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酸性環(huán)境中管線鋼管開裂敏感性試驗(yàn)全環(huán)試樣橢圓變形法Determinationofthesusceptibilitytocrackingoflinepipeinsour2022-10-12發(fā)布2023-02-01實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I 2規(guī)范性引用文件 l3術(shù)語(yǔ)和定義 4試劑 15試驗(yàn)裝置 26試驗(yàn)溶液 37試樣 48試樣的加載過程 49試驗(yàn)程序 510試樣檢查 511試驗(yàn)報(bào)告 5附錄A(規(guī)范性)環(huán)型加載 6參考文獻(xiàn) Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位:中國(guó)石油集團(tuán)工程材料研究院有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司。姚歡。1酸性環(huán)境中管線鋼管開裂敏感性試驗(yàn)全環(huán)試樣橢圓變形法警告:H?S是有毒氣體,應(yīng)小心處理,處理H?S時(shí)的安全注意事項(xiàng)應(yīng)依據(jù)GB/T4157—2017規(guī)定執(zhí)行。本文件規(guī)定了采用一段完整的管段樣品測(cè)試管線鋼在酸性環(huán)境(含H?S的低pH值水溶液環(huán)境)中開裂敏感性的試驗(yàn)方法。本文件適用于無(wú)縫管、直縫焊管、螺旋焊管或環(huán)焊縫管等在酸性環(huán)境中的開裂敏感性。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4157—2017金屬在硫化氫環(huán)境中抗硫化物應(yīng)力開裂和應(yīng)力腐蝕開裂的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法GB/T6682—2008分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法GB/T8923.1—2011涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定第1部分:未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)NB/T47013.3承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分:超聲檢測(cè)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)與定義適用于本文件。單位長(zhǎng)度內(nèi)長(zhǎng)度變化比率(如mm/mm)。注:常用微應(yīng)變(μe,即應(yīng)變的百萬(wàn)分率)表示。通過實(shí)測(cè)應(yīng)變值計(jì)算出測(cè)量面上一點(diǎn)的互成90°的最大和最小應(yīng)變水平。4試劑4.1試驗(yàn)氣體H?S純度應(yīng)大于99.9%。4.2應(yīng)使用純度不低于99.998%的氮?dú)?、氬氣或其他合適的、不會(huì)與試劑(或試驗(yàn)溶液)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)2的惰性氣體除氧。4.3氯化鈉(NaCl)、乙酸(CH?COOH)、醋酸鈉(CH?COONa)等試劑和溶劑為化學(xué)純或以上。4.4試驗(yàn)用水應(yīng)為不低于GB/T6682—2008三級(jí)的蒸餾水或去離子水。5試驗(yàn)裝置5.1外部加載組件5.1.1外部加載組件由兩個(gè)加載塊和四個(gè)及以上均勻負(fù)載、分配載荷的加載螺栓組成。5.1.2加載組件在加載時(shí)不應(yīng)發(fā)生彎曲變形,外部加載示意圖見圖1。圖1外部加載示意圖5.2蓋板和底座5.2.1蓋板和底座分別安裝在環(huán)型試樣的兩端,使得蓋板、底座和環(huán)型試樣共同組成一個(gè)試驗(yàn)單元。蓋板和底座的安裝不應(yīng)使用焊接方式,宜通過密封圈和螺栓將底座和蓋板夾緊以實(shí)現(xiàn)密封。蓋板和底座示意圖如圖2所示。5.2.2蓋板和底座應(yīng)選用不與試驗(yàn)溶液發(fā)生反應(yīng)或在試驗(yàn)環(huán)境中降解的材料。5.2.3蓋板和底座的選材及厚度應(yīng)滿足防止試驗(yàn)過程中H?S泄漏及O?混入的要求,還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度以承受試驗(yàn)溶液上部形成的氣壓。