JPH0351779B2 - - Google Patents
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- JPH0351779B2 JPH0351779B2 JP58159442A JP15944283A JPH0351779B2 JP H0351779 B2 JPH0351779 B2 JP H0351779B2 JP 58159442 A JP58159442 A JP 58159442A JP 15944283 A JP15944283 A JP 15944283A JP H0351779 B2 JPH0351779 B2 JP H0351779B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- content
- toughness
- steels
- strength
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、熱間加工のままで、調質処理を行な
わなくても高強度と高靭性を有する非調質鋼に関
するものである。 従来、機械構造用鋼は、熱間加工後、焼入れ、
焼戻し等の熱処理を施し、これを切削加工して所
望の製品を製造している。 焼入れ、焼戻しには、大量の熱エネルギーが必
要であり、省エネルギーの観点から、近年、熱間
加工後の焼入れ、焼戻し処理を省略し熱間加工の
ままで、調質鋼と同等の強度をもつた非調質鋼の
開発が盛んに行われ、一部実用化されている。 しかしながら、このようにして得られた非調質
鋼の製品は、強度は調質鋼のものと同等である
が、靱性が劣る欠点があつた。 そのため用途が限定され、従来の調質鋼から代
替する場合、制約が多々あり、代替のメリツト
は、認められつつも、適用しうるものが多くなか
つた。 そこで、本発明者らは、かかる欠点を改良すべ
く、合金元素、不純物元素と、熱間加工後、調質
を省略した鋼の靭性との関係について研究を進め
た結果、MnとPの間の複合作用により、靭性を
大巾に、改善しうることを見出した。 本発明は、かかる知見にもとずきなされたもの
であり、添加元素を調整することにより、熱間加
工のままで、調質鋼と同等の靭性と強度をそなえ
た鋼を提供するものである。 すななち、本発明の要旨とするところは、
C0.25〜0.60%、Si0.10〜0.50%、Mn1.00〜1.60
%、V0.05〜0.25%、P0.012%以下、Al0.020〜
0.060%、N0.0080〜0.020%、必要に応じて
Cr0.21〜0.60%、Ni0.21〜0.50%、またはPb0.05
〜0.30%、S0.04〜0.13%のうち一種または二種を
含み、残部が鉄および不可避的に含まれる不純元
素からなることを特徴とする高靭性機械構造用非
調質鋼にある。 以下に、本発明を詳細に説明する。 まずC、MnとPの靭性におよぼす複合効果に
ついて述べる。 第1表にしめす基本成分にP含有量を適宜変化
させた鋼を溶製した。
わなくても高強度と高靭性を有する非調質鋼に関
するものである。 従来、機械構造用鋼は、熱間加工後、焼入れ、
焼戻し等の熱処理を施し、これを切削加工して所
望の製品を製造している。 焼入れ、焼戻しには、大量の熱エネルギーが必
要であり、省エネルギーの観点から、近年、熱間
加工後の焼入れ、焼戻し処理を省略し熱間加工の
ままで、調質鋼と同等の強度をもつた非調質鋼の
開発が盛んに行われ、一部実用化されている。 しかしながら、このようにして得られた非調質
鋼の製品は、強度は調質鋼のものと同等である
が、靱性が劣る欠点があつた。 そのため用途が限定され、従来の調質鋼から代
替する場合、制約が多々あり、代替のメリツト
は、認められつつも、適用しうるものが多くなか
つた。 そこで、本発明者らは、かかる欠点を改良すべ
く、合金元素、不純物元素と、熱間加工後、調質
を省略した鋼の靭性との関係について研究を進め
た結果、MnとPの間の複合作用により、靭性を
大巾に、改善しうることを見出した。 本発明は、かかる知見にもとずきなされたもの
であり、添加元素を調整することにより、熱間加
工のままで、調質鋼と同等の靭性と強度をそなえ
た鋼を提供するものである。 すななち、本発明の要旨とするところは、
