(57)【要約】【課題】従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管を素材として研削加工法により製造するよりも高い生産性によって摺動部材を製造可能とする。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：１．３〜１．６％を含有する調質熱処理用高炭素鋼板を摺動部材の素材として用いる。また、その素材に対して、切削しない成形を行って、調質熱処理前の摺動部材を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：１．３〜１．６％を含有することを特徴とする調質熱処理用高炭素鋼板。
【請求項２】
板厚が９．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の調質熱処理用高炭素鋼板。
【請求項３】
金属組織が焼鈍組織であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の調質熱処理用高炭素鋼板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の調質熱処理用高炭素鋼板を素材とし、プレス加工を行って、調質熱処理前の摺動部材を製造する方法。
【請求項５】
前記摺動部材が、軸受け部材、ギア部材、刃物、農機具部材、および編み機部材のいずれかである、
ことを特徴とする請求項４に記載の摺動部材を製造する方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の調質熱処理用高炭素鋼板を素材とし、切削しない成形を行って、調質熱処理前の摺動部材を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産性に優れた、摺動部材の製造方法およびその摺動部材を製造するための素材として好適な、調質熱処理用高炭素鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炭素クロム軸受鋼は、高い耐磨耗性が要求される軸受けに多用されているが、その高い耐磨耗性を活かして軸受け以外にもワッシャ、ギア、刃物部品等、自動車を始め家電、農機具その他の産業機械の摺動部分において、高い面圧を支える重要な摺動部材として使用されている。高炭素クロム軸受鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５「高炭素クロム軸受鋼鋼材」として一般的に用いられている。
【０００３】
これらの摺動部材の多くは、棒鋼あるいはシームレス鋼管（継ぎ目なし鋼管）を素材として、これらからマシニング装置等により研削して加工されることが一般的である。また、素材として用いられる棒鋼、シームレス鋼管の多くは、球状化焼きなましのままで使われることが一般的で、そのため、素材の表面は黒皮で被覆されていることから表面の研削が必須となってくる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、高炭素軸受鋼などの熱間鍛造リング又は継目無鋼管の切断品を冷間ローリングした後に切削加工を行うことによりベアリングの軌道輪用素形材を製造する方法が開示されている。特許文献２には、所定長さに切断した棒材の熱間鍛造により得られた中間素材を剪断して一対のリング状部品を形成し、このリング状部材を切削加工することでベアリングの外輪および内輪を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３０９２７号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように棒鋼や継ぎ目なし鋼管を素材として研削加工により摺動部材を製造する場合、多くの削り粉が出て材料歩留まりが悪く、また、長い加工時間がかかって生産性が悪いなどの欠点がある。また、研削加工では、最終製品の板厚が薄くなればなるほど研削に要する時間が長くなって生産性が悪くなる。さらに、研削加工では、最終製品の板厚が薄いほど研削時に加わる残留応力の影響によって形状が変化するため所望の形状を得ることが困難となる。
【０００７】
本発明はこのような現状に鑑み、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管から研削加工法で製造するよりも材料歩留りや生産性に優れた、摺動部材の製造方法、および当該摺動部材の素材として適用可能な調質熱処理用高炭素鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、最終製品の摺動部材を、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管の切断品を素材として研削加工法により製造するのではなく、本発明の調質熱処理用高炭素鋼板を素材とし、切削しない成形、すなわち、例えば一般的なプレス加工方法により製造することで、高い生産性でもって摺動部材を製造可能とすることを主旨とするものである。