5.2.4蓋板應(yīng)有通入試驗(yàn)氣體的進(jìn)氣口、排出試驗(yàn)氣體的出氣口,以及用于溶液導(dǎo)入導(dǎo)出的導(dǎo)液口。5.2.5輔助元件:輔助元件包括用于蓋板和底座密封的密封圈和螺栓。輔助元件應(yīng)使用不與試驗(yàn)溶液及試驗(yàn)氣體發(fā)生反應(yīng),同時(shí)不會(huì)在試驗(yàn)過程中發(fā)生降解的材料。3a)蓋板b)底座2——螺母墊片;3——螺母;5——進(jìn)氣孔;6——pH測(cè)量孔;7——溫度測(cè)量接口;8——出氣孔。圖2蓋板和底座示意圖6試驗(yàn)溶液6.1本文件規(guī)定試驗(yàn)方法可選用下列兩種溶液進(jìn)行試驗(yàn):a)GB/T4157—2017試驗(yàn)溶液A;b)模擬油田采出水、注入水等輸送流體介質(zhì)的試驗(yàn)溶液。6.2除非另有要求,試驗(yàn)溶液溫度應(yīng)保持在(24±3)℃。47試樣7.1帶環(huán)焊縫的試樣,環(huán)焊縫應(yīng)位于試樣管段中間位置。為保留加工及焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,試樣長(zhǎng)度應(yīng)不小于其外徑。7.2應(yīng)在試樣評(píng)價(jià)區(qū)域外表面施加最大載荷位置進(jìn)行標(biāo)記,以保證能準(zhǔn)確地施加載荷。7.3碳鋼試樣表面處理:試樣內(nèi)表面應(yīng)噴砂至GB/T8923.1—2011中Sa2≌清理等級(jí);耐蝕合金試樣表面處理:試樣內(nèi)表面僅去除油污,除非用戶有特殊要求,不應(yīng)對(duì)試樣內(nèi)表面進(jìn)行噴砂等帶有磨損性的處理。7.4端面處理:試樣兩端應(yīng)加工出清潔平整的表面,端面粗糙度不大于0.8μm,以保證后續(xù)氣密配合。7.5當(dāng)加載塊與試樣焊縫接觸時(shí),應(yīng)去除接觸位置焊縫余高。8試樣的加載過程8.1超聲探傷試驗(yàn)前超聲檢測(cè)的目的是能夠與試驗(yàn)后檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行定量比較。試驗(yàn)前,試樣管段應(yīng)按NB/T47013.3規(guī)定的超聲檢測(cè)程序進(jìn)行全范圍的超聲檢測(cè)。超聲檢測(cè)時(shí)應(yīng)使用無(wú)硅耦合劑。8.2試樣加載8.2.1應(yīng)變片的使用使用應(yīng)變片以及對(duì)試樣實(shí)際加載前,需要選擇施加應(yīng)力的兩處最大點(diǎn),最大應(yīng)力位置應(yīng)選在緊鄰焊縫的區(qū)域或超聲波發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域。應(yīng)在試樣內(nèi)表面兩處應(yīng)力最大點(diǎn)處粘貼應(yīng)變片,用以監(jiān)測(cè)載荷和測(cè)定所施加載荷產(chǎn)生的應(yīng)力??筛鶕?jù)如下分類對(duì)試樣進(jìn)行應(yīng)變片排布:a)無(wú)縫試樣;b)僅帶一條直縫焊縫的試樣;c)僅帶一條螺旋焊縫的試樣;d)僅帶一條環(huán)焊縫的試樣;e)帶有直縫焊縫或螺旋焊縫的試樣通過環(huán)焊縫焊接,環(huán)焊縫兩側(cè)試樣的壁厚相同;f)除環(huán)焊縫兩側(cè)壁厚不同外其他與e)相同;g)無(wú)縫管試樣與直縫管試樣通過環(huán)焊縫焊接,環(huán)焊縫兩側(cè)試樣的壁厚相同;h)除環(huán)焊縫兩側(cè)壁厚不同外其他與g)相同。不同類型管線鋼應(yīng)變片粘貼位置及測(cè)量程序按附錄A執(zhí)行。上述每種試樣應(yīng)分別考慮應(yīng)變測(cè)量方式及加載類型。一般要求最大加載應(yīng)力為72%或80%的名義最小屈服強(qiáng)度,也可根據(jù)用戶要求施加加載應(yīng)力。一旦載荷被施加,應(yīng)記錄應(yīng)變片采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值,每組加載塊均應(yīng)記錄施加的應(yīng)力值。加載后的環(huán)型試樣應(yīng)至少放置30min,并進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)以確保未發(fā)生應(yīng)力松弛,否則應(yīng)修正載荷。最終確認(rèn)施加載荷滿足試驗(yàn)要求后,應(yīng)去除應(yīng)變片,去除應(yīng)變片過程中應(yīng)避免破壞或劃傷試樣管段的內(nèi)表面,隨后對(duì)應(yīng)變片粘貼區(qū)域及其他受污染區(qū)域進(jìn)行清洗及除油。