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CN111936649B - 高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法 - Google Patents

高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法 Download PDF

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CN111936649B
CN111936649B CN201980023156.2A CN201980023156A CN111936649B CN 111936649 B CN111936649 B CN 111936649B CN 201980023156 A CN201980023156 A CN 201980023156A CN 111936649 B CN111936649 B CN 111936649B
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CN
China
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less
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strength
plating
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木庭正贵
中垣内达也
铃木善继
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JFE Steel Corp
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JFE Steel Corp
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  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

本发明的课题在于提供镀覆性和弯曲性优异的高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法。本发明的高强度镀锌钢板具备钢板和在上述钢板表面的镀锌层，上述钢板具有以下的成分组成和钢组织，该成分组成含有规定的成分元素，钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.1以上且小于0.2，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，该钢组织中，存在于从表面到板厚1/3位置为止的范围的含有Al、Si、Mg和Ca的至少1种的夹杂物的平均粒径为50μm以下，上述夹杂物的平均最接近距离为20μm以上，上述镀锌层的每单面的镀覆附着量为20g/m2～120g/m2，钢中含有的扩散性氢量小于0.25质量ppm，拉伸强度为1100MPa以上。

Description

高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法
技术领域
本发明涉及镀覆性和弯曲性优异、适于建材、汽车的耐碰撞部件的高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法。
背景技术
近来，汽车的碰撞安全性和改善油耗的需求迫切，作为部件坯材的钢板不断高强度化。并且，全球范围内汽车广泛普及，被用于多种多样的地域、气候中的各种用途，为此，对作为部件坯材的钢板要求高防锈性。
一般而言，如果钢板强度提高，则其加工性能下降。尤其是与不实施镀覆的钢板相比，实施了镀覆的钢板有加工性能差的趋势。
而且，已知如果为了高强度化而含有大量的合金元素，则难以在钢板上形成优质的镀覆被膜。另外，如果实施Zn、Ni等镀覆，则在制造过程中侵入的氢难以从钢中释放出来。
另外，一直以来进行具有优异的弯曲性的钢板的开发。从加工方法的特征出发，公开了如何设计弯曲时最严苛的加工条件、即应力集中的部位作为解决课题的方案。特别是由硬度不同的2种以上的钢组织构成的钢板的情况下，变形集中在钢组织的界面而容易形成微孔缺陷，其结果弯曲性劣化。
另外，为了附着优质的镀覆，也采取了控制退火·镀覆工序的炉内气氛的解决办法。
在非专利文献1和2中，虽然使钢板的钢组织为铁素体和马氏体，但一旦形成铁素体和马氏体的钢组织后，进行回火使马氏体软化而提高弯曲性。
在专利文献1中，公开了一种高强度钢板及其制造方法，该高强度钢板具有成为由钢板表面的洛氏硬度的标准偏差给出的显示钢板的均质性的指标的组织均质性指标为0.4以下的延展性和弯曲性良好的最大拉伸应力900MPa以上。在得到改善了作为影响弯曲性的因素的铸造时的凝固组织的不均质性的结果的方法中，由该方法提出了最大拉伸应力为900MPa以上且弯曲性优异的钢板。
另外，专利文献1中，此时，为了确保优质的镀覆性，在连续热浸镀锌线的退火炉内，形成氢浓度1～60vol％、剩余部分由N2、H2O、O2和不可避免的杂质构成的气氛，将该气氛中的水分压与氢分压的对数log(PH2O/PH2)规定为-3≤log(PH2O/PH2)≤-0.5。
专利文献2中，在含有50％以上的贝氏体、3～30％的残余奥氏体的复合组织钢板中，将钢板表层的硬度Hvs与钢板的1/4厚的硬度Hvb的比规定为0.35～0.90。另外，通过在log(水分压/氢分压)为-3.0～0.0的气氛中退火，在高合金系中确保了镀覆性。