【０００９】
（１）本発明の調質熱処理用高炭素鋼板は、摺動部材の素材として用いられる、質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：１．３〜１．６％を含有する調質熱処理用高炭素鋼板である。
【００１０】
上記（１）の調質熱処理用高炭素鋼板は、切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成となっているため、切削しない成形（例えばプレス加工）を好適に行うことができる。したがって、調質熱処理用高炭素鋼板を切削しない成形（例えばプレス加工）によって摺動部材を好適に製造することが可能となる。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の調質熱処理用高炭素鋼板は、板厚が９．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
上術のように、上記（１）の調質熱処理用高炭素鋼板は切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成を有しているため、板厚が９．０ｍｍ以下の比較的薄い鋼板であっても、研削加工を行った場合のように残留応力の影響によって所望の形状を得にくいといった不都合が生じることを防止することができる。
【００１３】
（３）上記（１）又は（２）に記載の調質熱処理用高炭素鋼板は、金属組織が焼鈍組織であることが好ましい。
【００１４】
上記（３）の調質熱処理用高炭素鋼板によれば、焼鈍組織とすることで展延性を向上させることができる。これにより、調質熱処理用高炭素鋼板をより好適に切削しない成形（例えばプレス加工）を行うことができる。
【００１５】
（４）本発明の摺動部材を製造する方法は、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の調質熱処理用高炭素鋼板を素材とし、プレス加工を行って、調質熱処理前の摺動部材を製造する方法である。
【００１６】
上記（４）の摺動部材を製造する方法によれば、調質熱処理用高炭素鋼板がプレス加工に適した組成となっているため、プレス加工を好適に行うことができる。したがって、調質熱処理用高炭素鋼板をプレス加工することによって摺動部材を好適に製造することが可能となる。
【００１７】
（５）上記（４）に記載の摺動部材が、軸受け部材、ギア部材、刃物、農機具部材、および編み機部材のいずれかであることが好ましい。
【００１８】
上記（５）の摺動部材を製造する方法によれば、軸受け部材、ギア部材、刃物、農機具部材、および編み機部材のいずれかを好適に製造することができる。
【００１９】
（６）本発明の摺動部材は、（１）〜（３）のいずれか一つに記載の調質熱処理用高炭素鋼板を素材とし、切削しない成形を行って、調質熱処理前の摺動部材を製造する方法である。
【００２０】
上記（６）の摺動部材を製造する方法によれば、調質熱処理用高炭素鋼板が切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成となっているため、切削しない成形（例えばプレス加工）を好適に行うことができる。したがって、調質熱処理用高炭素鋼板を切削しない成形（例えばプレス加工）によって摺動部材を好適に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管から研削加工法で製造するよりも材料歩留りや生産性に優れた、摺動部材の製造方法、およびその素材として適用可能な調質熱処理用高炭素鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における摺動部材のひとつとして、軸受け部材の一例であるスラストころ軸受の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明における摺動部材のひとつとして、軸受け部材の一例である玉軸受の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明における摺動部材のひとつとして、ワッシャの一例である歯付き座金（菊座金）の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明における摺動部材のひとつとして、ワッシャの一例である波形座金の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明における摺動部材のひとつとして、ワッシャの一例である平座金の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図６】本発明における摺動部材のひとつとして、ギア部材の一例である歯車の