JPH0645846B2 - 耐摩耗性高透磁率合金の製造法 - Google Patents

耐摩耗性高透磁率合金の製造法

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JPH0645846B2
JPH0645846B2 JP26269489A JP26269489A JPH0645846B2 JP H0645846 B2 JPH0645846 B2 JP H0645846B2 JP 26269489 A JP26269489 A JP 26269489A JP 26269489 A JP26269489 A JP 26269489A JP H0645846 B2 JPH0645846 B2 JP H0645846B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、Ni,Nb,TaおよびFeを主成分とし、副成分とし
てCr,Mo,Ge,Au,Co,V,W,Cu,Mn,Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,
Ga,In,Tl,Zn,Cd,希土類元素、白金族元素、Be,Ag,Sr,
Ba,B の1種または2種以上を含有する耐摩耗性高透磁
率合金の製造法に関するもので、その目的とするところ
は、鍛造加工が容易で、実効透磁率が大きく、飽和磁束
密度が4000G以上で、{110}<112>+{311}<112>
の再結晶集合組織を有して耐摩耗性が良好な磁性合金を
得るにある。
(従来の技術) テープレコーダーなどの磁気記録再生ヘッドは交流磁界
において作動するものであるから、これに用いられる磁
性合金は高周波磁界における実効透磁率が大きいことが
必要とされ、また磁気テープが接触して摺動するため耐
摩耗性が良好であることが望まれている。現在、耐摩耗
性にすぐれた磁気ヘッド用磁性合金としてはセンダスト
(Fe−Si-Al系合金)およびMn−Znフェライト(MnO-ZnO
-Fe2O3)があるが、これらは非常に硬く脆いため、鍛
造、圧延加工が不可能で、ヘッドコアの製造には研削、
研磨の方法が用いられており、従ってその成品は高価で
ある。またセンダストは飽和磁束密度は大きいが薄板に
できないので高周波磁界における実効透磁率が比較的小
さい。またフェライトは実効透磁率は大きいが、飽和磁
束密度が約4000Gで小さいのが欠点である。他方パーマ
ロイ(Ni−Fe系合金)は飽和磁束密度は大きいが、実効
透磁率は小さく、また鍛造、圧延加工および打抜きは容
易で量産性にすぐれているが、摩耗しやすいのが大きな
欠点であり、これを改善することが強く望まれている。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者らは、先にNi−Fe−Nb系およびNi−Fe−Ta系合
金は鍛造加工が容易で硬度および透磁率が大きいことか
ら、磁気ヘッド用磁性合金として好適であることを見い
出し、これを特許出願した(特公昭47-29690号および特
公昭51-536号)。
その後本発明者らは、磁気ヘッド用磁性合金としてNi−
Fe−Nb系およびNi−Fe−Ta系合金の薄板を生産して来た
が、磁気テープの摺動による薄板の摩耗量は、薄板の製
造工程における加工法および熱処理法によって著しく増
減して耐摩耗性が損なわれる大きな問題であることか
ら、この原因を解明するためこれら合金の摩耗について
系統的な研究を行った。その結果、Ni−Fe−Nb系および
Ni−Fe−Ta系合金の摩耗は硬度によって一義的に決定さ
れるものでなく、薄板の製造方法に依存する再結晶集合
組織と緊密な関係があることが明らかとなった。
(問題点を解決するための手段) 一般に摩耗現象は合金の結晶方位によって大きな差異が
あり、結晶異方性が存在することが知られているが、本
発明者らはNi−Fe−Nb系およびNi−Fe−Ta系合金におい
ては、{100}<001>結晶方位は摩耗し易しく、{11
0}<112>とこの<112>方向を軸として多少回転した
{311}<112>結晶方位が耐摩耗性にすぐれていること
を見い出した。すなわち、Ni−Fe−Nb系およびNi−Fe−
Ta系合金は{110}<112>+{311}<112>の再結晶集
合組織を形成させることによって耐摩耗性が著しく向上
することを見い出したのである。