专利文献3中，通过规定脱碳铁素体层而确保了弯曲性，作为用于制造镀覆钢板的方法，公开了调整成由2～20vol％的氢与含有氮和杂质的剩余部分构成且露点大于-30℃且为20℃以下的气氛的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-111670号公报
专利文献2：日本特开2013-163827号公报
专利文献3：日本特开2017-048412号公报
非专利文献
非专利文献1：长谷川浩平，另5人，“金属组织对980MPa级超高强度钢板的弯曲加工性的影响”，CAMP-ISIJ，vol.20(2007)，p.437，日本钢铁协会发行
非专利文献2：中村展之，另3人，“组织对超高强度冷轧钢板的拉伸凸缘成型性的影响”，CAMP-ISIJ，vol.13(2000)，p.391，日本钢铁协会发行
发明内容
目前为止，为了提高钢板的弯曲性，主要进行钢组织的最佳化，但其只是一定程度的改善，要求进一步提高。另外，对高合金系的钢板实施镀覆的情况下，认为镀覆工序的气氛中的氢成为残留在钢板制品中的钢中氢。认为该钢中氢妨碍弯曲性的改善。另外，也需要兼顾弯曲性的改善和镀覆性。
本发明以新的视角改善镀覆钢板的弯曲性，其目的在于提供镀覆性和弯曲性优异的高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法。
本说明书中所说的高强度是指拉伸强度(TS)为1100MP以上。
本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究。其结果，发现为了提高镀覆钢板的弯曲性，需要适当地调整从板厚表层附近到板厚中心附近的夹杂物的存在状态以及钢中残留的氢量。另外，除了夹杂物的控制和钢中氢量的调整以外，通过使钢板为特定的成分组成，特别是将钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)调整成规定的范围，能够得到具有良好的弯曲性和镀覆性的高强度镀锌钢板。
另外，发现通过适当地调整再结晶退火时的炉内气氛的条件等各制造工序的条件，能够制造本发明的高强度镀锌钢板。特别是本发明人等在研究本发明的镀锌钢板的制造条件的过程中首次发现通过使钢含有特定的成分组成，特别是使钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.1以上且小于0.2，且将退火工序中的炉内气氛的露点控制在特定的范围，能够显著提高镀锌钢板的镀覆性。认为这是由于通过控制露点，能够适当地控制钢中容易氧化的元素，特别是能够有效地抑制Mn的外部氧化。具体而言，本发明提供以下的内容。
[1]一种高强度镀锌钢板，具备钢板和在上述钢板表面的镀锌层，
上述钢板具有以下的成分组成和钢组织，
上述成分组成是钢组成以质量％计含有C：0.08％～0.20％、Si：小于2.0％、Mn：1.5％～3.5％、P：0.02％以下、S：0.002％以下、Al：0.10％以下和N：0.006％以下，钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.1以上且小于0.2，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
上述钢组织中，存在于从表面到板厚1/3位置为止的范围的含有Al、Si、Mg和Ca的至少1种的夹杂物的平均粒径为50μm以下，上述夹杂物的平均最接近距离为20μm以上，
上述镀锌层的每单面的镀覆附着量为20g/m2～120g/m2，
钢中含有的扩散性氢量小于0.25质量ppm，
上述高强度镀锌钢板的拉伸强度为1100MPa以上。
[2]根据[1]所述的高强度镀锌钢板，其中，上述成分组成以质量％计进一步含有下述(1)～(3)中的至少1种。
(1)Ti、Nb、V和Zr中的1种以上：合计0.005％～0.1％
(2)Mo、Cr、Cu和Ni中的1种以上：合计0.01％～0.5％
(3)B：0.0003％～0.005％
[3]根据[1]或[2]所述的高强度镀锌钢板，其中，上述成分组成以质量％计进一步含有Sb：0.001％～0.1％和Sn：0.001％～0.1％中的至少1种。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的高强度镀锌钢板，其中，上述成分组成以质量％计进一步含有Ca：0.0005％以下。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的高强度镀锌钢板，其中，上述钢组织以面积率计具有40％～90％的马氏体、50％以下(包含0％)的铁素体、50％以下(包含0％)的贝氏体、以及小于3％(包含0％)的残余奥氏体，
铁素体的平均粒径为25μm以下。
[6]一种高强度镀锌钢板的制造方法，具有以下的工序：
铸造工序，将具有[1]～[4]中任一项所述的成分组成的钢在铸模弯月面附近的凝固界面的钢液流速为16cm/秒以上的条件下进行铸造而制成钢坯材；
热轧工序，将上述铸造工序后的钢坯材进行热轧；
酸洗工序，将上述热轧工序后的钢板进行酸洗；
冷轧工序，将上述酸洗工序后的钢板以压下率20％～80％进行冷轧；
退火工序，利用连续退火线，使500℃以上的炉内气氛的氢浓度大于0vol％且小于10vol％，且使750℃以上的炉内气氛的露点为-45℃以下，将上述冷轧工序后的钢板以退火温度(Ac3-30)℃～(Ac3+20)℃加热后，以平均冷却速度3℃/秒以上从退火温度冷却到至少600℃，其后，在500℃～400℃的温度区域滞留45秒以上；以及
镀覆工序，对上述退火工序后的钢板进行镀覆处理，该镀覆处理后，在450℃～250℃的温度区域以平均冷却速度3℃/秒以上冷却。
[7]根据[6]所述的高强度镀锌钢板的制造方法，其中，在上述镀覆工序后，进一步具有进行宽度修整的宽度修整工序。
[8]根据[6]或[7]所述的高强度镀锌钢板的制造方法，其中，在上述退火工序后或者上述镀覆工序后，进一步具有在氢浓度为5vol％以下且露点为50℃以下的气氛中，在50～400℃的温度区域加热30秒以上的后处理工序。