59試驗(yàn)程序9.1為防止試驗(yàn)過程中H?S氣體泄漏造成的危害,組裝好的試驗(yàn)單元應(yīng)置于帶有H?S實(shí)驗(yàn)安全保障裝置的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。9.2試驗(yàn)溶液應(yīng)采用4.2規(guī)定的惰性氣體除氧。除氧應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行,以100mL/min的流量通入惰性氣體,除氧時(shí)間為每升溶液至少通入1h,試驗(yàn)溶液體積較大時(shí)也可采用較高流量進(jìn)行除氧以縮短除氧時(shí)間。9.3應(yīng)對(duì)加載后的試樣管段與蓋板和底座組成的試驗(yàn)單元,以100mL/min的流量通入惰性氣體,除氧時(shí)間為每升溶液至少通入1h,試驗(yàn)溶液體積較大時(shí)也可采用較高流量進(jìn)行除氧以縮短除氧時(shí)間。9.4將9.2中已經(jīng)除氧備用的試驗(yàn)溶液通過密閉系統(tǒng)導(dǎo)入9.3中預(yù)先除氧的試驗(yàn)單元內(nèi),通入惰性氣體進(jìn)一步除氧,直至試驗(yàn)單元內(nèi)的試驗(yàn)溶液除氧至氧濃度小于或等于50×10-°。9.5除氧完成后,試驗(yàn)溶液以100mL/min~200mL/min的速度和按每升溶液通氣20min的時(shí)間持續(xù)通入H?S氣體并達(dá)到飽和,然后開始計(jì)時(shí)。在試驗(yàn)期間,以低流速(每分鐘幾個(gè)氣泡)維持H?S在試驗(yàn)單元內(nèi)的連續(xù)流動(dòng),試驗(yàn)單元通過出氣口可持續(xù)地排出H?S氣泡。9.6完整環(huán)型試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間一般推薦為30d。根據(jù)用戶需求,可延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。10試樣檢查10.1試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)采用惰性氣體除去H?S,之后將試驗(yàn)單元內(nèi)的試驗(yàn)溶液排干并對(duì)試樣管段進(jìn)行卸載。10.2依據(jù)8.1對(duì)試樣管段進(jìn)行超聲檢測(cè),記錄異常顯示,并在顯示處進(jìn)行標(biāo)記。同時(shí),在異常顯示處取樣進(jìn)行金相分析,判定是否存在裂紋。10.3若試樣經(jīng)超聲檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常顯示,宜按NB/T47013.4對(duì)試樣內(nèi)壁進(jìn)行磁粉探傷或按NB/T47013.5進(jìn)行滲透檢測(cè),并對(duì)高應(yīng)力區(qū)域中至少兩處位置取樣進(jìn)行金相分析。11試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容:a)本文件編號(hào);c)試樣的屈服強(qiáng)度、加載應(yīng)力;e)試樣是否破裂;f)試驗(yàn)前后超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)后金相分析結(jié)果等。6(規(guī)范性)A.1施加載荷采用外部加載塊和加載螺栓進(jìn)行加載。試樣應(yīng)置于兩加載塊中間,與加載塊所接觸兩點(diǎn)的內(nèi)表面獲得最大拉伸應(yīng)力,加載塊加載的最大應(yīng)力位置標(biāo)記為0°和180°。A.2粘貼應(yīng)變片前試樣的表面處理所有用來(lái)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的區(qū)域應(yīng)使用除油劑進(jìn)行除油。首先應(yīng)對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。然后應(yīng)在測(cè)量點(diǎn)中心約25mm×25mm區(qū)域使用180#/240#砂輪輕輕打磨,隨后使用320#/400#砂紙手工拋光。手工拋光操作時(shí)應(yīng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)打磨以防止線性應(yīng)力增加。焊縫處的測(cè)量點(diǎn),應(yīng)確保打磨和拋光延伸至焊趾處。這些操作應(yīng)避免用力過大,以減少殘余應(yīng)力引入。