本発明者らはこの知見に基づいて、Ni−Fe−Nb系および
Ni−Fe−Ta系合金の{110}<112>+{311}<112>再
結晶集合組織を形成させるための研究を幾多遂行した。
すなわち、Ni−Fe二元系合金は冷間圧延加工すると{11
0}<112>+{112}<111>の加工集合組織を生じる
が、これを高温加熱すると{100}<001>再結晶集合組
織が発達することが知られている。
しかし、これにNbおよび/またはTaを添加すると積層欠
陥エネルギーが低下し、冷間加工率50%以上を施した
後、 900℃以上の高温度で加熱することによって{11
0}<112>+{311}<112>再結晶集合組織を効果的に
形成させ、耐摩耗性を著しく向上できることを見い出し
た。
また、Ni−Fe系合金にNbおよび/またはTaを添加するこ
とによって比電気抵抗は増大し、結晶粒が微細になるの
で、交流磁界における渦電流損失が減少し、このため実
効透磁率は増大する。要するにNbおよび/またはTaの添
加効果により、{110}<112>+{311}<112>再結晶
集合組織が発達するとともに実効透磁率が増大し、耐摩
耗性のすぐれた高透磁率合金が得られるのである。
(作 用) 本発明の合金を造るには、Ni60〜90%、NbおよびTaの合
計 0.5〜20%(但し、Nb 14 %以下、NbおよびTa
は0%を含まず)および残部Feを主成分とし、副成分と
してCr,Mo,Ge,Auの7%以下、Co,Vの10%以下、Wの15
%以下、Cu,Mnの25%以下、 Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,G
a,In,Tl,Zn,Cd,希土類元素、白金族元素の5%以
下、Be,Ag,Sr,Ba の3%以下、B1%以下の1種ある
いは2種以上の合計0.01〜30%の所定量を更に添加す
る。かくして得た混合物を充分に撹拌して組成的に均一
な溶融合金を造る。また、鍛造性及び加工性を改善する
ため、必要に応じて脱酸剤としてC,Ca,Mg等を小量(各
0.5 %以下)添加する。
次にこれを適当な形および大きさの鋳型に注入して健全
な鋳塊を得、さらにこれに1000℃〜1200℃の高温におい
て鋳造あるいは熱間加工を施して適当な形状のもの、例
えば棒あるいは板となし、必要ならば焼鈍する。次いで
これに冷間圧延などの方法によって加工率50%以上の冷
間加工を施し、目的の形状のもの、例えば厚さ 0.1mmの
薄板を造る。次にその薄板から例えば45mm、内径33mmの
環状板を打抜き、これを水素中その他の適当な非酸化性
雰囲気(水素,アルゴン,窒素など)中あるいは真空中
で 900℃以上融点以下の温度で適当時間加熱し、ついで
規則−不規則格子変態点(約 600℃)以上の温度から 1
00℃/秒〜1℃/時の組成に対応した適当な速度で冷却
するかあるいはこれをさらに規則−不規則格子変態点
(約 600℃)以下の温度で適当時間再加熱し、冷却す
る。このようにして実効透磁率3000以上、飽和磁束密度
4000G以上を有し、且つ{110}<112>+{311}<112
>の再結晶集合組織をもった耐摩耗性高透磁率合金が得
られる。
次に本発明を図面につき説明する。
第1図は79%Ni−Fe−Nb−Ta系合金(但し、Nb:Ta−
1:1)について加工率90%の冷間圧延し、1100℃で加
熱した後、 800℃/時の速度で冷却した場合の再結晶集
合組織および諸特性とNbおよびTa量との関係を示したも
のである。
Ni−Fe−Nb−Ta系合金は冷間圧延加工すると{110}<1
12>+{112}<111>の加工集合組織が生じるが、これ
を高温加熱すると{100}<001>と{110}<112>+
{311}<112>の再結晶集合組織が生成する。しかし、
これにNbおよびTaを添加すると{100}<001>再結晶集
合組織の生成が抑制され、{110}<112>+{311}<1
12>の再結晶集合組織が発達し、それとともに摩耗量は
減少する。また実効透磁率はNbおよびTaの添加によって
増大するが、NbおよびTaの合計0.5 %以下ではその効果
が少なく、また20%以上では鍛造加工が困難となり好ま
しくない。
第2図は79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金について、11