C0.25〜0.60%、Si0.10〜0.50%、Mn1.00〜1.60
%、V0.05〜0.25%、P0.012%以下、Al0.020〜
0.060%、N0.0080〜0.020%、必要に応じて
Cr0.21〜0.60%、Ni0.21〜0.50%、またはPb0.05
〜0.30%、S0.04〜0.13%のうち一種または二種を
含み、残部が鉄および不可避的に含まれる不純元
素からなることを特徴とする高靭性機械構造用非
調質鋼にある。 以下に、本発明を詳細に説明する。 まずC、MnとPの靭性におよぼす複合効果に
ついて述べる。 第1表にしめす基本成分にP含有量を適宜変化
させた鋼を溶製した。
【表】
(a)、(b)のシリーズはCeq(C=C+Si/7+
Mn/5+Cr/9+V/2)を0.71に調整したも
ので、(a)のシリーズは、(b)のシリーズにくらべ
て、C量を低くしてセメンタイト量を低減させ、
かつMn量を高めて、パーライト中のセメンタイ
ト炭化物の層間隔を緻密化させることにより靭性
をより高め、加えてMnのフエライトへの固溶に
より、強度を(b)シリーズ同等としたものである。 機械的性質調査に際しては、上記(a)、(b)シリー
ズ鋼を1200℃に加熱し、30分間保持した後、熱間
鍛造により30mmφに加工し、ついで大気中で放冷
し、この丸棒よりJIS4号引張り試験片、JIS3号衝
撃試験片を切り出し、試験に供した。 試験の結果、(a)、(b)シリーズ鋼の引張強さはほ
ぼ同等で79.6〜81.9Kgf/mm2であつた。 衝撃値とP含有量との関係を第1図に示す。 第1図より明らかなように、Mn量が0.85%の
(b)シリーズ鋼はP含有量が低下しても衝撃値の向
上が小さいものであるのに対して、Mn量が1.35
%の(a)シリーズ鋼はP含有量が0.012%以下にな
ると急激に衝撃値が向上し8Kgf・m/cm2以上の
値を有するものである。このように、C量が低く
Mn含有量の多い(a)シリーズが、(b)シリーズ鋼に
比べて、高い靭性を示すのは、C量を下げたこと
によるセメンタイト量の低減と、Mn量を上げた
ことによるパーライト間隔を微細化したことと相
まつてPの靭性におよぼす影響を軽減したことに
よるものである。 以下に本発明鋼の成分限定理由について説明す
る。 Cは熱間加工後の放冷硬さを大きく左右する元
素であり、機械構造用部品として必要な硬さを得
るには0.25%以上の含有が必要であり、その下限
を0.25%とした。しかし、C量が多くなりすぎる
と靭性、被削性が低下するため、その上限を0.60
%とした。 Siは脱酸作用とともに素地の強度を向上させる
元素であり、これらの効果を得るには、0.10%以
上の含有が必要である。しかし、0.50%を越えて
含有させると素地の硬さを高めて靭性、被削性を
低下させるためその上限を0.50%とした。 Mnは熱間加工後の変態組織を微細化し、強度
を高めるとともに靭性を確保する本発明において
主要な元素である。1.00%未満では本発明におい
て必要な強度と靭性が得られずその下限を1.00%
とした。しかし、Mnを多量に含有させた場合、
熱間加工後の冷却時にベイナイト組織が生じ易
く、靭性の劣化をまねくためその上限を1.60%と
した。 Vは炭窒化物をつくり、熱間加工後の変態時に
フエライト中に析出して、フイライト変態の核と
して働き、微細なフエライト+パーライト組織を
生成し、よつて強度と靭性を向上させる元素であ
り、これらの効果を得るには0.05%以上の含有が
必要である。 しかし、0.25%を越えて含有させても効果の向
上が小さいのでその上限を0.25%とした。 Pは本発明のような1.0%以上のMnを含有する
鋼において特に靭性を劣化させる元素である。本
発明の目的とする高靭性を得るにはできる限りP
を低くする必要がありその上限を0.012%とした。
さらに望ましくは0.008%以下にするとよい。 Alは脱酸作用とともにオーステナイト結晶粒
を微細化する元素であり、これらの効果を得るに
は0.020%以上の含有が必要である。しかし、
0.060%を越えて含有させると被削性が低下する
のでその上限を0.060%とした。 NはVと結合してVNを析出し、結晶粒を微細
