ISO11120 1503000L无缝钢质气瓶设计制造和试验标准中文版.docx
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ISO111201503000L无缝钢质气瓶设计制造和试验标准中文版
ISO11120150~3000L无缝钢质气瓶设计、制造和试验标准[中文版]
ISO11120
气瓶——水容积150L~3000L的可重复使用的
无缝钢制气瓶的设计、结构和试验
目录
1、范围
2、参考标准
3、定义
4、符号
5、检验与试验
6、材料
7、设计
8、结构与工艺
9、批量试验
10、每支钢瓶的试验
11、脆性气瓶的特殊要求
12、标记
附录A(标准附录)ISO高压气瓶化学组分
附录B(标准附录)超声波检测
附录C(推荐性附录)目测检验时无缝钢瓶的制造缺陷和报废条件的描述与评定
附录D(推荐性附录)质量证明书
附录E(推荐性附录)产品试验的检查单
参考书
绪论
本标准的目的在于提供一个在全球使用的气瓶设计、制造、检验、试验方面的规定。
其目的在于平衡设计与经济效率的抵触,国际一般性效应。
本国际标准目的在于消除因为缺乏国际性现行的一般限制而造成区域性,加倍检验和限制使用的顾虑。
本标准将不反映任何国家或地区的实际要求。
前言
ISO(国际标准化组织)是国家标准化组织(ISO成员组织)的世界联盟。
国际标准的编制工作通常是由ISO技术委员会来完成。
研究某一项课题的每一个成员组织都有权利作为该课题的技术委员会的代表。
与ISO有密切联系的政府的和非政府的国际组织也参与了国际标准的编制工作。
ISO与国际电工委员会密切合作来编制各种电工学标准。
应按照ISO/IEC指令第3部分的要求起草国际标准。
技术委员会编写的国际标准草案由各成员组织投票确认。
得到75%以上的成员组织的投票确认后,国际标准才能出版。
ISO11120是由ISO/TC58技术委员会(SC3气瓶设计分委员会)编制的。
附录A和B与此国际标准是一个整体。
附录C、D和E仅是推荐性的。
1.范围
本国际标准规定了暴露在全球范围内大气温度(-50℃~+65℃)下,水容积为150L~3000L,充装压缩气体或液化气体的可重复使用的淬火+回火无缝钢瓶的材料、设计、结构、工艺、制造过程和试验的最低要求。
本国际标准适用于最大拉伸应力Rm小于1100MPa的气瓶。
本气瓶可单独使用或组成瓶组装配到拖车或集装箱内以运输和分配压缩气体。
本标准未考虑在使用过程中可能发生的附加应力或在运输过程中的弯曲应力。
2.参考标准
以下标准的内容通过在本标准中的引用成为本国际标准的组成部分。
注明日期的标准、随后的修正或修订都不适用。
使用者应考虑在本国际标准中使用以下这些标准的最近版本。
未注明日期的标准以及引用标准的最新版本都适用。
ISO和IEC的成员保存现行版的国际标准记录。
ISO1481) 钢的夏比V型缺口冲击试验
ISO65062) 金属材料布氏硬度试验
ISO6892 金属材料在常温下的拉伸试验
ISO11114-1 运输气瓶—气瓶与阀门的材料与充装气体的相容性—第1部分金属材料
ISO11484 压力钢瓶—无损检测(NDT)人员的资格评定。
1) 被ISO148-1,ISO148-2和ISO148-3取代。
2)被ISO6506-1,ISO6506-2和ISO6506-3取代。
3.定义
本国际标准对以下定义
3.1屈服应力
相当于0.2%的试验应力值 Rp0.2
3.2淬火
钢管的淬火热处理,将钢瓶加热到钢的上临界温度AC3以上保温一定时间,然后迅速到淬火液中冷却。
3.3回火