00℃で加熱した場合の再結晶集合組織および諸特性と冷
間加工率との関係を示したもので、冷間加工率の増加は
{110}<112>+{311}<112>の再結晶集合組織の発
達をもたらし、耐摩耗性を向上させ、実効透磁率を高め
るが加工率50%以上において特に著しい。
第3図は79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金を冷間加工率
85%で圧延した後の加熱温度と再結晶集合組織および諸
特性との関係を示したもので、加熱温度の上昇とともに
{112}<111>成分が減少し{110}<112>+{311}
<112>が発達して耐摩耗性が向上し、また実効透磁率
は増大するが、特に 900℃以上において著しい。
第4図は合金番号64(80.3 %Ni−Fe−2%Nb−2%Ta-3
%Ge合金)、合金番号52(79.5 %Ni−Fe−5 %Nb−3 %T
a−2 %Mo合金)、合金番号21(79%Ni−Fe−5 %Nb−5
%Ta合金)について実効透磁率と冷却速度との関係およ
びこれらをさらに再加熱処理を施した場合の実効透磁率
(×印)を示したものである。合金の組成に対応した最
適冷却速度、最適再加熱温度および再加熱時間が存在す
ることが判る。
第5図は79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金にCr,Mo,Ge,A
u あるいはCoを添加した場合の磁気ヘッドの摩耗量及び
実効透磁率の特性図で、Cr,Mo,Ge,Au あるいはCoを添加
すると、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少す
るが、Cr,Mo,GeあるいはAuの7 %以上では飽和磁束密度
が4000G 以下となり好ましくない。またCo10%以上では
残留磁気が大きくなり、帯磁ノイズが増大するので、好
ましくない。
第6図は同じく79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金にV,W,
CuあるいはMnを添加した場合の磁気ヘッドの摩耗量及び
実効透磁率の特性図で、V,W,Cu,TaあるいはMnを添加す
ると、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少する
が、V を10%以上、Wを15%以上、CuあるいはMnを25%
以上添加すると飽和磁束密度が4000G 以下となり好まし
くない。
第7図は同じく79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金にAl,S
i,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,Ga,InあるいはTlを添加した場合の特
性図で、Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,Ga,In あるいはTlを添
加すると、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少
するが、Si,Ti,Zr,Hf,Ga,InあるいはT15 %以上では飽
和磁束密度は4000G 以下となり、Al,Sn あるいはSbが5
%以上では鍛造加工が困難となり好ましくない。
第8図は同じく79%Ni−Fe−5%Nb−5%Ta合金にZn,C
d,La,Pt,Be,Ag,Sr,Ba あるいはBを添加した場合の特性
図で、Zn,Cd,La,Pt,Be,Ag,Sr,Ba あるいはBを添加する
と、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少する
が、Zn,Cd,La,Pt を5%以上、Be,Sr,Baを3%以上添加
すると飽和磁束密度が4000G以下となり、Agを3%以上
あるいはBを1%以上添加すると鍛造加工が困難となり
好ましくない。
本発明において、冷間加工は{110}<112>+{112}
<111>の冷間加工集合組織を形成し、これを基として
{110}<112>+{311}<112>の再結晶集合組織を発
達させるために必要で、第1図および第2図に見られる
ようにNbおよびTaの合計0.5%以上において、特に加工率
50%以上の冷間加工を施した場合に{110}<112>+
{311}<112>の再結晶集合組織の発達が顕著で、耐摩