化して強度と靭性のバランスを改善する元素であ
り、この効果を得るには0.0080%以上の含有が必
要である。しかし、0.020%を越えて含有させて
も効果の向上が小さく、かえつて靭性が低下する
のでその上限を0.020%とした。 Cr、NiはMnと同様に熱間加工後の変態組織を
微細化して強度と靭性のバランスを改善するため
に必要に応じて含有させる元素であり、この効果
を得るにはCr、Niともに0.21%以上の含有が必
要である。しかし、Crについては含有量が0.60%
を越え、また、Niについては0.50%を越えると
Mn含有量が高いことと相まつて熱間加工後の冷
却時にベイナイト組織を生じ易く、靭性の劣化を
まねくためその上限をCrについては0.60%、Ni
については0.50%とした。なお、Cr、Niの含有
量については、JIS G 4051機械構造用炭素鋼鋼
材によればNi0.20%以下、Cr0.20%以下、Cr+
Ni0.30%以下は不純物として取り扱われる。S、
Pbは熱間加工後に、切削加工を施して仕上げす
る場合に、被削性を付与するための元素であり、
これらの元素は1種ないし2種を組合せて含有さ
せるとより優れた被削性が得られる。Sについて
は0.04%未満では被削性向上の効果が充分でな
く、0.13%を越えて含有させると靭性の劣化が大
きくなり、Pb0.05%未満では被削性向上の効果が
充分でなく、0.30%を越えて含有させても被削性
を向上させる効果が小さいためその値を上限とし
た。つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼と比べて実施
例でもつて明らかにする。 第1表はこれの供試鋼の化学成分を示すもので
ある。
Mn/5+Cr/9+V/2)を0.71に調整したも
ので、(a)のシリーズは、(b)のシリーズにくらべ
て、C量を低くしてセメンタイト量を低減させ、
かつMn量を高めて、パーライト中のセメンタイ
ト炭化物の層間隔を緻密化させることにより靭性
をより高め、加えてMnのフエライトへの固溶に
より、強度を(b)シリーズ同等としたものである。 機械的性質調査に際しては、上記(a)、(b)シリー
ズ鋼を1200℃に加熱し、30分間保持した後、熱間
鍛造により30mmφに加工し、ついで大気中で放冷
し、この丸棒よりJIS4号引張り試験片、JIS3号衝
撃試験片を切り出し、試験に供した。 試験の結果、(a)、(b)シリーズ鋼の引張強さはほ
ぼ同等で79.6〜81.9Kgf/mm2であつた。 衝撃値とP含有量との関係を第1図に示す。 第1図より明らかなように、Mn量が0.85%の
(b)シリーズ鋼はP含有量が低下しても衝撃値の向
上が小さいものであるのに対して、Mn量が1.35
%の(a)シリーズ鋼はP含有量が0.012%以下にな
ると急激に衝撃値が向上し8Kgf・m/cm2以上の
値を有するものである。このように、C量が低く
Mn含有量の多い(a)シリーズが、(b)シリーズ鋼に
比べて、高い靭性を示すのは、C量を下げたこと
によるセメンタイト量の低減と、Mn量を上げた
ことによるパーライト間隔を微細化したことと相
まつてPの靭性におよぼす影響を軽減したことに
よるものである。 以下に本発明鋼の成分限定理由について説明す
る。 Cは熱間加工後の放冷硬さを大きく左右する元
素であり、機械構造用部品として必要な硬さを得
るには0.25%以上の含有が必要であり、その下限
を0.25%とした。しかし、C量が多くなりすぎる
と靭性、被削性が低下するため、その上限を0.60
%とした。 Siは脱酸作用とともに素地の強度を向上させる
元素であり、これらの効果を得るには、0.10%以
上の含有が必要である。しかし、0.50%を越えて
含有させると素地の硬さを高めて靭性、被削性を
低下させるためその上限を0.50%とした。 Mnは熱間加工後の変態組織を微細化し、強度
を高めるとともに靭性を確保する本発明において
主要な元素である。1.00%未満では本発明におい
て必要な強度と靭性が得られずその下限を1.00%
とした。しかし、Mnを多量に含有させた場合、
熱間加工後の冷却時にベイナイト組織が生じ易
く、靭性の劣化をまねくためその上限を1.60%と
した。 Vは炭窒化物をつくり、熱間加工後の変態時に
