Por que o aço inoxidável, famoso por sua resistência, ainda sofre corrosão em determinadas condições? Este artigo explora os diversos modos de corrosão que afetam o aço inoxidável, incluindo rachaduras por corrosão sob tensão, corrosão por pite, intergranular e em frestas. Você aprenderá sobre os fatores ambientais e materiais que contribuem para esses tipos de corrosão e descobrirá medidas preventivas para manter a integridade do aço inoxidável. Ao compreender esses mecanismos, você poderá selecionar e tratar melhor os materiais para obter a durabilidade ideal em várias aplicações. Mergulhe de cabeça para proteger seu aço inoxidável de falhas inesperadas!
Em uma ampla gama de aplicações industriais, o aço inoxidável oferece resistência satisfatória à corrosão.
Com base na experiência, a corrosão do aço inoxidável, além das falhas mecânicas, manifesta-se principalmente como corrosão localizada, que inclui rachaduras por corrosão sob tensão (SCC), corrosão por pite, corrosão intergranular, fadiga por corrosão e corrosão em frestas.
A rachadura por corrosão sob tensão é um tipo de falha que ocorre em ligas sob tensão em ambientes corrosivos devido à propagação de rachaduras. A SCC apresenta as características de uma superfície de fratura frágil, mas também pode ocorrer em materiais com alta tenacidade.
As condições necessárias para a ocorrência de SCC incluem tensão de tração (seja ela tensão residualA formação e a propagação de trincas geralmente ocorrem perpendicularmente à direção da tensão de tração, à tensão aplicada ou a ambas. A formação e a propagação de rachaduras geralmente ocorrem perpendicularmente à direção da tensão de tração.
O nível de tensão que causa a CEC é significativamente menor do que o nível de tensão necessário para fraturar o material na ausência de um meio corrosivo.
Em uma escala microscópica, as trincas que atravessam os grãos são chamadas de trincas transgranulares, enquanto as que se propagam ao longo dos limites dos grãos são chamadas de trincas intergranulares.
Quando a CEC avança até uma determinada profundidade (onde a tensão na seção transversal do material carregado atinge a tensão de fratura no ar), o material se rompe normalmente (em materiais resistentes, geralmente por meio da agregação de defeitos microscópicos).
Portanto, a superfície de fratura de um componente que falha devido à CEC conterá áreas características da CEC, bem como áreas de "covinhas dúcteis" associadas à agregação de defeitos microscópicos.
As principais condições para a rachadura por corrosão sob tensão normalmente envolvem um meio corrosivo fraco, uma certa tensão de tração e um sistema corrosivo específico composto por determinados materiais metálicos. Esse tópico será discutido em detalhes a seguir.
a. A rachadura por corrosão sob tensão pode ocorrer somente quando a corrosão fraca forma uma película protetora instável na superfície do metal.
Os resultados experimentais indicam que uma diminuição no valor do pH reduz a suscetibilidade do aço inoxidável austenítico à rachadura por corrosão sob tensão.
O aço estrutural geral, em meios de pH neutro e alto, sofrerá rachaduras por corrosão sob tensão por meio de diferentes mecanismos.
b. A corrosão tende a ocorrer sob determinadas condições de tensão de tração.
Para a rachadura por corrosão sob tensão do aço inoxidável Cr-Ni, a relação entre a tensão (σ) e o tempo de rachadura (ts) é geralmente considerada como seguindo a equação 1gts=a+bσ, em que a e b são constantes.
Isso sugere que, quanto maior a tensão, menor o tempo até que o aço inoxidável sofra rachaduras por corrosão sob tensão.
Estudos sobre rachaduras por corrosão sob tensão em aço inoxidável mostram que há um valor crítico de tensão para a ocorrência de corrosão sob tensão, geralmente representado por σSCC.
Se a tensão estiver abaixo desse valor, não ocorrerá rachadura por corrosão sob tensão. O valor de σSCC varia de acordo com o tipo de meio, a concentração, a temperatura e as diferentes composições do material. O ambiente que causa a falha da trinca por corrosão sob tensão é bastante complexo.