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図７】本発明における摺動部材のひとつとして、ギア部材の一例であるプレートの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図８】本発明における摺動部材のひとつとして、ギア部材の一例であるスリーブの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図９】本発明における摺動部材のひとつとして、ギア部材の一例であるシンクロナイザ・リングの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１０】本発明における摺動部材のひとつとして、ギア部材の一例であるシンクロナイザ・ハブおよびシンクロナイザ・キーの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１１】本発明における摺動部材のひとつとして、刃物部材の一例であるカッター刃の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１２】本発明における摺動部材のひとつとして、刃物部材の一例であるバンドソーの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１３】本発明における摺動部材のひとつとして、刃物部材の一例である洋鋏の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１４】本発明における摺動部材のひとつとして、刃物部材の一例である和鋏の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１５】本発明における摺動部材のひとつとして、刃物部材の一例である草刈機のブレードの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１６】本発明における摺動部材のひとつとして、農機具部材の一例であるロータリーブレードの概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１７】図１６に示すロータリーブレードの一部（刃部）を拡大して示す模式的斜視図である。
【図１８】本発明における摺動部材のひとつとして、農機具部材の一例である千歯扱き歯の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【図１９】本発明における摺動部材のひとつとして、編み機部材の一例であるメリヤス針の概略の形状を示す模式的斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）調質熱処理用高炭素鋼板
本発明の調質熱処理用高炭素鋼板は、質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：１．３〜１．６％を含有する調質熱処理用高炭素鋼板である。この調質熱処理用高炭素鋼板は、切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成を有している。
【００２４】
以下、合金成分について説明する。鋼組成に関する「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。Ｃは、焼入れ・焼き戻し等の調質熱処理後における、硬さ、強度、耐磨耗性を確保するために必要な元素であるが、Ｃ含有量が０．９５％未満だと摺動部材としての耐磨耗性を満足できず、また過剰にＣを含有すると粗大な未溶解炭化物が残存しやすくなり、それに起因して例えば、ベアリング部材等では転動疲労特性が低下する場合がある。またＣ含有量が多くなると打抜き加工性、絞り加工性、張出し加工性、穴広げ加工性、曲げ加工性等が劣化して部品成形が困難になることから、本発明では、Ｃ含有量０．９５〜１．１０％の鋼を対象とする。
【００２５】
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であり、また焼き戻し軟化抵抗を高める効果を奏する。ただし、過剰のＳｉ含有は鋼材の加工性を低下させる要因となるので、本発明ではＳｉ含有量０．１５〜０．３５％の鋼を対象とする。
【００２６】
Ｍｎは、焼入れ性の向上に有効な元素であるが、過剰のＭｎ含有は鋼材の打抜き加工性を低下させる要因となるので、本発明ではＭｎ含有量０．５％以下の鋼を対象とする。
【００２７】
Ｐは、焼入れ時にオーステナイト粒界に偏析し、疲労特性や靭性を低下させる要因となる。さらに０．０２５％を超えて含有させると延性−脆性遷移温度の上昇を招くので、本発明ではＰ含有量０．０２５％以下の鋼を対象とする。
【００２８】
Ｓは、ＭｎＳ系介在物を形成し、打抜き加工性を劣化させるのみならず、ベアリング部材用途においては転動疲労破壊の起点となるので、少ないことが望ましい。本発明ではＳ含有量０．０２５%以下の鋼を対象とする。