隨后對(duì)打磨和拋光后的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行最終標(biāo)記,若應(yīng)變片生產(chǎn)商另有其他表面處理要求,應(yīng)按照應(yīng)變片生產(chǎn)商所述方式進(jìn)行試樣表面處理。A.3應(yīng)變片應(yīng)使用電阻箔式應(yīng)變片。應(yīng)變片的標(biāo)稱電阻值應(yīng)為120Ω,管徑不大于152.4mm的環(huán)型試樣應(yīng)使用柵長(zhǎng)為1mm的應(yīng)變片,管徑大于152.4mm的環(huán)型試樣應(yīng)使用柵長(zhǎng)為2mm的應(yīng)變片。注1:經(jīng)客戶許可可使用其他柵長(zhǎng)應(yīng)變片。注2:為進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量,推薦使用下列結(jié)構(gòu)形狀的應(yīng)變片:a)單軸;應(yīng)變片應(yīng)進(jìn)行適合于環(huán)型試樣材料的自溫度補(bǔ)償,應(yīng)在一10℃~30℃溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定性。應(yīng)將應(yīng)變片一單元(敏感柵)置于環(huán)型試樣的環(huán)向。測(cè)量柵的中心通常距任何所遇焊縫焊趾的標(biāo)稱距離為3mm~3.5mm。A.4應(yīng)變片黏合劑黏合劑應(yīng)與應(yīng)變片相匹配,保證應(yīng)變片與試樣表面黏結(jié)良好。A.5應(yīng)變片接線所有應(yīng)變片接線應(yīng)由三芯0.08mm的Cu/PVC鎧裝電纜制成,并采用三線四分之一橋接方式連接到設(shè)備上。應(yīng)通過接線端子將主輸出接線連接到復(fù)合測(cè)量接線。A.6應(yīng)變片測(cè)試應(yīng)使用專門設(shè)計(jì)的應(yīng)變片安裝試驗(yàn)設(shè)備對(duì)所有應(yīng)變片進(jìn)行檢驗(yàn),以確保滿足下列要求:a)應(yīng)變片電阻對(duì)標(biāo)稱值的偏差在士1%以內(nèi);7b)對(duì)地絕緣電阻超過2000MΩ;c)測(cè)量膠層有效黏合。A.7應(yīng)變片數(shù)據(jù)采集應(yīng)變片測(cè)試驗(yàn)收后,應(yīng)將安裝好的應(yīng)變片連接至合適的應(yīng)變測(cè)量檢測(cè)設(shè)備。A.8完整環(huán)型試樣(內(nèi)部)應(yīng)變片位置A.8.1總則描述了八種環(huán)型試樣,以及對(duì)環(huán)型試樣施加載荷時(shí),在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)測(cè)量合適的預(yù)載荷所使用應(yīng)變片的最少數(shù)量。A.8.2無(wú)縫試樣90°直角應(yīng)變片應(yīng)置于如圖A.1所示位置,沿環(huán)型試樣中心環(huán)向分布。標(biāo)引序號(hào)說明:2—-應(yīng)變片1T;3——應(yīng)變片2T;4——可選應(yīng)變片S;5——內(nèi)部視圖。注:若不確定加載點(diǎn)位置是否在預(yù)拉伸目標(biāo)區(qū)(0°),可在90°直角應(yīng)變片兩側(cè)各安裝一個(gè)單軸應(yīng)變片,目的是能觀察到任何失衡并得到修正。增加的兩個(gè)應(yīng)變片宜與90°直角應(yīng)變片距離相等,與90°直角應(yīng)變片距離在25mm圖A.1無(wú)縫環(huán)型試樣應(yīng)變片位置A.8.3直縫焊縫試樣90°直角應(yīng)變片應(yīng)置于如圖A.2所示位置,沿環(huán)型試樣中心環(huán)向分布。預(yù)拉伸目標(biāo)區(qū)(0°)應(yīng)緊鄰直縫焊縫焊趾一側(cè)。8GB/T41755—2022標(biāo)引序號(hào)說明:2——應(yīng)變片3T;3——應(yīng)變片1T;4——應(yīng)變片2T;5—-可選應(yīng)變片S;6——內(nèi)部視圖。注1:在此類試樣上,應(yīng)變片仍沿試樣中心環(huán)向軸線安裝。注2:同時(shí),若不確定加載點(diǎn)位置是否在預(yù)拉伸目標(biāo)區(qū),可在環(huán)型試樣180°軸線處的90°直角應(yīng)變片兩側(cè)等間距安裝單軸應(yīng)變片,每個(gè)單軸應(yīng)變片距90°直角應(yīng)變片距離不超過25mm。圖A.2僅帶有一條直縫焊縫的環(huán)型試樣應(yīng)變片位置A.8.4螺旋焊縫試樣應(yīng)使用90°直角應(yīng)變片和45°花式應(yīng)變片的組合,如圖A.3所示。