As tensões envolvidas não são apenas tensões operacionais, mas uma combinação dessas tensões e das tensões residuais geradas no metal devido à fabricação, à soldagem ou ao tratamento térmico.
c. Os sistemas de metal-médio são propensos à destruição por corrosão sob tensão.
Os meios que mais comumente causam corrosão sob tensão são cloretos, soluções alcalinas e sulfeto de hidrogênio.
Os resultados da pesquisa sobre o efeito dos íons metálicos em vários cloretos levaram à rachadura por corrosão sob tensão no aço inoxidável Cr+Ni. O efeito de diferentes cloretos diminui na ordem dos íons Mg2+, Fe3+, Ca2+, Na+, Li+.
d. A influência dos materiais, da estrutura e das condições de estresse.
Os elementos de impureza afetam muito a sensibilidade à rachadura por corrosão sob tensão. No aço inoxidável, um teor de nitrogênio superior a 30×10^-6 pode aumentar significativamente a sensibilidade à fragilidade por cloreto.
A sensibilidade do aço à corrosão sob tensão varia de acordo com o teor de carbono.
Quando o teor de carbono é baixo, a sensibilidade do aço aumenta à medida que o teor de carbono aumenta. Quando ω(C) é maior que 0,2%, a resistência à corrosão sob tensão tende a se estabilizar. Quando ω(C) é 0,12%, a sensibilidade à corrosão sob tensão é a maior.
O estado estrutural do material afeta significativamente a sensibilidade à corrosão sob tensão. Quanto maior for a heterogeneidade do material, mais fácil será gerar canais catódicos ativos e causar corrosão sob tensão. À medida que o tamanho do grão aumenta, a sensibilidade do aço à rachadura por corrosão sob tensão aumenta.
Quanto maior for a concentração do meio e a temperatura ambiente, mais fácil será a ocorrência de rachaduras por corrosão sob tensão. A rachadura por corrosão sob tensão causada por cloretos geralmente ocorre acima de 60°C, e a sensibilidade aumenta drasticamente com a temperatura.
A rachadura por corrosão sob tensão causada por soluções alcalinas geralmente ocorre em temperaturas de 130°C ou mais. A rachadura por corrosão sob tensão em soluções de sulfeto de hidrogênio ocorre principalmente em baixas temperaturas.
O efeito do material resistência e dureza A influência da tensão sobre a sensibilidade à corrosão sob tensão depende do estado real do componente. Sob as mesmas condições de controle de deformação (tensão), quanto maior a resistência e a dureza do material, maior a tensão de seu componente e maior a sensibilidade à corrosão sob tensão.
Sob o mesmo controle de tensão, à medida que a resistência e a dureza do material aumentam, a sensibilidade do componente à rachadura por corrosão sob tensão diminui.
Em geral, quando a carga externa (estresse causado pela deformação ou carga externa) atinge mais de 85% do resistência ao escoamento do material, a probabilidade de o componente sofrer rachaduras por corrosão sob tensão aumenta significativamente.
O método mais eficaz para evitar rachaduras por corrosão sob tensão é selecionar materiais que sejam resistentes a essas rachaduras no ambiente em questão.
A corrosão por pite, também conhecida como corrosão por cavidade, é uma forma de corrosão eletroquímica e é um tipo comum de corrosão localizada em aço inoxidável.
Conforme mencionado anteriormente, a excelente resistência à corrosão do aço inoxidável se deve a uma película oxidada invisível que o torna passivo. Se essa película passiva for destruída, o aço inoxidável sofrerá corrosão. A aparência característica da corrosão por pite são os pites de corrosão localizados na superfície.
A remoção da pele do poço revela crateras de corrosão severas, às vezes cobertas por uma camada de produtos de corrosão. Uma vez removidos, os poços de corrosão severa são revelados. Além disso, sob condições ambientais específicas, os poços de corrosão podem apresentar uma morfologia especial semelhante a um pagode.
Os fatores que contribuem para a corrosão por pite incluem:
a) O meio ambiente que causa a corrosão por pite é a presença de íons de metais centrais, como Fe3+, Cu2+, Hg2+ em soluções de Cl-, Br-, I- e ClO-4, ou os íons de metais alcalinos Na+, Ca2+ e alcalinos em soluções contendo H2O2, O2.