【００２９】
Ｃｒは、焼入れ性と熱処理安定性を高める効果を奏する元素である。しかし、過剰に含有させると炭化物の球状化と粗大化が抑制されて素材の硬さが高くなり、打抜き加工性、絞り加工性、張出し加工性、穴広げ加工性、曲げ加工性等が大幅に劣化するため、本発明ではＣｒ含有量１．３〜１．６％の鋼を対象とする。
【００３０】
Ｃｕは、熱延中に生成する参加スケールの剥離性を向上させるので、鋼板の表面性状改善に有効である。しかし、過剰に含有させると熱間脆性を生じるようになるので、本発明ではＣｕ含有量０．０２％以下の鋼を対象とする。
【００３１】
Ｍｏは、焼入れ性を向上させる効果を奏するとともに、焼戻し軟化抵抗を増大させる効果を奏する元素である。そのため、Ｍｏを含有させることによって同じ調質硬さを得るための焼戻し温度を高めることができ、靭性の向上に効果がある。ただし、Ｍｏは高価な元素であり過剰含有は不経済となることから、本発明ではＭｏ含有量０．０８％以下の鋼を対象とする。
【００３２】
Ｎｉは、焼入れ性を向上させるとともに熱処理後の靭性、特に低温靭性を向上させる元素である。しかし、過剰に含有させるとフェライト相の固溶強化により、絞り加工性、張出し加工性、曲げ加工性等が劣化することから、本発明ではＮｉ含有量０．０２％以下の鋼を対象とする。
【００３３】
Ｏは、転動疲労破壊の起点となる酸化物系介在物を形成するので、できるだけ脱酸された鋼を使用することが軌道輪の転動疲労特性を向上させるうえで有利となる。そのため従来から軌道輪用の鋼材には例えばＯ含有量を０．００１％（１０ｐｐｍ）未満のレベルにまで低減した高清浄度鋼を使用することが多かった。本発明においてもそのような高清浄度鋼を適用しても構わない。しかし、高清浄度鋼の溶製は製鋼工程での負荷を増大させ、生産性の低下や製造コストの上昇を招く要因となる。
【００３４】
種々検討の結果、鋼中のＯ含有量は０．００３％（３０ｐｐｍ）まで許容することができる。良好な転動疲労特性をより安定して実現しやすくするためには、Ｏ含有量を０．００２５％以下、あるいは０．００２％以下に管理してもよい。鋼の脱酸レベルは要求される転動疲労特性と製造コスト（ひいては部品価格）とのバランスで設定すればよい。Ｏ含有量を０．０００１％以下にまで低減する必要はないので、本発明ではＯ含有量０．０００１〜０．００３％の鋼を対象とする。
【００３５】
本実施形態に係る調質熱処理用高炭素鋼板は、このような組成を有しているため、切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成を有している。
【００３６】
（実施形態２）生産性に優れる摺動部材用極軟質高炭素クロム軸受鋼鋼板等の製造方法
上記実施形態１に示した組成を有する鋼は、一般的な鋼板製造工程を利用して圧延鋼板（熱延鋼板または冷延鋼板）とされる。必要に応じて焼きなまし処理を施してもよく、その焼きなまし処理は球状化焼きなまし処理であってもよい。また、焼きなまし処理の後に、酸洗処理を施してもよい。また、本発明の調質熱処理用高炭素鋼板は、その上層に、さらに無機系、有機系あるいは無機有機複合のクロム含有あるいはクロムフリーの皮膜を有していてもよい。
【００３７】
（実施形態３）生産性に優れた、摺動部材の製造方法
摺動部材の素材として、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管を素材とするのではなく、本発明の調質熱処理用高炭素鋼板を用いることにより、例えばベアリング等の摺動部材へ加工、成形する際、生産性に優れた切削しない成形（例えばプレス加工）を用いることが可能となる。プレス加工では、例えば、通常打抜き加工にてブランクを作製して、次に絞り加工、張出し加工、穴広げ加工、曲げ加工、打抜き加工等を適宜組み合わせて行って、焼入れ・焼き戻し等の調質熱処理前の一次製品としての所望の形状を得る。その後、必要に応じて、焼入れ・焼き戻し等の調質熱処理、などを行って、各種の最終製品を得ることができる。
【００３８】
本発明の摺動部材の製造方法によって製造される摺動部材としては、具体的には、例えば、軸受け部材、ワッシャ（座金）、ギア部材、刃物部材、農機具部材、編み機部材などを挙げることができる。
【００３９】
軸受け部材の一例として、例えば、スラストころ軸受１００（図１参照）を挙げることができる。図１に示される例では、スラストころ軸受１００は、円筒ころ１０４と、円筒ころ１０４を回転自在に保持する保持器１０３と、保持器１０３の両側に配置されて円筒ころ１０４を挟むレース（第１のレース１０１および第２のレース１０２）とを備えている。また、軸受け部材の他の一例として、玉軸受１１０（図２参照）を挙げることができる。図２に示される例では、玉軸受１１０は、ボール１１４と、ボール１１４を回転自在に保持する保持器１１３と、保持器１１３の両側に配置されてボール１１４を挟むレース（アウターレース１１１、インナーレース１１２）とを備えている。