[9]根据[6]～[8]中任一项所述的高强度镀锌钢板的制造方法，其中，在上述镀覆工序中，在上述镀覆处理后立即进行合金化处理。
[10]一种高强度部件，是对[1]～[5]中任一项所述的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方而成的。
[11]一种高强度部件的制造方法，具有对通过[6]～[9]中任一项所述的高强度镀锌钢板的制造方法制造的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方的工序。
根据本发明，可提供镀覆性和弯曲性优异的高强度镀锌钢板、高强度部件和它们的制造方法。将本发明的高强度镀锌钢板用于汽车车体的骨架部件时，对碰撞安全性的提高、轻型化有很大贡献。
附图说明
图1是表示钢中的扩散性氢量与R/t的关系的一个例子的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。应予说明，本发明不限于以下的实施方式。
本发明的高强度镀锌钢板具有钢板和形成在钢板表面的镀锌层。首先，对钢板的成分组成(钢组成)进行说明。在钢板的成分组成的说明中，作为成分含量的单位的“％”是指“质量％”。
C：0.08％～0.20％
C是对钢板的高强度化有效的元素，通过形成作为钢组织的硬质相之一的马氏体而有助于高强度化。另外，根据制造方法与Nb、Ti、V和Zr之类的碳化物形成元素形成微细的合金化合物或者合金碳氮化物也有助于高强度化。为了得到这些效果，C含量需为0.08％以上。另一方面，如果C含量超过0.20％，则存在马氏体过度硬质化，即便控制夹杂物、钢中氢量也无法改善弯曲加工性的趋势。因此使C含量为0.08％～0.20％。从使TS稳定而达到1100MPa以上的观点考虑，C含量优选为0.09％以上。
Si：小于2.0％
Si是主要通过固溶强化而有助于高强度化的元素，相对于强度提高而延展性的下降较少，不仅有助于提高强度，而且还有助于提高强度与延展性的平衡。延展性的提高带来弯曲性的改善。另一方面，Si容易在钢板表面形成Si系氧化物，有时成为不镀覆的原因。另外，还发现与Mn共存时有通过形成SiMn系复合氧化物而抑制不镀覆的效果，但如果过量含有，则有时在热轧时形成明显的氧化皮而在钢板表面留下氧化皮痕，表面性状变差。因此，添加确保强度所需的量即可，从镀覆性的观点考虑，使Si含量小于2.0％。另外，从使钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为本发明的范围内而有效地得到本发明的效果的观点考虑，Si含量优选为0.65％以下，更优选为0.50％以下。另外，Si含量的下限没有特别限定，低于0.001％时有制造中的控制困难的趋势，Si含量优选为0.001％以上。从添加确保强度所需的量即可的观点考虑，Si的更优选的含量为0.3％以上。
Mn：1.5％～3.5％
Mn作为通过固溶强化和形成马氏体而有助于高强度化的元素有效，为了得到该效果，需要含有1.5％以上。Mn含量优选为1.9％以上。另一方面，如果Mn含量超过3.5％，则因Mn的偏析等而使钢组织容易产生不均，导致加工性的下降，而且Mn容易在钢板表面以氧化物或复合氧化物的形式进行外部氧化，有时成为不镀覆的原因。因此，使Mn含量为3.5％以下。
P：0.02％以下
P是通过固溶强化而有助于钢板的高强度化的有效元素，但另一方面，对镀覆性有影响。特别是导致与钢板的浸润性的劣化、镀覆层的合金化速度的延迟，尤其对得到高强度钢板这样的高合金系的影响大。因此，使P含量为0.02％以下。P含量优选为0.01％以下。P含量的下限没有特别规定，低于0.0001％时，在制造过程中导致生产效率下降和脱磷成本增加，P含量优选为0.0001％以上。
S：0.002％以下
S在钢中容易形成硫化物系的夹杂物。特别是为了高强度化而添加大量Mn的情况下容易形成MnS系的夹杂物。其不仅成为损害弯曲性的原因，而且S成为引起热脆性的原因，从而对制造工序造成不良影响，因此优选极力减少。本发明中可允许达到0.002％。S含量的下限没有特别规定，低于0.0001％时，在制造过程中导致生产效率下降和成本增加，因此S含量优选为0.0001％以上。
Al：0.10％以下
Al作为脱氧剂添加。添加Al作为脱氧剂时，为了得到该效果，优选含有0.001％以上的Al。另一方面，如果Al含量超过0.10％，则在制造工序中容易形成夹杂物，使弯曲性劣化。因此，使Al含量为0.10％以下，优选以钢中的sol.Al计为0.08％以下。
N：0.006％以下
如果N含量超过0.006％，则有时在钢中生成过量的氮化物而使加工性下降，并且导致钢板的表面性状的劣化。因此使N含量为0.006％以下，优选为0.005％以下。存在铁素体时，从其清洁化带来的延展性提高的观点考虑，优选含量极少，但导致制造过程中的生产效率下降和成本增加，因此N含量优选为0.0001％以上。
钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.1以上且小于0.2
为了得到优异的镀覆性，控制在钢中容易氧化的元素是重要的。将以下说明的制造方法作为前提的情况下，从抑制Mn的外部氧化的观点考虑，形成SiMn复合氧化物，需要使钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.1以上。如果该质量比(Si/Mn)成为0.2以上，则容易形成以Si为主的氧化物，成为不镀覆的要因，因此使该质量比(Si/Mn)小于0.2。将以下说明的制造方法作为前提的情况下，从得到优异的镀覆性的观点考虑，优选使钢中的Si含量与Mn含量的质量比(Si/Mn)为0.11以上且小于0.19。