淬火后的软化热处理,将钢瓶加热到钢的下临界温度AC1以下保温。
3.4钢瓶
由无缝钢管制成的两个端头的压力气瓶。
3.5批量
具有相同的公称直径、厚度、同一炉批号和同一热处理工艺的200支钢瓶为一批。
3.6试验压力
在压力试验时要求的压力Ph。
3.7设计应力系数F
试验压力Ph下的瓶壁应力与最小屈服应力Re的比值。
4.符号
符号
定义
a
瓶体的最小计算壁厚,mm
a′
瓶体的最小保证壁厚,mm
A
延伸率,%
D
钢瓶的公称外径,mm
f
设计应力系数常数(见11.3)
F
设计应力系数(见3.7)
L0
符合ISO6892的原始标距,mm
Ph
液压试验压力(高于大气压力),bara
Re
选用的最小屈服应力,MPaa
Rea
由拉伸试验确定的实际屈服应力值,MPa
Rg
选用的最小拉伸应力值,MPa
Rm
由拉伸试验确定的实际拉伸应力值,MPa
S0
符合ISO6892拉伸试样的原始横截面积,mm2
a 1bar=100Kpa; 1Mpa=10bar
5.检验与试验
一致性评价要求按钢瓶使用国的相关要求进行。
为了确保钢瓶能符合本国际标准的要求,应按条款9和10的规定由钢瓶使用国认可的一个授权检验机构(以下称“检验师)进行检查。
该检验师应能胜任钢瓶的检验工作。
6.材料
6.1一般要求
6.1.1制造钢瓶的材料应满足6.2、6.3和6.4的要求。
制造钢瓶用钢应是国家或国际上公认可靠的钢种,这些钢的化学成分应符合附录A的规定。
新钢种和限制使用的钢种应进行完整的试验并经官方的批准,并且应不少于5个炉批。
完工钢瓶的制造商应提供一份详细的钢瓶规格说明(带有公差要求),其中包括:
化学成分;
尺寸;
表面质量。
6.1.2制造钢瓶用钢应是镇静钢。
6.1.3钢管制造厂应提供经最终热处理的热处理标样。
注:
有关易燃气体钢瓶的相关附加要求见第11条。
6.2化学成分的控制
6.2.1根据炼钢方法和钢的化学成分来确定钢种。
炼钢方法可以根据氧气转炉、电弧炉或其它等效方法来定义,也可以根据镇静的方法来定义。
钢的化学成分至少应根据以下要求来定义:
— 碳、锰和硅的含量;
— 铬、镍、钼、钒或铌(钢中的成合金元素)的含量;
— 硫、磷含量的最大值。
C、Mn、Si成分和Cr、Ni、Mo、V和Nb的成分给定应有公差,熔炼成分的最大、最小值不应超出表1的规定。
表1 化学成分公差
元素
成分
公差
C
<0.30%
0.06%
≥0.30%
0.07%
Mn
全部
0.30%
Si
全部
0.30%
Cr
<1.50%
0.30%
≥1.50%
0.50%
Ni
全部
0.40%
Mo
全部
0.15%
V
全部
0.10%
Nb
全部
0.10%
不得有意地填加未公布的化学元素,应限制这些元素的含量以保证不影响最终产品的性
能。
6.2.2熔炼分析中P、S含量的最大值均不得超过0.020%,它们的总和不得超过0.030%。
成品分析S不得超过0.025%,P不得超过0.035%。
6.2.3钢瓶的最终制造者应得到并提供钢管供应厂的熔炼分析报告的确认件。
6.3热处理
6.3.1每只钢瓶均应进行热处理。
对于每一步骤(即淬火和回火),热处理工艺均应记录以下内容:
温度;
保温时间;
冷却介质。
6.3.2热处理过程中不能产生额外的应力导致钢瓶损坏。
6.3.3钢种淬火前的奥氏体化温度差应在±30℃以内,但不得低于钢的相变温度上限(AC3)的值。
6.3.4如果淬火后的钢瓶经无损检测未出现裂纹,那么允许在该介质(油和空气除外)中进行淬火。
6.3.5保证机械性能的回火温度差应在±30℃以内,但不得低于540℃.