フエライト中に析出して、フイライト変態の核と
して働き、微細なフエライト+パーライト組織を
生成し、よつて強度と靭性を向上させる元素であ
り、これらの効果を得るには0.05%以上の含有が
必要である。 しかし、0.25%を越えて含有させても効果の向
上が小さいのでその上限を0.25%とした。 Pは本発明のような1.0%以上のMnを含有する
鋼において特に靭性を劣化させる元素である。本
発明の目的とする高靭性を得るにはできる限りP
を低くする必要がありその上限を0.012%とした。
さらに望ましくは0.008%以下にするとよい。 Alは脱酸作用とともにオーステナイト結晶粒
を微細化する元素であり、これらの効果を得るに
は0.020%以上の含有が必要である。しかし、
0.060%を越えて含有させると被削性が低下する
のでその上限を0.060%とした。 NはVと結合してVNを析出し、結晶粒を微細
化して強度と靭性のバランスを改善する元素であ
り、この効果を得るには0.0080%以上の含有が必
要である。しかし、0.020%を越えて含有させて
も効果の向上が小さく、かえつて靭性が低下する
のでその上限を0.020%とした。 Cr、NiはMnと同様に熱間加工後の変態組織を
微細化して強度と靭性のバランスを改善するため
に必要に応じて含有させる元素であり、この効果
を得るにはCr、Niともに0.21%以上の含有が必
要である。しかし、Crについては含有量が0.60%
を越え、また、Niについては0.50%を越えると
Mn含有量が高いことと相まつて熱間加工後の冷
却時にベイナイト組織を生じ易く、靭性の劣化を
まねくためその上限をCrについては0.60%、Ni
については0.50%とした。なお、Cr、Niの含有
量については、JIS G 4051機械構造用炭素鋼鋼
材によればNi0.20%以下、Cr0.20%以下、Cr+
Ni0.30%以下は不純物として取り扱われる。S、
Pbは熱間加工後に、切削加工を施して仕上げす
る場合に、被削性を付与するための元素であり、
これらの元素は1種ないし2種を組合せて含有さ
せるとより優れた被削性が得られる。Sについて
は0.04%未満では被削性向上の効果が充分でな
く、0.13%を越えて含有させると靭性の劣化が大
きくなり、Pb0.05%未満では被削性向上の効果が
充分でなく、0.30%を越えて含有させても被削性
を向上させる効果が小さいためその値を上限とし
た。つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼と比べて実施
例でもつて明らかにする。 第1表はこれの供試鋼の化学成分を示すもので
ある。
【表】
【表】
第1表においてA鋼は従来鋼で、850℃×1Hr、
油冷後、600℃×2Hr、空冷という焼入れ、焼も
どし処理を施したS45C、B〜D鋼は比較鋼で、
E〜N鋼は本発明鋼である。なお、E鋼およびF
鋼はNi、CrおよびSを不純物の範囲内で含有す
る第1発明鋼であり、G鋼、H鋼およびJ鋼は
NiおよびSを不純物の範囲内で含有しCrを不純
物の範囲以上に含有する第2発明鋼であり、K鋼
はNiを不純物の範囲以上に含有し、CrおよびS
を不純物の範囲内で含有する第2発明鋼である。
また、L鋼はNiは不純物の範囲内で含有するが、
Crを不純物の範囲以上に含有すると共にSを不
純物の範囲を越えて含有させた第3発明鋼であ
り、M鋼はNiおよびSを不純物の範囲で含有し、
Crを不純物の範囲以上に含有させると共にPbを
含有させた第3発明鋼、N鋼はNiを不純物の範
囲で含有し、SおよびCrを不純物の範囲以上に
含有させると共にPbを含有させた第3発明鋼で
ある。 第2表は第1表の供試鋼のうち、B〜N鋼を
1200℃で30分保持した後、熱間鍛造により30mmφ
に加工し、大気中で放冷した時の機械的性質を示
したものである。機械的性質調査に際しては上記
30mmφの丸棒よりJIS4号引張り試験片およびJIS3
号衝撃試験片を切り出し、試験に供した。
油冷後、600℃×2Hr、空冷という焼入れ、焼も
どし処理を施したS45C、B〜D鋼は比較鋼で、
E〜N鋼は本発明鋼である。なお、E鋼およびF
鋼はNi、CrおよびSを不純物の範囲内で含有す
る第1発明鋼であり、G鋼、H鋼およびJ鋼は