本发明的钢基本含有上述成分组成，剩余部分为铁和不可避免的杂质。在不损害本发明的作用的范围内，上述成分组成中可以进一步含有下述的成分作为任意成分。应予说明，以低于下述的下限值含有下述的任意元素时，该任意成分作为不可避免的杂质含有。另外，成分组成中可以含有Mg、La、Ce、Bi、W、Pb：合计0.002％以下作为不可避免的杂质。
上述成分组成以质量％计可以进一步含有下述(1)～(3)中的至少1种作为任意成分。
(1)Ti、Nb、V和Zr中的1种以上：合计0.005％～0.1％
(2)Mo、Cr、Cu和Ni中的1种以上：合计0.01％～0.5％
(3)B：0.0003％～0.005％
Ti、Nb、V和Zr与C、N形成碳化物、氮化物(也有碳氮化物的情况)。通过成为微细析出物而有助于钢板的高强度化。特别是通过在软质的铁素体上析出而提高其强度，减少与马氏体的强度差的效果不仅有助于改善弯曲性，也有助于改善拉伸凸缘性。此外，这些元素具有使热轧卷的组织微细化的作用，通过使其后的冷轧·退火后的钢组织微细化也有助于强度提高、弯曲性等加工性提高。从得到该效果的观点考虑，优选含有Ti、Nb、V和Zr中的1种以上：合计0.005％以上。然而有过量的添加不仅增大冷轧时的变形阻力而阻碍生产率，并且过量的或粗大的析出物的存在使铁素体的延展性下降，使钢板的延展性、弯曲性下降的趋势。因此，优选Ti、Nb、V和Zr中的1种以上：合计0.1％以下。
Mo、Cr、Cu和Ni的元素是因容易提高淬透性、生成马氏体而有助于高强度化的元素。为了得到这些效果，将上述下限0.01％规定为优选的下限。Mo、Cr、Cu和Ni过量的添加不仅导致效果饱和、成本增加，而且Cu诱发热轧时的裂纹而成为表面缺陷的产生原因。因此，优选为Mo、Cr、Cu和Ni中的1种以上：合计0.5％以下。应予说明，Ni具有抑制添加Cu所导致的表面缺陷产生的效果，因此优选在添加Cu时也同时添加Ni。特别优选含有Cu量的1/2以上。
对于B，设置得到在退火冷却过程中引起的铁素体生成的抑制效果所需的下限，以其过量的添加导致效果饱和为理由而设置上限。过度的淬透性也有焊接时的焊接部裂纹等缺点。因此，B含量优选为0.0003％～0.005％。
上述成分组成可以进一步含有下述的成分作为任意成分。
Sb：0.001％～0.1％和Sn：0.001％～0.1％中的至少1种
Sb、Sn是对抑制脱碳、脱氮、脱硼等而抑制钢板的强度下降有效的元素，因此优选含有0.001％以上。然而过量的添加使表面性状下降，因此优选使其上限为0.1％。
Ca：0.0005％以下
如果添加少量的Ca，则得到使硫化物的形状球状化而提高钢板的弯曲性的效果。另一方面，如果过量添加，则Ca在钢中形成过量的硫化物、氧化物，使钢板的加工性、特别是弯曲性下降，因此优选使Ca含量为0.0005％以下。另外，Ca含量的下限没有特别限定，含有Ca时，Ca含量大多为0.0001％以上。
接下来，对钢板的钢组织进行说明。
钢组织中，存在于从表面到板厚1/3位置为止的范围的含有Al、Si、Mg和Ca的至少1种的夹杂物的平均粒径为50μm以下，夹杂物的平均最接近距离为20μm以上。如果将夹杂物的平均粒径和平均最接近距离调整成上述范围，并且使钢中的扩散性氢量为特定的范围，则能够提高弯曲性。应予说明，夹杂物的最接近距离的测定中不计数除含有Al、Si、Mg和Ca的至少1种的夹杂物以外的物质。
夹杂物的平均粒径为50μm以下，优选为30μm以下，更优选为20μm以下。夹杂物的平均粒径越小越好，下限没有特别限定，大多为1μm以上。
夹杂物的平均最接近距离为20μm以上，优选为30μm以上，更优选为50μm以上。夹杂物的平均最接近距离的上限没有特别限定，大多为500μm以下。
夹杂物的平均粒径和夹杂物的平均最接近距离用实施例中记载的方法测定。
另外，本发明中，优选钢板的钢组织以面积率计具有40％～90％的马氏体、50％以下(包含0％)的铁素体、50％以下(包含0％)的贝氏体、以及小于3％(包含0％)的残余奥氏体，铁素体的平均粒径为25μm以下。
马氏体：40％～90％
马氏体为硬质，为了提高钢板强度，是有效且必需的。为了确保拉伸强度(TS)1100MPa以上，以面积率计优选为40％以上。从确保TS的稳定的观点考虑，优选为45％以上。另外，这里所述的马氏体包括在制造中自回火而成的自回火马氏体、视情况在其后的热处理中回火而成的回火马氏体。另外，从弯曲性与强度的平衡的观点考虑，马氏体优选为90％以下。
铁素体：50％以下(包含0％)
在氢存在的气氛中实施热处理和赋予镀覆的工序的情况下，氢侵入并残留在钢中。作为极力减少最终制品的钢中氢的一个方法，使为BCC结构的铁素体或贝氏体出现在赋予镀覆前的钢组织中。这利用了下述事实：与为FCC结构的奥氏体相比，为BCC结构的铁素体或贝氏体的氢的固溶度小。另外软质的铁素体可提高钢板的延展性，提高弯曲性。但是，如果铁素体超过50％，则无法确保强度，因此优选的上限为50％。应予说明，铁素体大多为2％以上。
铁素体的平均粒径优选为25μm以下。铁素体粒径越小，越能够抑制在弯曲表面的空孔的生成或连接，提高弯曲性。铁素体的平均粒径更优选为20μm以下，进一步优选为15μm以下。
贝氏体：50％以下(包含0％)
贝氏体有助于提高弯曲性，因此可以含有，但如果过量含有，则不仅得不到所需的强度，而且使弯曲性劣化，因此优选为50％以下。应予说明，贝氏体大多为2％以上。
残余奥氏体小于3％(包含0％)
奥氏体为fcc相，与铁素体(bcc相)相比，氢的吸留能力高且在钢中的扩散慢，因此容易残留在钢中。此外该残余奥氏体经加工诱导而转变成马氏体的情况下，可能增加钢中的扩散性氢。因此，本发明中，残余奥氏体优选小于3％。
应予说明，钢组织有时在剩余部分中含有珠光体、碳化物等析出物作为除上述组织(相)以外的组织，如果这些组织以距钢板表面的板厚1/4位置的合计面积率计为10％以下就是可允许的。优选为5％以下(包含0％)。
另外，上述钢组织的夹杂物、面积率用实施例中记载的方法确认。