6.4机械性能
完工钢瓶材料的要求见9.2和10.4。
6.5未满足试验要求
6.5.1如果未能满足试验要求,应重新试验或重新热处理,重新试验应执行以下程序:
a) 如果是在进行试验时产生的过失或测量的错误,可以再次试验。
如果试验结果是令人满意的,则第一次试验即被否定。
b) 如果试验过程正确,应对试验失败的原因加以分析:
1)如果是热处理的原因,制造厂应将这批钢瓶再次进行热处理。
2)如果不是热处理的原因,所有有缺陷的钢瓶都应报废或用适当的方法返修。
未报废和返修的钢瓶应考虑组成新的批号。
在这两种情况下,新一批的钢瓶应由检验师予以检验。
所有相关批量试验(证明新
一批钢瓶是合格的)应重做。
如果一个或多个试验项目仍不合格,这批钢瓶应予以
报废。
6.5.2要求重新热处理时,钢瓶应重新回火或重新淬火+回火。
重新奥氏体化最多允许两次。
钢瓶在重新热处理时,由于氧化皮的形成可能影响到壁厚,所以必须检查完工的钢瓶,以保证最小设计壁厚。
7.设计
7.1瓶体壁厚计算
瓶体的最小保证壁厚(a‘)不得小于利用Lame-vonMises公式计算的壁厚:
a=
其中,F为和0.85中的较小值
Re/Rg≤0.90
有关易燃气体钢瓶的相关附加要求见第11条。
注:
区域性的国际协议可以限制系数F。
7.2瓶端设计
瓶端近似于半球型,其厚度不应小于最小计算壁厚a。
在设计时,应考虑到应力分布和制造过程对瓶端外形尺寸的影响。
在钢瓶颈端设有适当的开孔以对钢瓶内部进行目视检查,开孔的公称直径应大于D/12。
注:
进行应力分析以保证未超出设计极限,尤其是在开口较大的位置。
当钢瓶端部切削螺纹时,切削螺纹根部的壁厚应能充分承受此处形成的应力。
8.结构和制造工艺
8.1概述
钢瓶应由无缝钢管、热轧管、热扩管或锻件制造。
钢瓶端部应采用锻造或旋压方法热成型。
在端部成型过程中不能填加金属。
不允许用焊接的方法对缺陷进行修复。
8.2壁厚
检查钢管的每一段长度以确定壁厚。
钢瓶任意一点的壁厚均不得小于规定的最小壁厚。
钢瓶壁厚的检测应使用符合附录B的超声波检测方法。
8.3表面缺陷
完工钢瓶的内外表面均不应带有影响钢瓶安全工作的缺陷,缺陷实例及其评定标准见附录C。
8.4超声波检测
每支钢瓶均应按附录B的要求进行超声波检测。
用于充装易燃气体(例如氢气)的钢瓶,在钢管入厂和完工后,均应进行超声波检测。
对于充装其它气体的钢瓶,超声波检测可在制造中或完工后进行。
8.5端部封口(组装)
钢瓶完工后的封口可用除焊接、钎焊以外的方法进行,以防止泄漏。
8.6尺寸公差
8.6.1不圆度
瓶体的不圆度,即在同一横截面上最大外径与最小外径之差,不应超过测得直径(至少应在瓶体的四分之一处和中间位置测量)的平均值的2%。
8.6.2外径
平均外径不得超过设计公称直径的±1%,可在钢瓶中部和1/4处进行验证。
8.6.3直线度
钢瓶外表面直线度的最大偏差不得大于3mm/m。
8.6.4偏心率
钢瓶最大厚度与最小厚度的差不得大于它们平均值的12.5%;可在钢瓶中部和1/4处进行验证。
8.6.5长度
钢瓶去除附件后的总长偏差不得超过±1.5%与50mm的较小值。
8.6.6水容积
设计水容积的偏差应在%之内。
8.6.7质量
任一钢瓶设计质量的偏差不应超过±10%。
如果钢瓶组成瓶组,船载钢瓶的质量偏差应在单个设计质量的%之内。
9.批量试验
9.1一般要求
以下的试验和检验应由检验师来完成(见第5条)。
注:
对于公称水容积小于150L的钢瓶,其采用的典型批准程序不适用于此生产过程。
9.2机械性能试验
9.2.1总则
对于每一生产批次,从钢管上截取一个不小于200mm长的圆环,此钢管可以代表钢瓶的最终状态(包括热处理),然后从该圆环上选取试样进行机械性能试验。
上面提到的试样与其代表的钢瓶应具有相同的热处理状态,包括端部淬火或整体淬火。
9.2.2拉伸试验
