不锈钢基础知识43586.docx

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不锈钢基础知识43586

不

锈

钢

基

础

知

识

介

绍

一、不锈钢基础知识

1.1不锈钢的定义及特性

定义：

在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，具有美观的表面和良好的耐腐蚀性能，不必经过镀色等表面处理，而发挥其固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢（以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬含量至少为10.5%，碳含量最大不超过1.2%的钢）。

不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。

保持不锈钢的耐腐蚀性，钢必须含有10.5%的铬。

特性：

耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用

强度高

耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾

常温加工，即容易塑性加工

不必表面处理，简便、维护简单

清洁，光洁度高

焊接性能好

1.2不锈钢的分类

不锈钢的分类方法很多。

按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。

a.化学成分分类：

Cr系列：

铁素体系列、马氏体系列；

Cr-Ni系列：

奥氏体系列，异常系列，析出硬化系列。

b.金相组织分类：

奥氏体不锈钢

铁素体不锈钢

马氏体不锈钢

双相不锈钢

沉淀硬化不锈钢

1.3各元素对不锈钢性质的影响和作用

铬元素Cr:

在不锈钢中其决定作用的元素。

可提高不锈钢强度、硬

度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性，但同时会降低不锈钢的塑性和韧

性。

碳元素C：

提高不锈钢强度，会降低耐腐蚀性。

镍元素Ni：

耐腐蚀材料，提高不锈钢强度同时保持良好的塑性及韧性，高温下有防锈和耐热能力，是钢中组成奥氏体的元素。

锰Mn和氮N：

不锈钢中镍的替代元素。

钼Mo和铜Cu：

提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。

钼可进一步改善不锈钢的大气耐腐蚀性，特别是含氯化物大气的腐蚀。

钛Ti和铌Nb：

防止晶间腐蚀。

另外：

硅Si：

形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。

钴Co：

提高硬度。

硫S和硒Se：

向不锈钢中加0．2~0．4％的硫，可提高不锈钢的切削性能。

却降低不锈钢的韧性和耐腐蚀性。

1.4不锈钢的标示方法

A.用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量：

如：

中国、俄国12CrNi3A;

B.固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：

美国、日本：

300系、400系、200系;

C.用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。

a.中国国标表示方法：

根据GB/T《钢铁产品牌号表示方法》的规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字组合的方式表示。

碳含量：

一般在牌号的头部用一位阿拉伯数字表示平均碳含量（以千分之几计）；平均碳含量小于千分之一的用“0”表示；碳含量不大于0.03%的用“00”表示。

合金元素含量：

平均合金元素含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；平均合金元素含量为1.5%-2.49%、2.50%-3.49%.....22.50%-23.49%，....时，相应地标明2、3.....13...。

专门用途的不锈钢，在牌号头部加上代表该钢用途的代号。

举例：

0Cr18Ni9、Y1Cr17（易切钢）。

b.美国（ASTM）不锈钢牌号表示方法：

美国钢铁牌号表示方法较多，不锈钢普遍采用AISI牌号表示方法。

目前，ASTM不锈钢标准主要采用UNS（UnifidNumberingSystemforMetalsandAlloys金属与合金统一编号系统）和AISI两种牌号表示方法，在标准中对照列出，今后将逐步过渡为UNS牌号系列。

AISI：

采用三位阿拉伯数字表示。

第一位数字表示类别，第二、三位数字表示顺序号。

第一位数字类别：

2：

Cr-Ni-Mn系；3：

Cr-Ni系；4：

Cr系；5：

低Cr系；　（6：

沉淀硬化系）举例：

201、304、403、504。

UNS：

由一个前缀字母和5个阿拉伯数字组合表示。

不锈钢前缀字母为S，第一位数字表示类别，后四位数字表示顺序号。

并且除表示类别的数字1以外，前三位数字代表基本上采用了AISI的牌号表示方法。

第一位数字类别：

1：

沉淀硬化系；2：

Cr-Ni-Mn系；3：

Cr-Ni系；4：

Cr系；5：

低Cr系。

后两位数字一般为“00”，“03”表示超低碳，其他数字则用来表示主要化学成分相同而个别成分稍有差异，或含有其他特殊合金元素。

举例：

S20100、S30400、S30403、530451。

c.日本（JIS）不锈钢牌号表示方法：

日本JIS不锈钢材标准的牌号表示方法为SUS+数字编号。

其中，S：

steel，U：

use，S：

stainless；数字编号基本采用美国AISI的牌号表示方法。

根据AISI的牌号表示方法，即2：

Cr-Ni-Mn系；3：

Cr-Ni系；4：

Cr系（6：

沉淀硬化系）日本独特的牌号，采用相类似的AISI牌号在其后加JI、J2来表示。

举例：

SUS201、SUS304、SUS304J1.按照钢材的形状、用途和制造方法等，当需要用代号表示时，在牌号后面加上相应的代号，如：

B：

棒材；CB：

冷加工棒材；HP：

热轧钢板；CP:

冷轧钢板；HS：

热轧钢带；CS：

冷轧钢带；CSP：

弹簧用钢带；WR：

线材；Y：

焊接用线材；W：

钢丝；WP：

弹簧用钢丝；WS：

冷镦用钢丝；HA：

热轧角钢；CA：

冷轧角钢；TB：

锅炉及热交换器用钢管；TPY：

配管用电焊大口径钢管；TP：

配管用钢管；TPD：

一般配管用钢管。

举例：

SUS304-B、SUS304-WR、SUS304-HP。

1.5各标准不锈钢的特性

奥氏体不锈钢

在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。

钢中含Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。

奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。

奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。

如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。

此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。

高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。

由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。

铁素体不锈钢

在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。

含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。

这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。

这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。

炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。

奥氏体--铁素体双相不锈钢

是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。

在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。

有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。

该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。

与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

马氏体不锈钢

通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。

典型牌号为Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。

粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。

根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。

根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

沉淀硬化不锈钢：

按其组织形态可分为三类：

沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化马氏体型和沉淀硬化奥氏体型不锈钢。

列入我国国家标准钢板牌号的有0Cr17Ni7A、0Cr17Ni4Cu4Nb和0Cr15Ni7M02Al三种,是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。

该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5％~20%的铁素体组织。

这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体，再通过时效析出硬化达到所需要的高强度。

这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性，可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中，得到应用。

各种不锈钢的特性及用途

钢号

特性

用途

奥

氏

体

钢

301

17Cr-7Ni-碳

与304钢相比，Cr、Ni含量少，冷加工时抗拉强度和硬度增高，无磁性，但冷加工后有磁性。

列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、弹簧、筛网

301L

17Cr-7Ni-0.1N-低碳

是在301钢基础上，降低C含量，改善焊口的抗晶界腐蚀性；通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足，保证钢的强度。

铁道车辆构架及外部装饰材料

304

18Cr-8Ni

作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，便用温茺-196℃～800℃）。

家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件

304L

18Cr-8Ni-低碳

作为低C的304钢，在一般状态下，其耐蚀性与304刚相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用温度-196℃～800℃。