接下来，对镀锌层进行说明。镀锌层的每单面的镀覆附着量为20～120g/m2。附着量小于20g/m2时，难以确保耐腐蚀性。因此，附着量为20g/m2以上，优选为25g/m2以上，更优选为30g/m2以上。另一方面，如果超过120g/m2，则耐镀覆剥离性劣化。因此，附着量为120g/m2以下，优选为100g/m2以下，更优选为80g/m2以下。
镀锌层的组成没有特别限定，可以为一般的组成。例如，热浸镀锌层、合金化热浸镀锌层的情况下，通常为以下的组成：含有Fe：20质量％以下、Al：0.001质量％～1.0质量％，进一步含有选自Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi和REM中的1种或者2种以上：合计0质量％～3.5质量％，剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成。本发明中，优选具有每单面的镀覆附着量为20～120g/m2的热浸镀锌层、将其进一步合金化而成的合金化热浸镀锌层。另外，镀覆层为热浸镀锌层时，优选镀覆层中的Fe含量小于7质量％，镀覆层为合金化热浸镀锌层时，优选镀覆层中的Fe含量为7～20质量％。
本发明的高强度镀锌钢板用实施例中记载的方法测定而得的钢中的扩散性氢量小于0.25质量ppm。钢中的扩散性氢使弯曲性劣化。如果钢中的扩散性氢量成为0.25质量ppm以上，则即使适当地产生夹杂物或钢组织，弯曲性也差。
本发明中，可知通过使钢中的扩散性氢量小于0.25质量ppm而具有稳定的改善效果。优选为0.20质量ppm以下，更优选为0.15质量ppm以下。下限没有特别限定，越少越好，因此下限为0质量ppm。本发明中，在对钢板进行成型加工、焊接之前，需要使钢中的扩散性氢小于0.25质量ppm。其中，对于将钢板进行成型加工、焊接之后的制品(部件)，从放置于通常的使用环境下的该制品切取样品并测定钢中的扩散性氢量时，如果钢中的扩散性氢小于0.25质量ppm，则进行成型加工、焊接前也可以视为小于0.25质量ppm。
本发明的高强度镀锌钢板具有高的拉伸强度(TS)。具体而言，用实施例中记载的方法测定的拉伸强度(TS)为1100MPa以上。另外，本发明的高强度镀锌钢板中的钢板的板厚没有特别限定，优选为0.5mm～3mm。
接下来，对本发明的高强度镀锌钢板的制造方法进行说明。本发明的制造方法具有铸造工序、热轧工序、酸洗工序、冷轧工序、退火工序、镀覆工序。以下，对各工序进行说明。应予说明，将以下所示的板坯(钢坯材)、钢板等加热或者冷却时的温度只要没有特殊说明则表示板坯(钢坯材)、钢板等的表面温度。
铸造工序是指将具有上述成分组成的钢在铸模弯月面附近的凝固界面的钢液流速为16cm/秒以上的条件下进行铸造而制成钢坯材的工序。
钢坯材(板坯(铸片))制造
本发明的制造方法中使用的钢采用一般称为板坯的通过连续铸造方法制造的钢，其目的是防止合金成分的宏观偏析，可以用铸锭法、薄板坯铸造法等制造。
从控制夹杂物的观点考虑，连续铸造的情况下，在铸模弯月面附近的凝固界面的钢液流速(以下也简称为钢液流速。)为16cm/秒以上的条件下进行铸造。钢液流速优选为17cm/秒以上。通过加快钢液流速，容易得到本发明所涉及的钢板，因此上限没有特别限定，从操作稳定性的观点考虑，优选为50cm/秒以下。“铸模弯月面附近”是指铸模内的连续铸造时使用的粉末与钢液的界面。铸锭的情况下，优选使凝固中夹杂物充分上浮且将其上浮聚集的部位切掉而用于接下来的工序。
热轧工序是指将铸造工序后的钢坯材进行热轧的工序。
除了在制造钢坯后暂时冷却至室温其后再加热的以往方法，不冷却至室温附近而将温片直接装入加热炉进行热轧的方法、稍微进行补热后立即热轧的方法、或者在铸造后保持高温状态进行热轧的方法均可无问题地进行。
热轧的方法没有特别规定，优选在以下的条件下进行。
钢坯的加热温度优选为1100℃～1350℃的范围。这是由于：钢坯中存在的析出物容易粗大化，例如在利用析出强化确保强度的情况下是不利的。或者可能将粗大的析出物作为核而在后续的退火过程中对组织形成造成不良影响。另外，通过加热消除板坯表面的气泡、缺陷等而减少钢板表面的龟裂、凹凸，实现平滑的钢板表面作为制品品质是有益的。从这样的观点考虑来规定板坯加热温度。为了得到这样的效果，优选为1100℃以上。另一方面，如果超过1350℃，则引起奥氏体粒的粗大化，最终制品的钢组织也粗大化，成为使钢板的强度、弯曲性下降的原因，因此规定优选的上限。
在包括粗轧和精轧的热轧工序中，一般钢坯通过粗轧成为薄钢片，通过精轧成为热轧卷，但根据轧制能力等而不拘泥于这样的区分，只要成为规定的尺寸就没有问题。
作为热轧条件，推荐以下的条件。
精轧温度优选为800℃～950℃的范围。通过成为800℃以上，目的在于使热轧卷中得到的组织均匀，最终制品的组织也变得均匀。如果组织不均匀，则有弯曲性下降的趋势。另一方面，如果超过950℃，则有氧化物(氧化皮)生成量变多，基底铁与氧化物的界面粗糙，酸洗和冷轧后的表面品质劣化的趋势。另外晶粒直径变得粗大，有成为钢坯、同样成为钢板的强度、弯曲性下降的原因的趋势。
对于上述热轧结束的热轧卷(热轧板)，为了组织的微细化、均匀化，优选在精轧结束后3秒以内开始冷却，在[精轧温度]～[精轧温度-100]℃的温度区域以10～250℃/s的平均冷却速度进行冷却，在450～700℃的温度区域卷绕成卷。
酸洗工序是指将热轧工序后的钢板进行酸洗的工序。通过酸洗洗掉氧化皮。酸洗条件可以适当地设定。
冷轧工序是指将酸洗工序后的钢板以压下率20％～80％进行冷轧的工序。
使压下率为20％以上是为了在接下来进行的退火工序中得到均匀微细的钢组织。低于20％时，在退火时容易变成粗粒、或者容易成为不均匀的组织，如上所述担心最终制品板的强度、加工性下降。由于高的压下率不仅使轧制负荷导致的生产率下降，而且有时导致形状不良，因此使上限为80％。应予说明，可以在冷轧后进行酸洗。
