超过0.020%时,可能会抑制对再结晶晶粒长大,恶化钢板的深冲性能。
N:≤0.003%,在本发明钢种,N为限制性元素,在可能的条件下,将N控制的越低越好,但更低的N会增加炼钢成本,因此将N含量的上限限制为0.003%,同时配合0.03%~0.04%的Als,可以有效地将N原子转变为AlN析出物,这样就有利于热轧过程的平稳轧制和降低再结晶退火温度。
此外本发明不添加Ti,因添加Ti的高强IF钢或仅仅添加Ti的IF钢,成品的各向异性较添加Nb高强IF钢大,同时添加Ti的高强IF钢在退火时,Ti元素会在钢表面偏析,影响热浸镀锌钢的质量。对于锌铁合金化镀层的钢板,添加过量的Ti会引起合金化镀层出现合金化条纹,使得产品不能用于外板。
本申请提供了发明钢的生产方法包括以下工艺步骤:炼钢——连铸——热轧——酸洗+ 冷轧——连续退火+热浸镀锌——光整轧制。
炼钢:通过炼钢,以重量百分比计,钢的化学成分C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%, Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%,Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤ 0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质,且Nb和C满足公式,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM。
在铁水预处理工序进行脱硫处理,保证铁水预处理终了成分S≤0.009%。通过转炉冶炼和RH炉冶炼,将钢中C含量控制在0.0010~0.0030%,且Nb和C满足公式,1PPM≤C-Nb/7.74 ≤5PPM,确保在钢中有1~5PPM的过剩C。C原子与B原子为同周期相邻元素元素,C与B 的原子半径相当,电负性相当,固溶在钢中时,可起到相似的作用,可用一定量的过剩C来替代B优先在晶界,并起到抑制P在晶界偏析,进而改善钢的二次加工脆性。
连铸:对铸坯表面进行≥2mm深度的火焰清理,因铸坯表面2mm深度范围内,易存在夹渣、夹杂、气孔等缺陷,在经过后续的热轧、冷轧工序后,缺陷被放大,并带到成品表面,可能会造成表面质量不良和冲压开裂。
热轧:采用较高的出炉温度1230~1260℃时,铸坯中的碳化物、氮化物能够充分溶解,不会在后续热轧轧制阶段为动态再结晶提供形核质点,可控制轧制过程中奥氏体晶粒异常长大;采用终轧温度Ar3+30℃,在此临界Ar3温度附近终轧时会发生应变诱导析出第二相,起到细化晶粒的作用;采用较低的卷取温度640~680℃时,有利于获得细小的晶粒,且获得的热卷具有较薄的氧化铁皮厚度。同时在粗轧、精轧时除鳞水全开且压力≥150Bar,可最大程度的避免压氧缺陷。
酸洗+冷轧:热轧卷酸洗后进行冷轧,冷轧总压下率为75%~85%,当总压下率<75%时,退火后不容易获得较强的{111}有利织构和高的r值,当总压下率>85%时,设备负荷较大,不利于生产的连续稳定。
连续退火+热浸镀:钢的退火RTF和SF温度为770~800℃,当温度<770℃时,冷轧组织再结晶长大不充分,可能会导致深冲性能恶化,当温度>800℃时,NbC有可能发生溶解,钢中NbC颗粒减少,导致再结晶晶粒长大失衡,有可能导致钢板的各向异性变大,即钢板的Δr≥0.20。另一方面,钢中的固溶C原子若增加,超过一定量时,有可能在使用前发生室温时效,造成钢板表面缺陷。控制露点温度≤-50℃,在极低的露点下氧分压极小,有利于抑制 Mn、P的氧化物在表面的析出,为热浸镀镀锌提供表面质量优异基板。锌锅温度为450~460 ℃,锌锅温度<带钢入锅温度<锌锅温度+10℃,锌锅中的Al:0.20~0.30%,进行上述限定目的是保证钢带在锌锅运行时,带钢基板表面形成均匀的Fe2Al5抑制层,使带镀层与基体之间有良好的粘附性,同时可确保锌锅中不会生成Fe-Zn化合物底渣,此外,可以避免Fe-Zn反应剧烈,对于获得高表面质量是有利的。对于锌铁合金镀层钢板,在热浸镀锌完成后进行合金化处理,合金化温度为520~550℃。
光整轧制:工作辊粗糙度为1.5~2.5μm,轧制延伸率1.0~1.4%,对所述工艺的限定,一方面可保证经光整轧制后带钢的Ra为0.7~1.5μm,同时可以获得良好的板形,另一方面经过光整轧制后可以消除成品钢的屈服平台,且可以提高钢板的Rp0.2,提升钢板深冲性能。
钢板的二次加工脆性指标是SWET温度,即钢的韧脆转变温度,温度越低代表钢抗二次加工脆性的能力越强,因汽车用钢有可能会在极寒的条件下服役,一般情况下SWET温度≤ -50℃,即可满足其普遍要求,本发明钢的SWET≤-50℃,具有良好的抗二次加工脆性的能力。
钢板的深冲性能指标有塑性应变比即r值和应***化指数即n值来表征,r值和n值越大说明钢的深冲性能越好,本发明钢的r值≥1.8,n值≥2.0满足当前汽车含磷IF钢外板的要求。
评价钢板的抗室温时效性能的指标为时效指数AI,时效指数AI为0时,说明钢板不会发生室温时效。本发明钢虽然有一定量的固溶C,但在Nb和C的满足公式,1PPM≤C-Nb/7.74 ≤5PPM时,可确保钢板的AI=0,不会发生室温时效。
镀锌板漏镀缺陷的尺寸为0.2mm~0.8mm。根据钢带上任一规定的面积内的漏镀缺陷个数,对漏镀缺陷进行评级,本发明钢的漏镀缺陷级别≥2级。其中,钢板表面漏镀缺陷级别的标准见表1。
表1钢板表面漏镀缺陷级别的判定方法
3m2面积漏镀缺陷个数 钢板表面漏镀缺陷级别
≤1 1级
≤3 2级
≤5 3级
≤10 4级
>10 4级及以上
下面通过实施例对本发明进行更为具体的说明,但是,下述的实施例仅用于示例本发明而进行具体的说明,并不限制本发明的权利范围。