【００４０】
ワッシャの一例として、例えば、歯付き座金（菊座金）１２０（図３参照）を挙げることができる。また、ワッシャの他の一例として、波形座金１３０（図４参照）を挙げることができる。また、ワッシャの他の一例として、平座金１４０（図５参照）を挙げることができる。
【００４１】
ギア部材としては、トランスミッションを構成する各種歯車、プレート、スリーブ、シンクロナイザなど耐摩耗性を必要とする部品などを挙げることができる。
【００４２】
具体的には、ギア部材の一例として、例えば、トランスミッション用の歯車群（シャフト外周の歯車を含む）３００（図６参照）を挙げることができる。また、ギア部材の他の一例として、トランスミッション用の環状プレート群３１０（図７参照）を挙げることができる。また、ギア部材の他の一例として、トランスミッション用のスリーブ１５０（図８参照）を挙げることができる。また、ギア部材の他の一例として、シンクロナイザ・リング１６０（図９参照）を挙げることができる。また、ギア部材の他の一例として、シンクロナイザ・ハブ１７０およびシンクロナイザ・キー１８０（図１０参照）を挙げることができる。
【００４３】
刃物部材としては、カッター刃、バンドソー、ハサミ、草刈機のブレードなどを挙げることができる。
【００４４】
具体的には、刃物部材の一例として、例えば、カッター刃１９０（図１１参照）を挙げることができる。また、刃物部材の他の一例として、バンドソー２００（図１２参照）を挙げることができる。また、刃物部材の他の一例として、洋鋏２１０（図１３参照）を挙げることができる。また、刃物部材の他の一例として、和鋏２２０（図１４参照）を挙げることができる。また、刃物部材の他の一例として、草刈機のブレード２３０（図１５参照）を挙げることができる。
【００４５】
農機具部材としては、トラクター、コンバイン、田植え機などの耕転爪（ロータリーブレード）、千歯扱き歯などを挙げることができる。
【００４６】
具体的には、農機具部材の一例として、例えば、ロータリーブレード２４０（図１６参照）を挙げることができる。図１６に示されるロータリーブレード２４０は、刃部２４１（図１７参照）を備えている。なお、図１７は、図１６の一部（刃部２４１）を拡大して示す図である。また、農機具部材の他の一例として、千歯扱き歯２５０（図１８参照）を挙げることができる。
【００４７】
編み機部材としては、メリヤス針などを挙げることができる。
【００４８】
具体的には、編み機部材の一例として、例えば、メリヤス針群３２０（図１９参照）を挙げることができる。
【００４９】
各工程の加工を１台あるいは複数台のプレス機で連続的にプレスすることによって、１分間に数個から数十個の生産タクトで焼入れ・焼き戻し等の調質熱処理前の部材を得ることが可能となる。例えばベアリング部材であれば、その後、この部材をベースとして、切削などにより所定の軌道面を形成すればよい。加工後には焼入れ・焼き戻し等の調質熱処理を行って所定の硬さに調整され、その後必要に応じて歪み取りのための仕上げ切削を実施してもよい。
【００５０】
本実施形態に係る摺動部材の製造方法によれば、切削しない成形（例えばプレス加工）に適した組成を有する調質熱処理用高炭素鋼板を、切削しない成形（例えばプレス加工）によって加工するので、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管から研削加工法で製造するよりも材料歩留りや生産性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、従来の棒鋼あるいはシームレス鋼管から研削加工法で製造するよりも材料歩留りや生産性に優れた、摺動部材の製造方法、および当該摺動部材の素材として適用可能な調質熱処理用高炭素鋼板を提供することができるため、摺動部材の普及に貢献することが期待される。
【符号の説明】
【００５２】
１００    スラストころ軸受
１０１    第１のレース
１０２    第２のレース
１１０    玉軸受
１１１    アウターレース
１１２    インナーレース
１２０    菊座金
１３０    波形座金
１４０    平座金
１５０    トランスミッション用のスリーブ
１６０    シンクロナイザ・リング
１７０    シンクロナイザ・ハブ
１８０    シンクロナイザ・キー
１９０    カッター刃
２００    バンドソー
２１０    洋鋏
２２０    和鋏
２３０    草刈機のブレード
２４０    ロータリーブレード
２５０    千歯扱き歯
３００    トランスミッション用の歯車群
３１０    トランスミッション用の環状プレート群
３２０    メリヤス針群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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