退火工序是指利用连续退火线，在使500℃以上的炉内气氛的氢浓度大于0vol％且小于10vol％、且750℃以上的炉内气氛的露点为-45℃以下的炉内气氛中，将冷轧工序后的钢板以退火温度(Ac3－30)℃～(Ac3+20)℃加热后，以平均冷却速度3℃/秒以上从退火温度冷却到至少600℃，其后，在500℃～400℃的温度区域滞留45秒以上的工序。冷却的冷却停止温度没有特别限定。应予说明，Ac3相变点(本说明书中，也简记为Ac3。)如下算出。
Ac3(℃)＝910－203(C)1/2+44.7Si－30Mn－11P+700S+400Al+400Ti。
上述式中的元素符号表示各元素的含量，不含有的成分为0。
如果500℃以上的炉内气氛的氢浓度过高，则存在本发明中规定的钢中的扩散性氢量超过上限的问题，如果过低，则存在镀覆不良的问题，因此使500℃以上的炉内气氛的氢浓度大于0vol％且小于10vol％。另外，该氢浓度优选为8vol％以下。另外，从提高镀覆性的观点考虑，该氢浓度优选为1vol％以上，更优选为3vol％以上。
750℃以上的炉内气氛的露点超过-45℃时，本成分体系无法抑制含有Si和Mn的氧化物的外部氧化，产生不镀覆。因此，使露点为-45℃以下。低于750℃的气氛对含有Si和Mn的氧化物的外部氧化的影响小，因此特别是露点没有特别规定，从确保炉体的气密性的观点考虑，维持-55℃以下的露点是极其困难的，为10℃以上的露点时，担心粘着(pick up)等导致的辊劣化，因此优选为-55℃～10℃。
如果退火温度过高，则存在本发明中规定的钢中的扩散性氢量超过上限的问题，如果过低，则存在得不到本发明中规定的微观组织和拉伸强度的问题，因此使退火温度为(Ac3－30)℃～(Ac3+20)℃。
如果从退火温度到至少600℃为止的平均冷却速度过慢，则存在无法确保用于得到所需特性的马氏体量的问题，因此使平均冷却速度为3℃/秒以上。从退火温度到至少600℃为止的平均冷却速度优选为4℃/秒以上。另外，着眼于从退火温度到至少600℃为止的温度区域的理由是：该温度区域为容易出现铁素体、珠光体组织，对成为马氏体的奥氏体量有影响的温度区域。另外，从退火温度到至少600℃为止的平均冷却速度的上限没有特别限定，从冷却设备的节能的观点考虑，优选为200℃/s以下。
在以平均冷却速度3℃/秒以上从退火温度冷却到至少600℃之后，在500℃～400℃的温度区域滞留45秒以上。由此，在接下来的镀覆工序中，得到抑制镀覆浴温度的变动的效果。另外，如果延长滞留时间，则有贝氏体组织增加的趋势。在此，从退火温度冷却到至少600℃后，可以继续冷却而处于500～400℃的温度区域内，也可以暂时冷却到低于400℃的温度后再加热而成为500～400℃的温度区域内。后者的情况下，也有暂时冷却到Ms点以下时生成马氏体后回火的情况。
镀覆工序是指对退火工序后的钢板进行镀覆处理，该镀覆处理后在450℃～250℃的温度区域以平均冷却速度3℃/秒以上进行冷却的工序。
如果镀覆处理后450℃～250℃的温度区域的平均冷却速度过慢，则存在难以生成得到本发明的效果所需的量的马氏体的问题，因此使平均冷却速度为3℃/秒以上。镀覆处理后450℃～250℃的平均冷却速度优选为5℃/秒以上。应予说明，着眼于450～250℃的温度区域的理由是从镀覆和/或镀覆合金化温度考虑马氏体相变开始温度(Ms点)。另外，镀覆处理后450℃～250℃的平均冷却速度的上限没有特别限定，从冷却设备的节能的观点考虑，优选为2000℃/s以下。
镀锌例如通过浸渍于热浸镀锌浴中来实施。热浸镀锌处理按照常规方法进行即可，将每单面的镀覆附着量调整成为上述范围。
在镀锌处理后，根据需要也可以立即进行镀锌的合金化处理。此时，可以在480～580℃的温度区域保持1～60秒左右。
从减少扩散性氢量的观点考虑，优选在退火工序后或者镀覆工序后，进一步具有在氢浓度为5vol％以下且露点为50℃以下的气氛中，在50～400℃的温度区域加热30秒以上的后处理工序。应予说明，优选后处理工序作为退火工序或者镀覆工序的下一个工序实施。
如果后处理工序的氢浓度或露点过高，则氢反而容易侵入钢中，本发明中规定的钢中的扩散性氢量可能超过上限，因此优选氢浓度为5vol％以下且露点50℃以下的气氛。
如果在50～400℃的温度区域的加热时间短，则减少钢中的扩散性氢量的效果小，本工序成为单纯的工序增加，因此优选使在50～400℃的温度区域的加热时间为30秒以上。应予说明，着眼于50～400℃的温度区域的理由是认为在该温度区域脱氢反应与氢侵入相比进行得更多，另外该温度以上可能导致材质或镀覆层的性状劣化。
在镀覆工序后，可以进一步具有进行宽度修整的宽度修整工序。在宽度修整工序中，对钢板的板宽度方向端部进行剪切。这样不仅调整制品宽度，而且从剪切端面除去扩散性氢，也有减少钢中的扩散性氢量的效果。
本发明的高强度镀锌钢板的制造可以在连续退火线中进行，或者离线进行。
＜高强度部件及其制造方法＞
本发明的高强度部件是对本发明的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方而成的。另外，本发明的高强度部件的制造方法具有对通过本发明的高强度镀锌钢板的制造方法制造的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方的工序。
本发明的高强度部件的弯曲性优异，因此可抑制弯曲加工后的裂纹，作为部件的结构面的可靠性高。另外，高强度部件的镀覆性，尤其是耐镀覆剥离性优异。因此，例如将钢板进行压制成型而制成部件时，能够抑制镀锌剥离导致的锌粉等向压制模具的附着，抑制由该附着引起的钢板的表面缺陷的产生。因此，具有压制成型时的生产率高的效果。
成型加工可以无限制地采用压制加工等一般的加工方法。另外焊接可以无限制地采用点焊、电弧焊等一般的焊接。本发明的高强度部件可适用于例如汽车部件。
实施例
[实施例1]
为了确认钢中的氢量的影响，进行了实施例1所示的研究。