应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件。

304Cu

13Cr-7.7Ni-2Cu

因添加Cu其型性，特别是拔丝性和抗时效裂纹性好，故可进行复杂形状的产品成形；其耐腐蚀性与304相同。

保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒、门把手、纺织加工机器。

304N1

18Cr-8Ni-N

在304钢的基础上，减少了S、Mn含量，添加N元素，防止塑性降低，提高强度，减少钢材厚度。

构件、路灯、贮水罐、水管

304N2

18Cr-8Ni-N

与304相比，添加了N、Nb，为结构件用的高强度钢。

构件、路灯、贮水罐

316

18Cr-12Ni-2.5Mo

因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。

海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母

316L

18Cr-12Ni-2.5Mo低碳

作为316钢种的低C系列，除与316钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性优。

316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品

321

18Cr-9Ni-Ti

在304钢中添加Ti元素来防止晶界腐蚀；适合于在430℃～900℃温度下使用。

航空器、排气管、锅炉汽包

铁

素

铁

钢

409L

11.3Cr-0.17Ti-低C、N

因添加了Ti元素，故其高温耐蚀性及高温强度较好。

汽车排气管、热交换机、集装箱等在焊接后不热处理的产品。

410L

13Cr-低C

在410钢的基础上，降低了含C量，其加工性，抗焊接变形，耐高温氧化性优秀。

机械构造用件，发动机排气管，锅炉燃烧室，燃烧器。

430

16Cr

作为铁素体钢的代表钢种，热膨胀率低，成形性及耐氧化性优。

耐热器具、燃烧器、家电产品2类餐具、厨房洗涤槽、外部装饰材料、螺栓、螺母、CD杆、筛网

430J1L

18-Cr0.5Cu-Nb-低C、N

在430钢中，添加了Cu、Nb等元素；其耐蚀性、成形性、焊接性及耐高温氧化性良好。

建筑外部装饰材料，汽车零件，冷热水供给设备。

436L

18Cr-1Mo-Ti、Nb、Zr低C、N

耐热性、耐磨蚀性良好，因含有Nb、Zr元素，故其加工性，焊接性优秀。

洗衣机、汽车排气管、电子产品、3层底的锅。

马

氏

体

钢

410

13Cr-低碳

作为马氏体钢的代表钢，虽然强度高，但不适合于苛酷的腐蚀环境下使用；其加工性好，依热处理面硬化（有磁性）。

刀刃、机械零件、石油精练置、螺栓、螺母、泵杆、1类餐具（刀叉）。

420J1

13Cr-0.2C

淬火后硬度高，耐蚀性好（有磁性）。

餐具（刀）、涡轮机叶片

420J2

13Cr-0.3C

淬火后，比420J1钢硬度升高（有磁性）。

刀刃、管嘴、阀门、板尺、餐具（剪刀、刃）。

1.6不锈钢的生锈问题

不锈钢具有抵抗大气氧化的能力---即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质中乃腐蚀的能力---即耐蚀性。

但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及环境介质类型而改变的。

如304钢管，在干燥清洁的大气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中，很快就会生锈了；而316钢管则表现良好。

因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀,不生锈的。

不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的稳定的富铬氧化膜（防护膜），防止氧原子的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力。

一旦有某种原因，这种薄膜遭到了不断地破坏，空气或液体中氧原子就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来，形成疏松的氧化铁，金属表面也就受到不断地锈蚀。

这种表面膜受到破坏的形式很多，日常生活中多见的有如下几种：

1.不锈钢表面存积着含有其他金属元素的粉尘或异类金属颗粒的附着物，在潮湿的空气中，附着物与不锈钢间的冷凝水，将二者连成一个微电池，引发了电化学反应，保护膜受到破坏，称之谓电化学腐蚀。

2.不锈钢表面粘附有机物汁液（如瓜菜、面汤、痰等），在有水氧情况下，构成有机酸，长时间则有机酸对金属表面的腐蚀。

3.不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质（如装修墙壁的碱水、石灰水喷溅），引起局部腐蚀。

4.在有污染的空气中（如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大气），遇冷凝水，形成硫酸、硝酸、醋酸液点，引起化学腐蚀。

以上情况均可造成不锈钢表面防护膜的破坏引发锈蚀。

为确保金属表面永久光亮，不被锈蚀，建议：

1.必须经常对装饰不锈钢表面进行清洁擦洗，去除附着物，消除引发修饰的外界因素。

2.海滨地区要使用316材质不锈钢，316材质能抵抗海水腐蚀。

3.市场上有些不锈钢管化学成分不能符合相应国家标准，达不到304材质要求。

因此也会引起生锈，这就需要认真选择有信誉厂家的产品

1.7各标准主要不锈钢钢号对照表

1.8不锈钢的计算公式

品种

钢种

密度

计算公式

钢管

0Cr18Ni9

00Cr19Ni10

7.93

米（Kg）＝0.02491t（D-t）

SUS304

SUS304L

TP304

TP304L

0Cr17Ni2Mo2

00Cr17Ni14Mo2

7.98

米（Kg）＝0.02507t（D-t）

SUS316

SUS316L

TP316

TP316L

钢板

0Cr18Ni9

00Cr19Ni10

7.93

米2（Kg）＝7.93t

SUS304

SUS304L

TP304

TP304L

0Cr17Ni2Mo2

00Cr17Ni14Mo2

7.98

米2（Kg）＝7.98t

SUS316

SUS316L

TP316

TP316L

圆钢

0Cr18Ni9

00Cr19Ni10

7.93

米（Kg）＝0.00623D×D

SUS304

SUS304L

TP304

TP304L

0Cr17Ni2Mo2

00Cr17Ni14Mo2

7.98

米（Kg）＝0.00627D×D

二、不锈钢管知识

2.1不锈钢管制作工艺流程

不锈钢无缝钢管生产流程图

不锈钢管件生产工艺图

2.2不锈钢管的分类及用途

A、不锈钢钢管的分类

a、按生产方法分类：

（1）无缝管——冷拔管、挤压管、冷轧管。

（2）焊管：

（a）按工艺分类——气体保护焊管、电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）。

（b）按焊缝分——直缝焊管、螺旋焊管。

b、按断面形状分类：

（1）圆形钢管；

（2）矩形管。

c、按壁厚分类——薄壁钢管、厚壁钢管

d、按用途分类：

（1）民用管分圆管、矩管、花管，一般用于装饰、建筑、结构等方面；

（2）工业管：

工业配管用钢管、一般配管用钢管（饮用水管）、机械构造／流体输送管、锅炉热交换管、食品卫生管等。

一般应用于工业的各个领域如：

石油化工、造纸、核能、食品、饮料、医药等行业对流体介质要求较高管道。

B、无缝钢管

不锈钢无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。

a．无缝钢管的制造工艺及流程：

冶炼＞钢锭＞轧钢＞锯切＞剥皮＞穿孔＞退火＞酸洗＞上灰＞冷拔＞切头＞酸洗＞入库

b.无缝钢管的特点:

从上面的工艺流程我们不难看出：

其一、该产品的壁厚越厚,它就越具有经济性和实用性,壁厚越薄,它的加工成本就会大幅度的上升；其次、该产品的工艺决定它的局限性，一般无缝钢管精度低：

壁厚不均匀、管内外表光亮度低、定尺成本高，且内外表还有麻点、黑点不易去除；其三、它的检测及整形必须离线处理。

因此，它在高压、高强度、机械结构用材方面体现了它的优越性。

C、焊接钢管

焊接钢管简称焊管，是用钢板或钢带经过机组和模具卷曲成型后焊接制成的钢管。

a.钢板＞分条＞成型＞溶接＞感应光亮热处理＞内外焊道处理＞整形＞定径＞涡流检测＞激光测径＞酸洗＞入库

b.焊接钢管的特点:

从上面的工艺流程我们不难看出：

其一、该产品是连续在线生产,壁厚越厚,机组及溶接设备的投资就越大,它就越不具有经济性和实用性。

壁厚越薄,它的投入产出比就会相应下降；其次该产品的工艺决定它的优缺点，一般焊接钢管精度高、壁厚均匀、管内外表光亮度高（钢板的表面等级决定的钢管表面亮度）、可任意定尺。

因此，它在高精度、中低压流体应用方面体现了它的经济性及美观性。

2.3不锈钢管壁厚公差选择表

NPS

DN

OD

常用标准

0.6

1.0

1.6

2.5

4.0

6.0

8.0

壁厚mm

3/4

20

26.67

0.07

0.11

0.18

0.28

0.45

0.67

0.89

1

25

33.40

0.09

0.14

0.23

0.36

0.57

0.84

1.11

11/4

32

42.16

0.11

0.18

0.29

0.45

0.71

1.06

1.40

11/2

40

48.26

0.12

0.21

0.33

0.51

0.82

1.21

1.61

2

50

60.33

0.16

0.26

0.41

0.64

1.02

1.52

2.01

3

80

88.90

0.23

0.38

0.61

0.95

1.50

2.24

2.96

4

100

114.30

0.29

0.49

0.78

1.22

1.93

2.88

3.80

6

150

168.28

0.43

0.72

1.15

1.79

2.85

4.24

5.60

8

200

219.08

0.56

0.94

1.50

2.33

3.71

5.52

7.29

10

250

273.05

0.70

1.17

1.87

2.91

4.62

6.87

9.09

12

300

323.85

0.83

1.39

2.22

3.45

5.48

8.15

10.78

14

350

355.60

0.92

1.52

2.43

3.79

6.02

8.95

11.84

16

400

406.40

1.05

1.74

2.78

4.33

6.88

10.23

13.53

外径尺寸和壁厚表JISB2311、B2312、B2313

公称通径

NominalPipeSize

外径

OutsideDiameter

公称壁厚T

NorminalWallThickness

DN

NPS

D

SGP

SCH5s

SCH10s

SCH10

SCH20

SCH30

SCH40s

STD

SCH40

SCH60

SCH80s

XS

SCH80

SCH100

SCH120

SCH140

SCH160

XXS

15

20

25

1/2

3/4

1

21.7

27.2

34.0

2.8

2.8

3.2

1.7

1.7

1.7

2.1

2.1

2.8

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2.8

2.9

3.4

2.8

2.9

3.4

2.8

2.9

3.4

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3.7

3.9

4.5

3.7

3.9

4.5

3.7

3.9

4.5

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4.8

5.6

6.4

7.5

7.8

9.1

32

40

50

11/4

11/2

2

42.7

48.6

60.5

3.5

3.5

3.8

1.7

1.7

1.7

2.8

2.8

2.8

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3.6

3.7

3.9

3.6

3.7

3.9

3.6

3.7

3.9

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4.9

5.1

5.5

4.9

5.1

5.5

4.9

5.1

5.5

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6.4

7.1

8.7

9.7

10.2

11.1

65

80

90

21/2

3

31/2

76.3

89.1

101.6

4.2

4.2

4.2

2.1

2.1

2.1

3.0

3.0

3.0

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5.2

5.5

5.7

5.2

5.5

5.7

5.2

5.5

5.7

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7.0

7.6

8.1

7.0

7.6

8.1

7.0

7.6

8.1

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