標(biāo)引序號(hào)說明:2——應(yīng)變片1R;3——應(yīng)變片6T;4——應(yīng)變片4T;5——應(yīng)變片3R;6——應(yīng)變片7T;7——應(yīng)變片5T;8——應(yīng)變片2R;9——內(nèi)部視圖。圖A.3僅帶有一條螺旋焊縫的環(huán)型試樣應(yīng)變片位置9A.8.5環(huán)焊縫試樣通常只限于小管徑環(huán)型試樣,90°直角應(yīng)變片應(yīng)使用的位置如圖A.4所示。注:當(dāng)不確定加載點(diǎn)位置是否在預(yù)拉伸目標(biāo)區(qū)(0°)時(shí),可在如圖A.4所示的位置增加單軸應(yīng)變片。但此方法僅在其距基準(zhǔn)面兩側(cè)的角度小于15°時(shí)方可采用。標(biāo)引序號(hào)說明:2——可選應(yīng)變片S;3——應(yīng)變片1T;4——應(yīng)變片3T;5——應(yīng)變片2T;6——應(yīng)變片4T;7——內(nèi)部視圖。圖A.4僅帶有一條環(huán)焊縫的環(huán)型試樣應(yīng)變片位置A.8.6與直縫焊縫或螺旋焊縫相結(jié)合的環(huán)焊縫試樣此類環(huán)型試樣有多種幾何結(jié)構(gòu),見圖A.5~圖A.7。一般而言,直縫焊縫可能在30°~180°之間錯(cuò)開。某些情況下,第二條焊縫可能與加載梁中的一個(gè)相接觸,在這種情況下,只有經(jīng)用戶同意后,方可磨掉與加載塊接觸的試樣內(nèi)表面直縫焊縫余高。標(biāo)引序號(hào)說明:1——應(yīng)變片1T;8——5°~175°之間類型;2——應(yīng)變片2T;9——可選應(yīng)變片8S;3——可選應(yīng)變片3S;10——應(yīng)變片9T;4——應(yīng)變片4T;11——可選應(yīng)變片10S;5——可選應(yīng)變片5S;12——內(nèi)部視圖;6——應(yīng)變片6T;13——T=90°直角,S=單軸。7——應(yīng)變片7T;注:除單軸可選應(yīng)變片外,其余使用90°直角應(yīng)變片。圖A.5帶有環(huán)焊縫和直縫焊縫且兩條直縫焊縫的角度差在5°~175°之間的環(huán)型試樣應(yīng)變片位置如果直縫焊縫的角度差在0°~5°或175°~185°,那么應(yīng)在目標(biāo)區(qū)域以及180°位置增加應(yīng)變片,如標(biāo)引序號(hào)說明:2—-應(yīng)變片1T;9——應(yīng)變片8T;3——應(yīng)變片9T;10——應(yīng)變片6T;4——應(yīng)變片7T;11——應(yīng)變片4T;5——應(yīng)變片5T;12--0°~5°類型;6——應(yīng)變片3T;13——175°~185°類型。7——應(yīng)變片2T;注:應(yīng)變片3和應(yīng)變片4可用于所有情況。如果焊縫重疊,可省去應(yīng)變片7和應(yīng)變片10。如果第二條焊縫與180°重疊,那么省去應(yīng)變片5和應(yīng)變片6,應(yīng)變片3置于180°軸線位置。在175°~185°之間的環(huán)型試樣修改后應(yīng)變片位置對(duì)帶有一條環(huán)焊縫的螺旋焊縫試樣,應(yīng)按圖A.7所示進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量。標(biāo)引序號(hào)說明:1——應(yīng)變片3R;2——應(yīng)變片1R;3——應(yīng)變片11T;4——應(yīng)變片5T;5——應(yīng)變片7T;6——應(yīng)變片9T;7——應(yīng)變片4T;8——應(yīng)變片2T;9——應(yīng)變片12T;10——應(yīng)變片10T;11—-應(yīng)變片8T;12——應(yīng)變片6T;13——內(nèi)部視圖;圖A.7螺旋焊縫和一條環(huán)焊縫相結(jié)合的試樣應(yīng)變片位置A.8.7帶有環(huán)焊縫和一條直縫焊縫的試樣若環(huán)型試樣具有相同的壁厚,則參照?qǐng)DA.8將其中的應(yīng)變片3、應(yīng)變片4、應(yīng)變片5、應(yīng)變片8、應(yīng)變片9、應(yīng)變片10去除,或可選擇使用單軸應(yīng)變片替代上述應(yīng)變片。若環(huán)型試樣具有不同壁厚,則完全按照?qǐng)DA.8執(zhí)行。標(biāo)引序號(hào)說明:2—-應(yīng)變片3T;10——應(yīng)變片2T;3——應(yīng)變片1T;11——應(yīng)變片12T;4——應(yīng)變片11T;12—-應(yīng)變片9T;5——應(yīng)變片10T;13——應(yīng)變片7T;6——應(yīng)變片8T;

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