利用转炉将表1所示的成分组成的钢液进行熔炼，以铸模弯月面附近的凝固界面的钢液流速平均为18cm/秒、平均铸造速度1.8m/min制成板坯。将该板坯加热至1200℃，以终轧温度840℃、卷绕温度550℃制成热轧卷。对由该热轧卷得到的热轧钢板进行酸洗后，以冷压下率50％制成板厚1.4mm的冷轧钢板。将该冷轧钢板通过各种氢浓度且露点-30℃的退火炉内气氛的退火处理加热至作为退火温度的790℃(Ac3点+20℃以下范围内)，以从该退火温度到600℃为止的平均冷却速度3℃/秒冷却至520℃，滞留50秒后，实施镀锌进行合金化处理，以平均冷却速度6℃/秒从450℃冷却至250℃，制造高强度合金化镀锌钢板(制品板)。
从各钢板切取样品，对钢中的氢分析(扩散性氢量)和弯曲性进行评价。将结果示于图1。
钢中的氢量(扩散性氢量)
利用以下的方法测定钢中的氢量。首先从镀覆钢板切取5×30mm左右的试验片，使用刳刨机(精密磨床)除去试验片表面的镀覆，放入石英管中。接下来，用Ar对石英管中进行置换后，以200℃/hr升温，利用气相色谱仪测定直至400℃为止产生的氢。由此，用升温分析法测定释放氢量。将在从室温(25℃)到小于210℃的温度区域检测到的氢量的累积值作为钢中的扩散性氢量。
弯曲性
以在与轧制方向平行的方向成为短边的方式，从制造的镀覆钢板切取25×100mm的长条试验片。接下来以轧制方向成为弯曲时的棱线的方式进行90°V弯曲试验。使冲程速度为50mm/min，进行以载荷10吨对模具按压5秒的冲压。使V型冲头的前端R以0.5步进各种变化而进行试验，用20倍的透镜观察试验片棱线附近以确认龟裂(裂纹)的有无。由没有产生龟裂的最小的R和试验片的板厚(tmm，采用将小数点后第三位四舍五入到小数点后第二位的值)算出R/t，将其作为弯曲性的指标。R/t的值越小，弯曲性越好。
如果钢中的扩散性氢量小于0.25质量ppm，则表示弯曲性(R/t)稳定化而优异。应予说明，该优异的样品中夹杂物等条件在本发明范围内。
Figure BDA0002706338360000171
[实施例2]
在实施例2中，制造以下所示的镀锌钢板进行评价。
利用转炉将表2所示的成分组成的钢液进行熔炼，将在表3所示的条件下铸造的板坯再加热至1200℃，以终轧温度800～830℃进行热轧，使卷进行卷绕时的温度为560℃而制造热轧卷。对由热轧卷得到的热轧钢板进行酸洗，对该钢板在表3所示的条件下实施冷轧、退火、镀覆处理、宽度修整和后处理的工序，制造1.4mm厚的镀锌钢板。应予说明，在镀覆处理(镀锌处理)后，立即在500℃、20秒的条件下进行镀锌的合金化处理。另外，宽度修整和后处理的工序仅在一部分的制造条件下实施。
通过以上步骤，从得到的镀覆钢板采集样品，用下述的方法进行组织观察和拉伸试验，对拉伸强度(TS)、钢中氢量(扩散性氢量)、弯曲性和钢组织的百分比进行评价·测定。另外，评价镀覆性。评价方法如下。
另外，对于表3的制造条件No.1，除没有实施镀锌的合金化处理以外，在相同的制造条件下也制造了镀锌钢板。该镀锌钢板如下所述，以不镀覆缺陷的有无进行镀覆性的评价。
(1)拉伸试验
从镀覆钢板在与轧制方向成直角的方向采集JIS5号拉伸试验片(JIS Z2201)，以一定的拉伸速度(十字头速度)10mm/min进行拉伸试验。拉伸强度是将拉伸试验中的最大载荷除以初期的试验片平行部截面积而得的值。平行部的截面积计算中的板厚使用包括镀覆厚度在内的板厚值。
(2)钢中氢量(扩散性氢量)
通过与实施例1同样的方法进行。
(3)弯曲性
通过与实施例1同样的方法进行。应予说明，本评价中，将R/t≤3.5评价为弯曲性优异。
(4)组织观察
从制造的热浸镀锌钢板采集组织观察用试验片，对L截面(与轧制方向平行的板厚截面)进行研磨后，用硝酸酒精溶液腐蚀，对用SEM以1500倍的倍率观察3个视场以上拍摄而得的图像进行解析(对应观察视场测定面积率，算出平均值)。观察位置是距板厚表面为板厚1/4附近的位置。但是，残余奥氏体的体积率(将体积率视为面积率)是利用X射线衍射强度进行定量的，因此有时成为各组织的合计超过100％的结果。表4的F是指铁素体，M是指马氏体(包括回火马氏体)，B是指贝氏体，γ是指残余奥氏体。铁素体的平均粒径是通过用SEM观察10个粒子，求出各自的面积率，算出圆当量直径，将其平均而求出的。
应予说明，在上述组织观察中，在一部分例子中观察到作为其它相的珠光体、析出物、夹杂物的凝聚。
(5)夹杂物观察
强制性折断进行了90°V弯曲试验的试验片的棱线部，用SEM观察钢板的截面。关于存在于试验片表层、即从弯曲外侧表面到板厚1/3位置为止的夹杂物，通过基于EDX的定性分析确认组成，对含有Al、Si、Mg和Ca中的至少1种以上的氧化物进行鉴定后，测定图像中的夹杂物的最长直径(粒子宽度最长的部分的尺寸)，将该最长直径视为粒径，求出其平均粒径。另外，在该视场内，对于存在于从表面到板厚1/3位置为止的范围的任意夹杂物，求出它到最接近的夹杂物的距离(最接近距离)，对于全部的夹杂物，将其距离平均而求出平均最接近距离。
(6)镀覆性
目视观察制造的热浸镀锌钢板的表面性状(外观)，分析有无不镀覆缺陷。不镀覆缺陷为几μm～几mm左右的数量级，是指不存在镀覆而露出钢板的区域。
此外，对制造的热浸镀锌钢板的耐镀覆剥离性(密合性)进行分析。本实施例中，在将透明胶带按压在热浸镀锌钢板弯曲90°而成的加工部上使剥离物转移到透明胶带，用X射线荧光法以Zn计数的形式求出透明胶带上的剥离物量。测定条件是：掩模直径30mm、X射线荧光的加速电压50kV、加速电流50mA、测定时间20秒。
按照以下的基准，进行镀覆性的评价。将结果示于表4。本发明中，将完全没有不镀覆缺陷的下述等级A、B或者C记为合格。
A：完全没有不镀覆缺陷，且Zn计数小于7000。
B：完全没有不镀覆缺陷，且Zn计数为7000以上且小于8000。
C：完全没有不镀覆缺陷，且Zn计数为8000以上。
D：产生不镀覆缺陷。