耗性は著るしく向上し、その実効透磁率も高い。また上
記の冷間加工に次いで行われる加熱は、組織の均一化、
加工歪の除去とともに、{110}<112>+{311}<112
>の再結晶集合組織を発達させ、高い実効透磁率とすぐ
れた耐摩耗性を得るために必要であるが、第3図に見ら
れるように特に 900℃以上の加熱によって実効透磁率お
よび耐摩耗性は顕著に向上する。
尚、上記の冷間加工と、次いで行われる 900℃以上融点
以下の加熱を繰り返し行うことは、{110}<112>+
{311}<112>の再結晶集合組織の集積度を高め、耐摩
耗性を向上させるために有効である。この場合は最終冷
間加工の加工率が50%以下でも{110}<112>+{31
1}<112>再結晶集合組織が得られるが、本発明の技術
的思想に包含されるものである。したがって、本発明の
冷間加工率は、全製造工程における冷間加工を総計した
加工率を意味し、最終冷間加工率のみを意味するもので
はない。
上記の 900℃以上融点以下の温度から規則−不規則格子
変態点(約 600℃)以上の温度までの冷却は、急冷して
も除冷しても得られる磁性には大した変りはないが、第
4図に見られるようにこの変態点以下の冷却速度は磁性
に大きな影響を及ぼす。すなわちこの変態点以下の温度
より 100℃/秒〜1℃/時の組成に対応した適当な速度
で常温迄冷却することにより、地の規則度が適度に調整
され、すぐれた磁性が得られる。そして上記の冷却速度
の内 100℃/秒に近い速度で急冷すると、規則度が小さ
くなり、これ以上速く冷却すると規則化が進まず、規則
度はさらに小さくなり磁性は劣化する。しかし、その規
則度の小さい合金をその変態点以下の200 〜 600℃に組
成に対応して、1分間以上 100時間以下再加熱し冷却す
ると、規則化が進んで適度な規則度となり磁性は向上す
る。他方、上記の変態点以上の温度から、例えば1℃/
時以下の速度で除冷すると、規則化は進みすぎ、磁性は
低下する。
尚、上記の熱処理を水素が存在する雰囲気中で施すこと
は、実効透磁率を高めるのに特に効果があるので好まし
い。
(実施例) 次に本発明を実施例につき説明する。
実施例1 合金番号52(組成Ni=79.5%,Nb=5%,Ta=3%,Mo
=2%,Fe=残部)の合金の製造 原料は実施例1と同じ純度でニッケル,鉄,ニオブ,タ
ンタル99.8%純度のモリブデンおよびニオブ65%,タン
タル5%を含むフエロニオブ合金を用いた。試料を造る
には、原料を全重量800gでアルミナ坩堝に入れ、真空中
で高周波誘導電気炉によって溶かした後、よく撹拌して
均質な溶融合金とした。次にこれを直径25mm、高さ170m
m の孔をもつ鋳型に注入し、得られた鋳塊を約1100℃で
鍛造して厚さ7mmの板とした。さらに1000℃を超え1200
℃以下の温度で適当な厚さまで熱間圧延し、ついで常温
で種々な加工率で冷間圧延を施して 0.1mmの薄板とし、
それから外径45mm、内径33mmの環状板を打ち抜いた。試
料に種々の熱処理を施して磁気特性および磁気ヘツドの
コアとして使用した場合湿度80%、温度40℃においてCr
O2磁気テープによる 200時間走行後の摩耗量の測定を行
い、第1表に示すような特性が得られた。
なお代表的な合金の特性は第2表に示すとおりである。
本発明において、50%以上の冷間加工の処理前に、1000
℃を超え1200℃以下の温度で熱間圧延すると、次いで施
される加工率50%以上の冷間加工ならびに 900℃以上の
温度における熱処理によりもたらされる{110}<112>
+{311}<112>の再結晶集合組織の生成および耐摩耗
性に強く影響する。
実施例2 79% Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金を本願実施例1に準じて製
造し、約1000℃で鍛造して厚さ7mmの板とした。さらに
種々な加熱温度で厚さ1.0 mmまで熱間圧延加工し、次い
で常温で冷間圧延加工を施して0.1 mmの薄板(冷間加工
率90%)とした。この薄板を1100℃の水素中で2時間加
熱後 800℃/hrの速度で常温まで冷却した場合の熱間圧
延加工の温度と再結晶集合組織および摩耗量との関係を
第9図に示した。熱間圧延加工の温度が1000℃以下では
{112}<111>が残留し摩耗量が大きいが、1000℃を超