A taxa de corrosão aumentará com o aumento da temperatura. O estado fluido da solução também afeta a ocorrência de corrosão por pite. Quando a taxa de fluxo atinge um determinado nível, a corrosão por pite não ocorre.
b) A adição de Mo ao aço inoxidável pode produzir um filme passivo denso e robusto na superfície do aço inoxidável, levando a um aumento no potencial de corrosão por pite e melhorando a capacidade de resistir à corrosão por pite. À medida que o teor de Cr aumenta, a taxa de corrosão por pite do aço inoxidável diminui.
c) O processo de tratamento térmico do aço inoxidável afeta muito a corrosão por pite. O tratamento térmico em temperaturas comparáveis à precipitação de carboneto pode aumentar o número de eventos de corrosão por pite.
d) O processamento e a deformação também aumentarão a sensibilidade à corrosão por pite.
As medidas a seguir podem evitar a corrosão por pite:
Corrosão intergranular do aço inoxidável é um tipo de corrosão que ocorre ao longo ou imediatamente adjacente aos limites dos grãos.
Essa corrosão é causada pela precipitação de carbonetos de cromo ao longo dos limites dos grãos sob determinadas condições de tratamento térmico, o que forma zonas empobrecidas de cromo perto dos limites dos grãos e se dissolve preferencialmente no meio corrosivo.
A corrosão que ocorre entre os grãos é uma forma grave de degradação, pois resulta na perda da força de ligação entre os grãos, eliminando quase completamente a resistência do material.
Após o metal ter sofrido corrosão intergranular, praticamente não há alterações na aparência - as dimensões geométricas e o brilho da superfície metálica permanecem inalterados -, mas o comprimento e o alongamento diminuem significativamente.
Quando exposto à flexão a frio, impacto mecânico ou choque intenso de fluidos, surgem rachaduras na superfície do metal, que pode até se tornar quebradiço. Com um pouco de força, os grãos se desprendem sozinhos, perdendo o som metálico.
O exame metalográfico revela corrosão uniforme ao longo dos limites dos grãos e, em alguns casos, pode ser observado o deslocamento dos grãos. Quando examinada com um microscópio eletrônico de varredura, a superfície da fratura apresenta uma morfologia semelhante a açúcar granulado.
A causa geralmente aceita da corrosão intergranular é a existência de inclusões ou a precipitação de determinados compostos (como carbetos ou fase sigma) nos limites dos grãos, o que reduz o potencial do eletrodo do metal de base no limite dos grãos.
Quando um dielétrico elétrico está presente na superfície, a corrosão se origina nos limites dos grãos e se desenvolve gradualmente para dentro. O fato de um determinado material sofrer corrosão intergranular depende das características do material e do sistema de meio.
Nesse sistema, a taxa de dissolução da região do limite de grão do material é maior do que a do corpo do grão, levando à corrosão intergranular.
As medidas preventivas para a corrosão intergranular são as seguintes.
a. Redução do teor de carbono: Ao reduzir o teor de carbono no aço para abaixo do limite de solubilidade, a precipitação de carboneto é evitada. Como alternativa, uma ligeira elevação acima do limite de solubilidade permite que apenas uma pequena quantidade de carbonetos precipite nos limites dos grãos, insuficiente para representar um risco de corrosão intergranular.
b. Adição de elementos formadores de carbonetos fortes: Liga com elementos estabilizadores como Titânio (Ti) e nióbio (Nb), ou traços de elementos adsorventes nos limites dos grãos, como o boro (B). Esses elementos apresentam forte afinidade com o carbono, formando carbonetos insolúveis ao combinar carbono, níquel e nióbio em formas de TiC e NbC. Isso evita efetivamente o esgotamento do cromo causado pela precipitação de compostos Cr23C6.
c. Empregar métodos adequados de tratamento térmico: Isso serve para evitar ou alterar o tipo de precipitado formado nos limites dos grãos. O tratamento em solução permite a redissolução de carbonetos precipitados, eliminando a tendência de corrosão intergranular após a sensibilização. O prolongamento do tratamento de sensibilização permite que o cromo tenha tempo suficiente para se difundir nas regiões de contorno de grão, atenuando a depleção localizada de cromo.
a. Causas da corrosão em frestas:
Em um eletrólito, uma célula de concentração é formada devido a pequenas fendas entre o aço inoxidável e outro metal ou não metal. Isso resulta em corrosão localizada dentro ou perto da fenda, conhecida como corrosão em fendas. A corrosão em frestas pode ocorrer em vários meios, mas é mais grave em soluções de cloreto.