对没有进行上述合金化处理的镀锌钢板确认有无不镀覆缺陷，进行镀覆性的评价。具体而言，目视观察镀锌钢板的表面性状(外观)，按几μm～几mm左右的数量级分析有无不存在镀覆而露出钢板的区域(有无不镀覆缺陷)。经过分析，结果确认了该镀锌钢板中没有不镀覆缺陷，镀覆性良好。
Figure BDA0002706338360000201
Figure BDA0002706338360000211
Figure BDA0002706338360000221
由本发明的范围的成分和制造条件得到的本发明例的镀锌钢板的TS≥1100MPa以上，为高强度，R/t≤3.5，弯曲性优异，且镀覆性优异。另一方面，对于比较例的镀锌钢板，这些特性中的至少1个相对于本发明例而言较差。
[实施例3]
对实施例2的表3的制造条件No.1(本发明例)的镀锌钢板进行压制成型，制造本发明例的部件。此外，将实施例2的表3的制造条件No.1(本发明例)的镀锌钢板与实施例2的表3的制造条件No.2(本发明例)的镀锌钢板通过点焊进行接合，制造本发明例的部件。能够确认这些本发明例的部件的弯曲性和镀覆性优异，因此可适用于汽车部件等。
产业上的可利用性
本发明的高强度镀锌钢板不仅具有高的拉伸强度，而且具有良好的弯曲性和镀覆性。因此，将本发明的高强度镀锌钢板用于汽车车体的骨架部件，特别是以影响碰撞安全性的车厢周边为代表的情况下，能够提高其安全性能，并且有助于由高强度薄壁化效果带来的车体轻型化，从而在CO2排出等环境方面做出贡献。另外由于兼具良好的表面性状·镀覆品质，所以可积极地用于行走系统等担心雨雪腐蚀的部位，对于车体的防锈·耐腐蚀性也可期待性能提高。这样的特性不限于汽车部件，对土木·建筑、家电领域也是有效的坯材。

Claims (10)

1.一种高强度镀锌钢板，具备钢板和在所述钢板表面的镀锌层，
所述钢板具有以下的成分组成和钢组织，
所述成分组成是钢组成以质量％计含有C：0.08％～0.20％、Si：0.3％以上且小于2.0％、Mn：1.5％～3.5％、P：0.02％以下、S：0.002％以下、Al：0.10％以下和N：0.006％以下，钢中的Si含量与Mn含量的质量比Si/Mn为0.1以上且小于0.2，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
所述钢组织中，存在于从表面到板厚1/3位置为止的范围的含有Al、Si、Mg和Ca的至少1种的夹杂物的平均粒径为50μm以下，所述夹杂物的平均最接近距离为20μm以上，
所述镀锌层的每单面的镀覆附着量为20g/m2～120g/m2，
钢中含有的扩散性氢量小于0.25质量ppm，
所述高强度镀锌钢板的拉伸强度为1100MPa以上，
使用V型冲头的弯曲试验中没有产生龟裂的最小的冲头前端R与板厚t的比R/t为2.1以下，R和板厚t的单位为mm，
将透明胶带按压在将钢板弯曲90°而成的加工部上使剥离物转移到透明胶带，用X射线荧光法求出透明胶带上的剥离物量的Zn计数小于7000。
2.根据权利要求1所述的高强度镀锌钢板，其中，所述成分组成以质量％计进一步含有下述(1)～(3)中的至少1种：
(1)Ti、Nb、V和Zr中的1种以上：合计0.005％～0.1％
(2)Mo、Cr、Cu和Ni中的1种以上：合计0.01％～0.5％
(3)B：0.0003％～0.005％。
3.根据权利要求1或2所述的高强度镀锌钢板，其中，所述成分组成以质量％计进一步含有Sb：0.001％～0.1％和Sn：0.001％～0.1％中的至少1种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高强度镀锌钢板，其中，所述成分组成以质量％计进一步含有Ca：0.0005％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高强度镀锌钢板，其中，所述钢组织以面积率计具有40％～90％的马氏体、50％以下且包含0％的铁素体、50％以下且包含0％的贝氏体、以及小于3％且包含0％的残余奥氏体，
铁素体的平均粒径为25μm以下。
6.一种高强度镀锌钢板的制造方法，具有如下工序：
铸造工序，将具有权利要求1～4中任一项所述的成分组成的钢在铸模弯月面附近的凝固界面的钢液流速为16cm/秒以上的条件下进行铸造而制成钢坯材；
热轧工序，将所述铸造工序后的钢坯材进行热轧；
酸洗工序，将所述热轧工序后的钢板进行酸洗；
冷轧工序，将所述酸洗工序后的钢板以压下率20％～80％进行冷轧；
退火工序，利用连续退火线，使500℃以上的炉内气氛的氢浓度3vol％以上且小于10vol％，且使750℃以上的炉内气氛的露点为-45℃以下，将所述冷轧工序后的钢板以退火温度(Ac3－30)℃～(Ac3+20)℃加热后，以平均冷却速度3℃/秒以上从退火温度冷却到至少600℃，其后，在500℃～400℃的温度区域滞留45秒以上；以及
镀覆工序，对所述退火工序后的钢板进行镀覆处理，该镀覆处理后，在450℃～250℃的温度区域以平均冷却速度3℃/秒以上进行冷却；
在所述退火工序后或者所述镀覆工序后，进一步具有在氢浓度为5vol％以下且露点为50℃以下的气氛中，在50～400℃的温度区域加热30秒以上的后处理工序。
7.根据权利要求6所述的高强度镀锌钢板的制造方法，其中，在所述镀覆工序后，进一步具有进行宽度修整的宽度修整工序。
8.根据权利要求6或7所述的高强度镀锌钢板的制造方法，其中，在所述镀覆工序中，在所述镀覆处理后立即进行合金化处理。
9.一种高强度部件，是对权利要求1～5中任一项所述的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方而成的。
10.一种高强度部件的制造方法，具有对通过权利要求6～8中任一项所述的高强度镀锌钢板的制造方法制造的高强度镀锌钢板进行成型加工和焊接中的至少一方的工序。
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