按照ISO6892,用机械方法从环壁上纵向截取试样进行拉伸试验。
试件的标距长度L0应等于5.65。
拉伸试验结果至少应等于最低性能保证值,在任何情况下,均应符合以下要求:
Rm不应超过1100MPa;
断裂后的延伸率不得小于14%;
Rea/Rm不得大于0.95。
注:
对于易燃气体钢瓶的附加技术要求见第11节。
9.2.3冲击试验
9.2.3.1除了以下列出的要求外,试验应按ISO148执行。
应在三个试样上做冲击试验,试样应从试验环壁上纵向截取,缺口应垂直于试验环壁。
试件的六个面都应被加工。
如果其壁厚不能保证试样的宽度为10mm时,那么试样的宽度应尽可能接近瓶壁的公称厚度;如果壁厚大于10mm,则应尽可能从试验环的内表面截取试样,且试样厚度限制在10mm。
9.2.3.2应在-20℃下进行冲击试验,冲击试验值应满足以下要求:
单个冲击值≥40J/cm2;
平均值 ≥50J/cm2。
如果制造方与买方意见一致,并且满足上述试验要求,可以根据操作条件在低温下进行冲击试验。
9.3结果说明
除了6.5节提到的以外,完工钢瓶还应符合第6、9.2和10.4节的要求。
10.每支钢瓶的试验
10.1总则
热处理后,所有的钢瓶都应由检验师进行以下的试验和检验。
— 或者根据10.2.1进行水压试验,或者根据10.2.2进行体积膨胀试验;
— 根据10.3进行硬度试验;
— 根据10.4进行外观检查;
— 根据10.5进行尺寸检查;
— 根据10.6进行超声波无损检测。
10.2液压试验
10.2.1耐压试验
钢瓶的液压应以一定的速度增加,直到达到试验压力Ph,其误差在%之内。
通常情况下,试验是在水中完成的。
应采取必要的措施以保证人身和财产的安全。
钢瓶的试验压力保持足够的时间(至少2分钟)以确定没有产生压力下降或永久可视变形的趋势,并且确定没有泄漏。
试验装置应设计和装置成可以方便地检查钢瓶的紧密性,它应装有校验过的压力表。
在热处理之后和液压试验之前,钢瓶内的任何内压均不应超过试验压力Ph的90%。
试验后钢瓶内部应干燥,避免氧化。
10.2.2体积膨胀试验
钢瓶的液压应以一定的速度增加,直到达到试验压力Ph,其误差在%之内。
通常情况下,试验是在水中完成的。
钢瓶的试验压力应保持足够长的时间,以保证钢瓶完全膨胀,保压时间不能少于2分钟。
测量体积总膨胀量,然后卸压并重新测量膨胀量。
如果残余变形量(即卸压后的体积膨胀量)大于在试验压力Ph下测得的体积总膨胀量的10%,该钢瓶应报废。
应记录体积总膨胀量和残余变形量,包括试验钢瓶的序列号,这样就可以得到每支钢瓶的弹性变形量(即体积总膨胀量-残余变形量)。
试验装置最少应装两块校验过的、同样量程的压力表,以检查钢瓶压力的精度。
在热处理之后和液压试验之前,钢瓶内的任何内压均不应超过试验压力Ph的90%。
试验后内部应干燥以防氧化。
10.3硬度试验
试验目的是检查每批钢瓶的热处理均匀性。
每支钢瓶都应按ISO6506的规定进行布氏硬度试验。
如果环境允许地话,压球直径最好为10mm,载荷为29420N(3000kgf)。
在试样上进行硬度试验,钢瓶的生产商应将硬度试验结果转化成拉伸试验值。
在钢瓶长度方向上至少选取3个圆形截面(沿圆周相距90度测4点)来进行测量和记录,这些截面相距不能超过3米。
在每个断面测量结果的平均值都应在最大、最小抗拉强度保证值之内,可以将这些数值绘制成图表以标示它们的位置。
10.4外观检查
每只完工的钢瓶都应按8.3的要求对其内外表面进行清洁和缺陷性的检查。
应检查以下项目,尤其是内表面:
— 没有杂质或油的存在;
— 内表面没有液体或湿气;
— 肩部没有裂纹。
轻的、紧密的鳞状物或红色的锈是可以接受的,除非最终用户明令禁止的。
10.5尺寸检查
10.5.1厚度
制造厂应在制造过程中按8.2和8.6.4的要求检查每只钢瓶的壁厚。