え1200℃以下の温度では{110}<112>+{311}<112
>が発達し摩耗量が特に小さくなる。すなわち、本発明
では熱間圧延加工の温度によって、最終的に得られる合
金の耐摩耗性が大きく影響されるのである。
上記のように本発明合金は加工が容易で、耐摩耗性にす
ぐれ、4000G以上の飽和磁束密度、3000以上の高い実効
透磁率、低保磁力を有しているので、磁気記録再生ヘッ
ドのコアおよびケース用磁性合金として好適であるばか
りでなく、耐摩耗性および高透磁率を必要とする一般の
電磁器機の磁性材料としても好適である。
次に本発明において合金の組成を主成分としてNi60〜90
%、NbおよびTaの合計 0.5〜20%(但し、Nb14%以
下、NbおよびTaは0%を含まず)および残部Feと限
定し、これに副成分として添加する元素をCr,Mo,Ge,Au
を7%以下、Co,Vを10%以下、Wを15%以下、Cu,Mnを
25%以下、 Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,Ga,In,Tl,Zn,Cd,
希土類元素、白金族元素を5%以下、Be,Ag,Sr,Baを3
%以下、Bを1%以下の1種または2種以上の合計で0.
01〜30%と限定した理由は各実施例、第3表および図面
中第5図ないし第8図で明らかなように、この組成範囲
の実効透磁率は3000以上、飽和磁束密度4000G以上で、
且つ{110}<112>+{311}<112>の再結晶集合組織
を有し、耐摩耗性がすぐれているが、この組成範囲をは
ずれると磁気特性あるいは耐摩耗性が劣化するからであ
る。
すなわち、NbおよびTaの合計 0.5%以下では{110}<1
12>+{311}<112>の再結晶集合組織が充分発達しな
いので耐摩耗性が悪く、NbおよびTaの合計20%以上およ
びNb14%以上では鍛造加工が困難となり、また、飽和磁
束密度4000G以下になるからである。
そしてNi60〜90%、NbおよびTaの合計 0.5〜20%(但
し、Nb14%以下、NbおよびTaは0%を含まず)お
よび残部Feの組成範囲の合金は、実効透磁率3000以上、
飽和磁束密度4000G以上で、耐摩耗性がすぐれ、且つ加
工性が良好であるが、これにさらにCr,Mo,Ge,Au,W,V,
Cu,Mn,A l,Zr,Si,Ti,Hf,Ga,In,Tl,Zn,Cd,希土類元
素、白金族元素、Be,Ag,Sr,Ba,B等を添加すると特に実
効透磁率を高める効果があり、Coを添加すると特に飽和
磁束密度を高める効果があり、Au,Mn,Ti,Co,希土類元
素、白金族元素、Be,Sr,Ba,Bを添加すると鍛造、加工を
良好にする効果があり、 Al,Sn,Sb,Au,Ag,Ti,Zn,Cd,Be
およびVの添加は{110}<112>+{311}<112>の再
結晶集合組織を発達させ、耐摩耗性を向上する効果があ
る。
(発明の効果) 要するに本発明合金は鍛造加工が容易で{110}<112>
+{311}<112>の再結晶集合組織を形成させることに
よって耐摩耗性がすぐれ、飽和磁束密度が4000G以上
で、実効透磁率が高いので、磁気記録再生ヘッド用磁性
合金として好適であるばかりでなく、耐摩耗性および高
透磁率を必要とする一般の電磁器機の磁性材料としても
好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は79%Ni-Fe-Nb-Ta 系合金の諸特性とNbおよびTa
量(但し、Nb:Ta=1:1)との関係を示す特性図、 第2図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金の再結晶集合組織
および諸特性と冷間加工率との関係を示す特性図、 第3図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金の再結晶集合組織
および諸特性と加熱温度との関係を示す特性図、 第4図は80.3%Ni-Fe-2%Nb-2%Ta-3%Ge合金(合金番
号64)、79.5%Ni-Fe-5%Nb-3%Ta-2%Mo合金(52)、お
よび79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金(21)の実効透磁率と冷
却速度、再加熱温度および再加熱時間との関係を示す特