Na água do mar, o mecanismo de corrosão em fendas é diferente da corrosão por pite, mas seus mecanismos de difusão são semelhantes, ambos envolvendo processos autocatalíticos. Isso reduz o valor do pH dentro da fenda e acelera a migração de íons cloreto em direção à área de corrosão.
b. Medidas preventivas contra a corrosão em frestas:
Em meios corrosivos, as fendas podem ser formadas por depósitos na superfície do aço, produtos de corrosão e outras substâncias fixas. Sempre existem fendas nas juntas de flange e nas conexões de parafuso, portanto, para atenuar os danos causados pelas fendas, é preferível usar a soldagem como substituto das conexões de parafuso ou rebitagem.
Além disso, os depósitos na superfície do metal devem ser removidos regularmente. Áreas de vedação à prova d'água devem ser usadas nas juntas dos flanges. O aprimoramento dos elementos de liga resistentes à corrosão por pite geralmente beneficia a resistência à corrosão em frestas. Para melhorar a resistência à corrosão em frestas, pode-se usar aço inoxidável cromo-níquel contendo molibdênio.
A corrosão galvânica é a corrosão causada pela conexão de dois ou mais diferentes metaistambém conhecida como corrosão bimetálica.
a. Causas da corrosão galvânica:
A corrosão galvânica ocorre quando um componente metálico imerso em uma solução eletrolítica entra em contato com outros componentes com diferentes potenciais de eletrodo ou quando há uma diferença de potencial em diferentes partes do mesmo componente metálico.
O metal ou as peças com potencial de eletrodo mais baixo se corroem mais rapidamente, levando à corrosão galvânica. O grau de corrosão galvânica depende da diferença de potencial de corrosão entre os dois metais antes do curto-circuito, que varia de acordo com os diferentes meios.
b. Medidas preventivas contra a corrosão galvânica:
Para evitar a corrosão galvânica, o número de células primárias deve ser reduzido o máximo possível e a diferença de potencial do eletrodo deve ser reduzida. Deve-se fazer um esforço para formar um filme de passivação estável, completo, denso e firmemente combinado na superfície do aço.
A resistência do aço inoxidável à corrosão atmosférica varia basicamente com o teor de cloreto na atmosfera. Em ambientes atmosféricos gerais, a resistência à corrosão do aço inoxidável é geralmente classificada da seguinte forma: Cr13, Cr17 e 18-8.
Em ambientes atmosféricos rurais, os aços Cr13 e Cr17 podem atender aos requisitos de resistência à corrosão. Em ambientes urbanos ou industriais, o aço Cr13 ou Cr17 pode ser escolhido para uso interno; o aço Cr17 deve ser escolhido, no mínimo, para uso externo.
Quando a atmosfera contém C12, H2S e CO2, o aço 18-8 e o aço inoxidável austenítico 18-14-2 podem atender aos requisitos de resistência à corrosão.
Em ambientes marítimos atmosféricos, a corrosão por íons cloreto é particularmente proeminente. Os aços Cr13 e Cr17 não conseguem atender aos requisitos de resistência à corrosão. A ferrugem e a corrosão por pite ocorrerão em um tempo muito curto.
A resistência à corrosão do aço 18-8 nesse ambiente também não é ideal, como evidenciado pelo aparecimento de ferrugem fina e facilmente removível. A resistência à corrosão do aço 18-12-2 é comparativamente ideal.
Esse aço geralmente tem uma taxa de corrosão muito baixa (0,0254 μm/a) e corrosão por pite superficial (0,024 cm). Sob condições atmosféricas marítimas, os aços inoxidáveis contendo molibdênio oCr17Ni12Mo2 e 30Cr-2Mo atendem basicamente aos requisitos de resistência à corrosão.