制造厂应保证制造后的钢瓶壁厚没有明显地减少。
10.5.2直径和长度
每只钢瓶均应按8.6.1、8.6.3和8.6.5检查外径和长度。
10.5.3水容积和质量
应按8.6.6、8.6.7检查钢瓶的水容积和质量。
10.6超声波检测
每只完工的钢瓶或钢瓶锻头之前,均应按8.2和8.4的要求进行100%UT检测。
10.7证书
每批钢瓶应提供一份由授权检验师签署的证书,以证明这些钢瓶完全符合国际标准。
附录D就是一个证书的范例,附录E是试验的一览表。
证书的复印件由检验机构和制造厂保存。
按照相关的法律规定,原件由授权检验机构保存,复印件由制造厂保存。
11.脆性气瓶的特殊要求
11.1总则
用于运输储存易产生氢脆的气体的钢瓶,除应符合以下特殊要求外,还应满足6~10节的要求。
11.2材料
对于充装易燃气体的钢瓶,以及由特定化学成分的钢材制成的钢瓶,应检查其制造情况和热处理情况。
钢材应满足第6节和11.5节的要求,尤其是Rm不得高于950MPa。
11.3设计
瓶体的最小保证厚度应由Lame-vonMises公式计算,见7.1节,除此之外:
F=
其中当Rm≤890Mpa时,f=0.65
当890MPa Re/Rg≤0.85 11.4结构和制造工艺 11.4.1总则 应特别注意钢瓶的肩部不能承受高应力。 开孔和接头的设计(包括垫片)应考虑到钢瓶在充装过程中会出现的尺寸变化(例如容积的变化)。 在制造过程中应特别注意内螺纹和过渡区域,以避免应力集中。 11.4.2表面缺陷 11.4.2.1在钢管锻造收口前应对其内外表面都应进行认真的检查。 钢管的内表面和转角处不得存在超标准的有害缺陷。 应按附录B使用UT方法进行表面检查。 11.4.2.2钢瓶端部锻造后,应使用牙医使用的反射镜、内窥镜或其它合适的方法对其颈部和肩部的内表面进行检查,确认是否存在折褶和裂纹。 表面不得有裂纹存在。 清除折褶后留下的圆滑过度的凸凹不能视为结构缺陷,但是那些外形尖锐的,或者形状不确认的,尤其是可见裂纹或在钢瓶表面上并延展到螺纹的轴向线性裂纹不能接受,必须清除。 11.4.2.3所有检查出来的缺陷都必须用机械、磨削或者其它合适的方法(除了焊接)清除掉,并应避免产生新缺陷(如条痕)。 返修后,应按7.1重新检查壁厚。 11.5机械性能试验 钢瓶完全回火后应满足以下要求: a)9.2.2的拉伸试验结果应满足: — 如果f=0.65 Rm不得超过890Mpa,或者 如果f=0.61 Rm不得超过950Mpa; — 断裂后延伸率不得小于16%; —Rea/Rm不得超过0.90。 b)对于9.2.3节规定的冲击试验,在试验温度下的每个冲击试样都应呈现出横向膨胀大于0.4mm或在裂纹表面出现的可见结晶状裂纹不应超过50%。 这可以通过确定产品的脆性转变温度来确认。 11.5.2硬度试验 11.5.2.1硬度试验的目的是检查钢瓶热处理后的均匀性和机械性能。 应检查以下内容: 同一环向截面外表面的硬度值应符合10.3,偏差不大于30HB。 钢瓶表面任一点的由布氏硬度值换算而来的钢材的拉伸应力不得大于11.5.1规定的拉伸应力的最大保证值。 11.5.2.2硬度试验应按10.3进行。 12.标记 每只钢瓶都应在肩部或钢瓶增厚的部位或永久固定的圈式颈环部按使用国的要求进行标记。 注: ISO正在编制一个有关标记的标准。 附录A (标准附录) ISO高压气瓶化学组分 单位: % 元素 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ C Mn P S Si Ni Cr Mo V 0.32/0.48 0.90/1.65 ≤0.025 ≤0.025 0.10/0.50 ≤0.40a ≤0.40a ≤0.10a — 0.25/0.40 0.40/1.00 ≤0.025 ≤0.025 0.10/0.45 — 0.80/1.20 0.15/0.35 — 0.35/0.50 0.60/1.05 ≤0.025 ≤0.025 0.15/0.40 — 0.85/1.20 0.15/0.30 — 0.15/0.50 0.40/0.70 ≤0.020 ≤0.015 0.10/0.40 0.15/0.40 2.25/2.75 0.15/0.60 0.15/0.30b 注: 钢材均应为完全的镇静钢,并且带有足够数量的氮气粘结剂。 (例如: Al≥0.015%) a: Ni+Cr+Mo≤0.63 b: V非必要元素 附录B (标准附录) 超 声 波 检 测 B.1总则 本附录主要讲的是钢瓶制造中所使用的超声检测方法,其它超声波检测方法也是可以用的,但要提供适用于这种制造方法的理由。 B.2设备与人员的要求 超声检测设备检测至少应能检测出B.3.2中提到的的参考标准。 应按制造厂的操作说明书规范使用设备以保证设备的精确性。 应保存设备的检测记录及合格证。 设备应由经培训的人员操作,监督人员的资格至少应达到ISO11484的二级水平。 任何一个被检钢瓶的内外表面都应完好,以保证检测的准确性和可重复性。 裂纹探测时应使用脉冲回波系统。 测厚时,既可以使用共振方法也可以使用脉冲回波系统。 接触法和浸没法都可以使用。 应使用耦合方法以确保超声波能量在探头与钢瓶之间的充分传递。 B.3瓶体裂纹的探测 B.3.1程序 受检钢瓶和探头应做环向运动和相对的平移,以形成对钢瓶的螺旋扫描。 旋转和移动的速率在应±10%以内。 螺距应小于探头的覆盖宽度(至少应保证10%的重叠)并且与有效声束的宽度有关,这样可确保在检测过程中的旋转和移动的速率之下能达到100%覆盖。 可以使用交替扫描的方法探测横向缺陷,探头与工件的扫描或相对运动是纵向的,扫描运动应保证表面100%覆盖和10%的重叠。 应从环向射入超声波能量以探测瓶壁是否存在纵向缺陷,以及从纵向射入超声波能量以探测瓶壁是否存在横向缺陷。 在对瓶壁与颈部和瓶壁与瓶底之间的过渡区域进行超声波检测时,如不能自动检测,也可手工检测。 使用参考标准对设备的效能进行周期性校验。 校验至少应在每个班次的开始和结束时进行。 在校验期间,如果未探测出参考凹痕,则应重新检测一次所有的被检钢瓶,设备也应进行重新调试。 B.3.2参考标准 应从与被检钢瓶具有相似直径和壁厚范围,相同声学特性的材料和相同的表面处理方式的钢瓶中选取一个具有适当长度的钢瓶作为参考标准。 参考标准不应带有不连续性,不连续性会干扰参考凹痕的探测。 对于纵向的和横向的参考凹痕,应用机械的方法对参考标准的内、外表面进行加工。 这些凹痕应当是独立的,以确保识别出每一个凹痕。 调试设备时应特别注意凹痕的大小和形状(见图B.1、B.2)。 凹痕(E)的长度不应大于50mm。 凹痕的宽度(W)不应大于名义深度(T)的两倍。 如果凹痕的宽度(W)不可能大于名义深度(T)的两倍,则其最大宽度不应大于1mm。 凹痕的深度(T)应等于名义壁厚(S)的5%±0.75%,在凹痕的全长内,最小值为0.3mm,最大值为1.0mm。 凹痕与钢瓶瓶壁相交的地方应为锐边。 凹痕的横截面应为矩形,除非使用电火花机械腐蚀的方法。 凹痕的根部应为圆形。 应用适当的方法确认凹痕的形状与大小。 注释: T≤(5%±0.75%)S,但是0.3mm≤T≤1mm W≤2T,但是如果W不可能大于2T,则W≤1mm E≤50mm 关键词 1 参考凹痕的外部 2 参考凹痕的内部 图B1.1—探测纵向缺陷时参考凹痕的设计详图和尺寸 注释: T≤(5%±0.75%)S,但是0.3mm≤T≤1mm W≤2T,但是如果W不可能大于2T,则W≤1mm E≤50mm 图B2.1—探测纵向缺陷时参考凹痕的设计详图和尺寸 B.3.3设备的检
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