性図、 第5図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金にCr,Mo,Ge,Au あ
るいはCoを添加した場合の諸特性と各元素の添加量との
関係を示す特性図、 第6図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金にV,W,Cuあるいは
Mnを添加した場合の諸特性と各元素の添加量との関係を
示す特性図、 第7図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金に Al,Si,Ti,Z
r,Hf,Sn,Sb,In あるいは Tlを添加した場合の諸特性と
各元素の添加量との関係を示す特性図、 第8図は79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta合金にZn,Cd,La,Pt,B
e,Ag,Sr,Ba あるいは Bを添加した場合の諸特性と各元
素の添加量との関係を示す特性図、 第9図は 79% Ni-Fe-5% Nb-5 % Ta 合金を実施例2によ
り製造した時の熱間圧延加工温度と再結晶集合組織の集
積度および摩耗量との関係を示す特性図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量比にてNi 60 〜90%、NbおよびTaの合
    計 0.5〜20%(但し、Nb 14 %以下、NbおよびTaは0%
    を含まず)および残部Feを主成分とし、副成分としてC
    r,Mo,Ge,Auをそれぞれ7%以下、Co,Vをそれぞれ1
    0%以下、Wを15%以下、Cu,Mnをそれぞれ25%以下、
    Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,Ga,In,Tl,Zn,Cd,希
    土類元素、白金族元素をそれぞれ5%以下、Be,Ag,S
    r,Baをそれぞれ3%以下、Bを1%以下の1種または
    2種以上の合計0.01〜30%、少量の不純物とからなる合
    金を1000℃を超え1200℃以下の温度で熱間加工した後冷
    却し、次に加工率50%以上の冷間加工を施した後、900
    ℃以上の融点以下の温度で加熱し、ついで規則−不規則
    格子変態点以上、融点以下の温度から100 ℃/秒〜1℃
    /時の組成に対応した適当な速度で常温まで冷却するこ
    とにより、1 KHzにおける実効透磁率3000以上、飽和磁
    束密度4000G以上で、且つ{110 }<112>+{311 }<
    112>の再結晶集合組織をもった合金を得ることを特徴
    とする耐摩耗性高透磁率合金の製造法。
  2. 【請求項2】重量比にてNi 60 〜90%、NbおよびTaの合
    計 0.5〜20%(但し、Nb 14 %以下、NbおよびTaは0%
    を含まず)および残部Feを主成分とし、副成分としてC
    r,Mo,Ge,Auをそれぞれ7%以下、Co,Vをそれぞれ1
    0%以下、Wを15%以下、Cu,Mnをそれぞれ25%以下、
    Al,Si,Ti,Zr,Hf,Sn,Sb,Ga,In,Tl,Zn,Cd,希
    土類元素、白金族元素をそれぞれ5%以下、Be,Ag,S
    r,Baをそれぞれ3%以下、Bを1%以下の1種または
    2種以上の合計0.01〜30%、少量の不純物とからなる合
    金を1000℃を超え1200℃以下の温度で熱間加工した後冷
    却し、次に加工率50%以上の冷間加工を施した後、900
    ℃以上融点以下の温度で加熱し、ついで規則−不規則格
    子変態点以上、融点以下の温度から 100℃/秒〜1℃/
    時の組成に対応した適当な速度で冷却し、これをさらに
    規則−不規則格子変態点以下の温度で1分間以上100 時
    間以下の組成に対応した適当時間加熱し冷却することに
    より、1 KHzにおける実効透磁率3000以上、飽和磁束密
    度4000G以上で、且つ{110 }<112>+{311 }<112
    >の再結晶集合組織をもった合金を得ることを特徴とす
    る耐摩耗性高透磁率合金の製造法。
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