表2为实施例及对比例中钢坯的化学成分,其中,实施例5和实施例6属于合金化热浸镀锌钢板,其余为热浸镀锌钢板。
表2钢坯的化学成分
下表为实施例及对比例钢生产的主要工艺参数,其中,实施例5和实施例6属于合金化热浸镀锌钢板,其余为热浸镀锌钢板。
表3实施例及对比例的主要工艺参数
利用具有表2成分的钢坯,表3的生产工艺下制造钢板,钢板的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及深冲性能指标r值、n值及Δr值,抗时室温效性能指标AI值,二次加工脆性SWET 温度、表面粗糙度以及表面质量等级的评价结果如表4所示。
表4钢的各项性能指标
实施例1~6按照本发明方法实施,满足本发明所要求的全部特性,所述钢板依据GB/T 24173-2016《钢板二次加工脆化实验方法》标准测试的SWET≤-50℃。实施例和对比例的实验结果可参考图3、图4。其中,图3为实施例产品在-55℃条件下进行,图4为对比例产品在-50℃条件下进行。
所述钢板表面漏镀缺陷程度为2级及以上,钢板表面漏镀缺陷级别的判定方法见表1。
所述钢板依据GB/T5027《金属材料薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定》标准,测得的r值≥1.8,Δr≤0.25。
所述钢板依据GB/T5028《金属薄板和薄带拉伸应***化指数(n值)的测定》,测得的 n值≥0.2。所述钢的时效指数AI(100℃保温60min)为0,所述钢的粗糙度为Ra 0.7~1.5μ m。
对比例1~6因不满足本发明的方法,不满足本发明中所需特性中的任一种及以上。其中,对比例1~2中C和Nb的关系不符合公式,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM,且C-Nb/7.74<1PPM,所得到的SWET>-50℃,不满足发明钢要求的SWET<-50℃。对比例3中C和Nb的关系不符合公式,1PPM≤C-Nb/7.74≤5PPM,且C-Nb/7.74>5PPM,其室温时效指数AI>0,可能发生室温时效,不满足发明钢AI=0要求。对比例4的退火RTF和SF温度为825℃,因在该温度下NbC发生溶解,增加了钢中的固溶C,即使钢坯中的C和Nb的关系式满足1PPM≤ C-Nb/7.74≤5PPM,AI指数也>0。同时,因退火温度过高,导致Mn、P元素在表面的析出,会恶化表面质量。对比例5、6钢坯中的Mn和P含量超出本发明钢的上限,因此导致强度过高,r值低于发明钢的下限值1.8,深冲性能不能满足发明钢的要求,且由于Mn、P含量较高,在退火时发生表面偏析,恶化了钢板的表面质量。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板,其特征在于:所述IF钢板的化学成分重量百分比为C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%,Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质;且Nb与C还需满足,1ppm≤C-Nb/7.74≤5ppm;
所述IF钢板的二次加工脆性SWET≤-50℃,钢表面漏镀缺陷程度为2级及以上;
所述IF钢的r≥1.8,Δr≤0.25,n≥0.2,AI为0,Ra为0.7~1.5μm。
2.如权利要求1所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:包括以下工艺步骤:炼钢——连铸——热轧——酸洗+冷轧——连续退火+热浸镀锌——光整轧制,其中,炼钢结束出钢的化学成分以重量百分比计,C:0.0010~0.0030%,Si:≤0.02%,Mn:0.24~0.70%,P:0.02~0.06%,S≤0.009%,Als:0.03~0.04%,Nb:0.006~0.020%,N≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质,且Nb和C满足,1ppm≤C-Nb/7.74≤5ppm。
3.根据权利要求2所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:所述的连铸步骤中,对铸坯进行火焰清理,清理深度≥2mm。
4.根据权利要求3所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:所述的热轧步骤中,热轧出炉温度1230~1260℃、终轧温度Ar3+30℃、卷取温度640~680℃,除鳞水状态为全开,除鳞水压力≥150Bar。
5.根据权利要求4所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:所述的酸洗+冷轧步骤中,冷轧总压下率为75%~85%。
6.根据权利要求5所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:所述的连续退火+热浸镀锌步骤中,退火段RTF和SF温度为770~800℃,锌锅温度为450~460℃,锌锅温度<带钢入锅温度<锌锅温度+10℃,露点温度≤-50℃;锌锅中Al:0.20~0.30%。
7.根据权利要求6所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:对于锌铁合金镀层钢板,合金化温度520~550℃。
8.根据权利要求7所述的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板的生产方法,其特征在于:所述的光整轧制步骤中,光整机工作辊粗糙度1.5~2.5μm,轧制延伸率1.0~1.4%。
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