Com base no teor de sal, a água é classificada em água de alta pureza, água doce (teor de sal abaixo de 0,05%), água do mar (teor de sal entre 3,0% e 3,5%), água salobra (teor de sal entre água doce e água do mar) e água ácida.
A taxa de corrosão do aço inoxidável em água de alta pureza é a mais baixa (abaixo de 0,01 mm/a). O ambiente da água de alta pureza geralmente é o setor nuclear. Em geral, os aços 0Cr19Ni9, 00CrNi11, 0Cr17Ni12Mo2, 0Cr17Ni14Mo2 atendem aos requisitos de resistência à corrosão.
Em condições de água industrial (água doce), os aços Cr13, Cr17 e 18-8 geralmente atendem aos requisitos de resistência à corrosão. As peças que trabalham em meios aquosos estão sujeitas a cavitação. Cr13Ni4, M50NiL, 16CrNi4Mo são aços inoxidáveis de alta resistência resistentes à cavitação.
Os aços inoxidáveis 0Cr13, Cr13, Cr17, 0Cr18Ni9 ou 0Cr18Ni11Ti são comumente usados para produtos expostos à atmosfera e frequentemente sujeitos à corrosão em água doce. Os equipamentos médicos geralmente usam o 3Cr13, 4Cr13Aços inoxidáveis martensíticos 9Cr18.
As principais formas de danos ao aço inoxidável na água do mar são a corrosão por pite, a corrosão em fendas e a corrosão sob tensão. Ela também é influenciada por muitos fatores, como o teor de oxigênio da água do mar, a concentração de íons cloreto, a temperatura, a taxa de fluxo e a poluição.
Em geral, na água do mar abaixo de 30°C, o aço inoxidável ω(Mo) 2%-4% pode atender aos requisitos de resistência à corrosão.
A água ácida refere-se à água natural contaminada que é lixiviada de minérios e várias substâncias. A água ácida geralmente contém uma grande quantidade de ácido sulfúrico livre e uma grande quantidade de sulfato de ferro. Sob tais condições, o aço inoxidável austenítico tem maior resistência à corrosão.
Os metais enterrados no solo estão sujeitos a mudanças constantes devido ao clima e a vários outros fatores. Os aços inoxidáveis austeníticos normalmente apresentam resistência à corrosão da maioria dos solos.
Os tipos de aço 1Cr13 e 1Cr17 tendem a sofrer corrosão por pite em muitos solos. O aço inoxidável 0Cr17Ni12Mo2 demonstra resistência à corrosão por pite em todos os tipos de solo.
Quase todos os aços inoxidáveis passivam prontamente em ácido nítrico diluído, mostrando uma resistência à corrosão razoavelmente boa. Aços inoxidáveis ferríticos e os aços inoxidáveis austeníticos com teor de cromo não inferior a 14% têm excelente resistência à corrosão por ácido nítrico.
Em condições de trabalho com menos de 65% (em peso) de ácido nítrico diluído, geralmente é usado o aço inoxidável do tipo 18-8. Em condições com 65% a 85% (em peso) de ácido nítrico diluído, o aço inoxidável Cr25Ni20 pode atender aos requisitos de resistência à corrosão.
Quando a concentração de ácido nítrico é muito alta, os aços inoxidáveis Si (como 0Cr13Si4NbRE, 1Cr17Ni11Si4, 00Cr17Ni17Si6 etc.) podem atender aos requisitos de resistência à corrosão.
Os aços inoxidáveis que contêm Mo geralmente não são resistentes à corrosão por ácido nítrico, mas às vezes são usados para evitar a corrosão por pite em condições que envolvem ácido nítrico com íons cloreto.
Padrão graus de aço inoxidável são raramente usados em soluções de ácido sulfúrico. À temperatura ambiente, o aço inoxidável 0Cr17Ni12Mo2 é resistente à corrosão quando a concentração de ácido sulfúrico excede 85% ou é inferior a 15%.
Os aços inoxidáveis austeníticos e os aços inoxidáveis duplex ferríticos-austeníticos contendo Mo, Cu, Si (com uma porcentagem de peso de 3% a 4%) apresentam a melhor resistência à corrosão por ácido sulfúrico.