NiおよびSを不純物の範囲内で含有しCrを不純
物の範囲以上に含有する第2発明鋼であり、K鋼
はNiを不純物の範囲以上に含有し、CrおよびS
を不純物の範囲内で含有する第2発明鋼である。
また、L鋼はNiは不純物の範囲内で含有するが、
Crを不純物の範囲以上に含有すると共にSを不
純物の範囲を越えて含有させた第3発明鋼であ
り、M鋼はNiおよびSを不純物の範囲で含有し、
Crを不純物の範囲以上に含有させると共にPbを
含有させた第3発明鋼、N鋼はNiを不純物の範
囲で含有し、SおよびCrを不純物の範囲以上に
含有させると共にPbを含有させた第3発明鋼で
ある。 第2表は第1表の供試鋼のうち、B〜N鋼を
1200℃で30分保持した後、熱間鍛造により30mmφ
に加工し、大気中で放冷した時の機械的性質を示
したものである。機械的性質調査に際しては上記
30mmφの丸棒よりJIS4号引張り試験片およびJIS3
号衝撃試験片を切り出し、試験に供した。
【表】
第2表より明らかなように、焼入れ、焼もどし
処理を施したS45CであるA鋼は、引張り強さが
85.7Kgf/mm2降伏点が56.6Kgf/mm2、伸びが26.4
%、衝撃値が8.8Kgf・m/mm2であるのに対して、
熱間鍛造後、放冷したB、C鋼はA鋼より低炭素
鋼であるがその衝撃値は4.6、3.8Kg・f・m/mm2
とA鋼の半分程度であり、引張り強さについては
調質鋼と大差はないが、衝撃値については大巾に
劣るものである。また、伸びについても19.8、
18.9%と20%以下であり低いものである。また、
D鋼はC量が0.49%と高いものであるがその衝撃
値は2.7Kgf・m/mm2と引張り強さに比べて衝撃
値の低下が大きいものである。 これらの比較鋼に比べて本発明鋼であるE〜N
鋼は、熱間鍛造後、放冷したものであるにもかか
わらず引張り強さ、降伏点、伸びおよび衝撃値に
ついてもいずれも調質鋼相当の値を有するもの
で、比較鋼のように特に衝撃値が低下することが
ないものである。 上述のように、本発明鋼は従来の非調質鋼の
Mn量を高めるとともにP量を極力低下させたも
ので、これにより、従来の非調質鋼のもつ靭性が
低いという欠点を解消したもので、調質鋼と同等
の機械的性質を有する機械構造用鋼であつて産業
上極めて有用な鋼である。
処理を施したS45CであるA鋼は、引張り強さが
85.7Kgf/mm2降伏点が56.6Kgf/mm2、伸びが26.4
%、衝撃値が8.8Kgf・m/mm2であるのに対して、
熱間鍛造後、放冷したB、C鋼はA鋼より低炭素
鋼であるがその衝撃値は4.6、3.8Kg・f・m/mm2
とA鋼の半分程度であり、引張り強さについては
調質鋼と大差はないが、衝撃値については大巾に
劣るものである。また、伸びについても19.8、
18.9%と20%以下であり低いものである。また、
D鋼はC量が0.49%と高いものであるがその衝撃
値は2.7Kgf・m/mm2と引張り強さに比べて衝撃
値の低下が大きいものである。 これらの比較鋼に比べて本発明鋼であるE〜N
鋼は、熱間鍛造後、放冷したものであるにもかか
わらず引張り強さ、降伏点、伸びおよび衝撃値に
ついてもいずれも調質鋼相当の値を有するもの
で、比較鋼のように特に衝撃値が低下することが
ないものである。 上述のように、本発明鋼は従来の非調質鋼の
Mn量を高めるとともにP量を極力低下させたも
ので、これにより、従来の非調質鋼のもつ靭性が
低いという欠点を解消したもので、調質鋼と同等
の機械的性質を有する機械構造用鋼であつて産業
上極めて有用な鋼である。
第1図はC、Mn量を変化させた場合の、P含
有量とシヤルピー衝撃値との関係を示した線図で
ある。
有量とシヤルピー衝撃値との関係を示した線図で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 重量比にしてC0.25〜0.60%、Si0.10〜0.50
%、Mn1.00〜1.60%、V0.05〜0.25%、P0.012%
以下、Al0.020〜0.060%、N0.0080〜0.0200%を
含有し、残部Feならびに不純物元素からなるこ
とを特徴とする高靭性機械構造用非調質鋼。 2 重量比にしてC0.25〜0.60%、Si0.10〜0.50