Os aços inoxidáveis austeníticos têm boa resistência à corrosão em soluções de ácido fosfórico. No entanto, em aplicações práticas, o ácido fosfórico geralmente contém várias impurezas, como flúor, íons de cloreto e íons metálicos, como alumínio, magnésio e íons de sulfato, que tendem a acelerar a corrosão do aço inoxidável.
Os aços inoxidáveis austeníticos 00Cr27Ni31Mo3Cu e 00CtNi35Mo3Cu são os melhores aços inoxidáveis em termos de desempenho abrangente e resistência à corrosão por impurezas de ácido fosfórico, como íons de flúor e cloreto.
Nessas condições de trabalho, os aços 0Cr17Ni14Mo2, 00Cr19Ni13Mo3 e outros com teor de Mo de 2% a 4% em peso, o aço duplex com alto teor de Cr 00Cr26Ni6Mo2Cu3 e o aço inoxidável com alto teor de Mo 00Cr20Ni25Mo4.5Cu, além dos aços inoxidáveis superferríticos com alto teor de Cr 00Cr26Mo1, 00Cr30Mo2 etc., apresentam boa resistência à corrosão por ácido fosfórico.
Os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos apresentam uma resistência à corrosão por ácido fosfórico notavelmente pior do que os aços inoxidáveis austeníticos.
Em temperatura ambiente, o ácido clorídrico de várias concentrações pode corroer rapidamente o aço inoxidável, portanto, o aço inoxidável não pode ser usado em condições que envolvam ácido clorídrico.
Os aços inoxidáveis austeníticos geralmente apresentam excelente resistência à corrosão por ácido acético. À medida que o teor de molibdênio (Mo) no aço aumenta, sua resistência à corrosão melhora. No entanto, em ácido acético contendo íons cloreto, a taxa de corrosão se acelera significativamente.
Aços inoxidáveis como 0Cr17Ni12Mo2 e 00Cr18Ni16Mo5 com teor de molibdênio de 2% a 4%, duplex 00Cr18Ni16Mo3N e algumas ligas à base de níquel têm excelente resistência à corrosão.
À temperatura ambiente, os aços inoxidáveis austeníticos têm excelente resistência à corrosão por ácido fórmico. Porém, em condições que envolvem ácido fórmico quente, ele pode corroer rapidamente o aço inoxidável sem molibdênio.
O 0Cr17Ni12Mo2 e o 0Cr19Ni13Mo3 têm propriedades de corrosão por ácido fórmico resistentes ao calor. O ácido fórmico é corrosivo para os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos em todas as temperaturas.
O aço inoxidável apresenta excelente resistência à corrosão em temperaturas ambientes com uma concentração de 50%.
Em temperaturas mais altas ou na concentração de 100%, todos os aços inoxidáveis têm baixa resistência à corrosão por ácido oxálico.
Em uma temperatura máxima de aproximadamente 38°C, o aço inoxidável 0Cr18Ni9 tem excelente resistência à corrosão.
Os tipos resistentes a temperaturas mais altas incluem 0Cr17Ni12Mo2 e 0Cr19Ni13Mo3. Em geral, os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos têm baixa resistência à corrosão por ácido lático.
A maioria dos aços inoxidáveis não é resistente à corrosão por ácido fluorídrico. Quando o oxigênio e os oxidantes estão presentes no ácido fluorídrico, a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis austeníticos com alto teor de níquel, molibdênio e cobre melhora significativamente.
Os aços inoxidáveis geralmente têm boa resistência a álcalis fracos. Tanto o cromo quanto o níquel no aço contribuem positivamente para a resistência à corrosão alcalina. O aço inoxidável ferrítico com cromo 26% a 30% e o aço inoxidável austenítico com mais de 20% de níquel apresentam forte resistência à corrosão alcalina.
Os aços inoxidáveis austeníticos e os aços inoxidáveis ferríticos, como Cr-Ni e Cr-Mn-N, com teor de níquel de 2% a 4% (por exemplo, 0-1Cr18Ni12Mo2Ti, grau de ureia 001Cr17Ni14Mo2, 00Cr25Ni22Mo2N) são usados na produção de ureia. Eles possuem excelente resistência à corrosão em soluções de ureia.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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