%、Mn1.00〜1.60%、V0.05〜0.25%、P0.012%
以下、Al0.020〜0.060%、N0.0080〜0.0200%を
含有し、さらにCr0.21〜0.60%またはNi0.21〜
0.50%のうち1種を含有し、残部Feならびに不純
物元素からなることを特徴とする高靭性機械構造
用非調質鋼。 3 重量比にしてC0.25〜0.60%、Si0.10〜0.50
%、Mn1.00〜1.60%、V0.05〜0.25%、P0.012%
以下、Al0.020〜0.060%、N0.0080〜0.0200%を
含有し、さらにCr0.21〜0.60%とS0.04〜0.13%、
Pb0.05〜0.30%のうち1種〜2種を含有し、残部
Feならびに不純物元素からなることを特徴とす
る高靭性機械構造用非調質鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15944283A JPS6050148A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 高靭性調質省略鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15944283A JPS6050148A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 高靭性調質省略鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6050148A JPS6050148A (ja) | 1985-03-19 |
| JPH0351779B2 true JPH0351779B2 (ja) | 1991-08-07 |
Family
ID=15693840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15944283A Granted JPS6050148A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 高靭性調質省略鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6050148A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61204352A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-10 | Nippon Steel Corp | 温間鍛造ままの高強度非調質鋼材 |
| JPS61204353A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-10 | Nippon Steel Corp | 温間鍛造のままで優れた強度靭性を有する鋼材 |
| JP2743116B2 (ja) * | 1990-07-27 | 1998-04-22 | 愛知製鋼 株式会社 | 熱間鍛造用非調質鋼 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5422771B2 (ja) * | 1974-01-28 | 1979-08-09 | ||
| JPS589813B2 (ja) * | 1978-03-14 | 1983-02-23 | 住友金属工業株式会社 | 非調質鍛鋼品の製造方法 |
| JPS5582749A (en) * | 1978-12-18 | 1980-06-21 | Nippon Steel Corp | Heat treatment omitting type high tensile steel bar for hot forging |
-
1983
- 1983-08-30 JP JP15944283A patent/JPS6050148A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6050148A (ja) | 1985-03-19 |
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