一种无缝薄壁高氮钢管及其制备方法 |
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申请号 | CN202410353952.5 | 申请日 | 2024-03-27 | 公开(公告)号 | CN117947247A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
申请人 | 烟台哈尔滨工程大学研究院; | 发明人 | 请求不公布姓名; 请求不公布姓名; 请求不公布姓名; | ||||
摘要 | 一种无缝薄壁高氮 钢 管及其制备方法,属于 不锈钢 热 挤压 成型 技术领域。为制备高强,高塑性及高耐 腐蚀 性特性的薄壁钢管,本 发明 的制备工艺流程为圆柱钢 铸造 →第1次固溶处理→2次 热挤压 →第1次 热处理 →第1次 酸洗 →第1次 冷轧 →第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理;材料成分为氮含量为0.6~1.4wt%、铬含量为16.0~24.0wt%、锰含量为5.0~17.0wt%、镍含量为0.5~4.5wt%、 硅 含量为0.2~0.5wt%、钼含量为1.5~3.5wt%、铌含量为0.05~0.3wt%、 钛 含量为0.01~0.25wt%、钴含量≤0.1wt%、锌含量为0.01~0.1wt%等。本发明为薄壁钢管。 | ||||||
权利要求 | 1.一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,其特征在于,所述制备方法的制备工艺流程为圆柱钢铸造→第1次固溶处理→2次热挤压→第1次热处理→第1次酸洗→第1次冷轧→第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理; |
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说明书全文 | 一种无缝薄壁高氮钢管及其制备方法技术领域背景技术[0002] 薄壁长管形锻件的成形一直是金属塑性成形领域的难点之一,传统的长管件成型工艺包括拉深成型、旋压成型、挤压成型等,拉深成型工艺多用于薄板直接拉深成薄壁管件,所成型零件的管壁壁厚很薄,无法通过该工艺制造力学性能优异的壁厚相对较薄的长管形零件。旋压成形工艺多用于薄壁空心回转体壁厚的减薄和强化,也无法通过该工艺将坯料直接成型为长管零件。挤压工艺多用于厚壁管件的成型,但成形零件的管长和壁厚受到限制,这些工艺均很难直接制造出薄壁长管形零件。目前,军用炮管,舰船及海洋工程,石油化工等领域使用的薄壁钢管,要求具有轻质,高强,高塑性及高耐腐蚀性特性,但现有技术无法满足以上要求。 [0003] 申请号为201310041404、发明名称为“一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺”的发明专利,公开了工艺包括坯料加工→环形炉加热→感应加热→润滑→热挤压→冷却→检验,此方法开发的薄壁管壁厚为5.5mm,抗拉强度最大为685MPa,延伸率为41%,但此方法的壁厚度还是有一定的局限性。 发明内容[0004] 本发明要解决的问题是制备具有高强,高塑性及高耐腐蚀性特性的薄壁钢管,提出一种无缝薄壁高氮钢管及其制备方法。 [0005] 为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,所述制备方法的制备工艺流程为圆柱钢铸造→第1次固溶处理→2次热挤压→第1次热处理→第1次酸洗→第1次冷轧→第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理; 所述无缝薄壁高氮钢管的材料成分为:氮含量为0.6 1.4wt%、铬含量为16.0~ ~ 24.0wt%、锰含量为5.0 17.0wt%、镍含量为0.5 4.5wt%、硅含量为0.2 0.5wt%、钼含量为1.5~ ~ ~ 3.5wt%、铌含量为0.05 0.3wt%、钛含量为0.01 0.25wt%、钴含量≤0.1wt%、锌含量为0.01~ ~ ~ ~ 0.1wt%、铅含量为0.01 0.1wt%、钒含量为0.05 0.35wt%、铜含量为≤0.1wt%、碳含量≤~ ~ 0.05wt%、硫含量≤0.008wt%、磷含量≤0.02wt%,余量为铁。 [0006] 进一步的,所述圆柱钢铸造的工艺为在铸模内涂耐火材料粉体,将感应加热后的1550℃~1600℃熔融高氮钢液倒入铸模,保温1h~4h后,铸模水冷至室温,得到直径为35mm~160mm的铸造圆钢,然后对铸造圆钢进行剥皮、锯切、深孔加工和车床加工处理,最终得到圆柱钢的材料参数为:粗糙度4μm~6μm,锯切后端面切斜度≤2mm,中心孔加工后孔径为 8mm,钻孔同心度≤0.2mm,直径为30mm~155mm,长为0.5m~4m。 [0007] 进一步的,所述第1次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对圆柱钢进行固溶处理,燃气炉从室温下开始快速加热,升温速率为20℃/min~40℃/min,加热到820℃~880℃,保温10~30min,继续缓慢加热,升温速率为10℃/min~30℃/min,加热至1050℃~1180℃,保温1h~20h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第1次固溶处理后的圆柱钢。 [0008] 进一步的,所述2次热挤压的工艺为采用挤压机对圆柱钢进行热挤压成型,将圆柱钢置入挤压筒中,加热至1140℃~1280℃,保温1h~6h,采用纯Mo材质的挤压头向前移动,移动速率为3mm/s~12mm/s,第1次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为10mm~20mm;第2次挤压成型为对第1次挤压成型得到的圆管进行扩孔,挤压头移动速率为4mm/s~ 16mm/s,第2次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为8mm~16mm。 [0009] 进一步的,所述第1次热处理和第1次酸洗的工艺如下:第1次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第2次挤压成型的圆管以10℃/min~30℃/min加热至1050℃~1180℃,保温1h~20h,出炉后水冷至室温,然后进行第1次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间4h~20h,然后水洗烘干,得到第1次酸洗后的圆管,外径为26mm~150mm、壁厚为 6mm~12mm。 [0010] 进一步的,所述第1次冷轧的工艺为将第1次酸洗后的圆管利用冷轧机一次冷轧成直径为22mm~120mm、壁厚为3mm~6mm、长为1m~8m的圆管,冷轧后用酒精除油,得到第1次冷轧后的圆管。 [0011] 进一步的,所述第2次热处理和第2次酸洗的工艺如下:第2次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第1次冷轧后的圆管以20℃/min~40℃/min的加热速度加热至780℃~820℃,保温0.5h~4h,继续缓慢加热,升温速率为5℃/min~15℃/min,加热至1050℃~1180℃,保温0.5h~4h,出炉后水冷至室温,然后进行第2次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间5h~20h,然后水洗烘干,得到第2次酸洗后的圆管,其外径为20mm~118mm、壁厚为2mm~5mm、长为1m~8m。 [0012] 进一步的,所述第2次冷轧的工艺为将第2次酸洗后的圆管利用冷轧机进行第2次冷轧,得到直径为15mm~110mm、壁厚为1mm~3mm、长为1.5m~12m的薄壁圆管,冷轧后用酒精除油,得到第2次冷轧后的圆管。 [0013] 进一步的,所述第2次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对第2次冷轧后的圆管进行固溶处理,燃气炉从室温下开始加热,升温速率为15℃/min~25℃/min,加热至1050℃~1180℃,保温2h~10h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第2次固溶处理后的圆管。 [0014] 一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的一种无缝薄壁高氮钢管,所述的一种无缝薄壁高氮钢管的直径为15mm~110mm,壁厚为1mm~3mm,管长为1.5m~12m。 [0015] 有益效果:本发明所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,高氮钢管材料的高强度和高塑性,可以通过多次热挤工艺和多次冷轧工艺实现薄壁管的成型,而在热挤和冷轧过程中不会导致出现圆管表面粗糙度增大和表面凸起现象。 [0016] 本发明所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的高氮钢管,可以大大减轻结构件的重量,提高结构稳定性,其力学性能和质量均满足军用炮筒、舰船和海洋工程、石油化工等领域的用途要求,可代替以往的316L不锈钢管。 具体实施方式[0017] 具体实施方式一一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,所述制备方法的制备工艺流程为圆柱钢铸造→第1次固溶处理→2次热挤压→第1次热处理→第1次酸洗→第1次冷轧→第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理; 所述无缝薄壁高氮钢管的材料成分为:氮含量为0.6 1.4wt%、铬含量为16.0~ ~ 24.0wt%、锰含量为5.0 17.0wt%、镍含量为0.5 4.5wt%、硅含量为0.2 0.5wt%、钼含量为1.5~ ~ ~ 3.5wt%、铌含量为0.05 0.3wt%、钛含量为0.01 0.25wt%、钴含量≤0.1wt%、锌含量为0.01~ ~ ~ ~ 0.1wt%、铅含量为0.01 0.1wt%、钒含量为0.05 0.35wt%、铜含量为≤0.1wt%、碳含量≤~ ~ 0.05wt%、硫含量≤0.008wt%、磷含量≤0.02wt%,余量为铁。 [0018] 进一步的,所述圆柱钢铸造的工艺为在铸模内涂耐火材料粉体,将感应加热后的1580℃熔融高氮钢液倒入铸模,保温3h后,铸模水冷至室温,得到直径为35mm~160mm的铸造圆钢,然后对铸造圆钢进行剥皮、锯切、深孔加工和车床加工处理,最终得到圆柱钢的材料参数为:粗糙度4μm~6μm,锯切后端面切斜度≤2mm,中心孔加工后孔径为8mm,钻孔同心度≤0.2mm,直径为230mm~155mm,长为0.5m~4m。 [0019] 进一步的,所述第1次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对圆柱钢进行固溶处理,燃气炉从室温下开始快速加热,升温速率为20℃/min,加热到850℃,保温10min,继续缓慢加热,升温速率为10℃/min,加热至1060℃,保温8h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第1次固溶处理后的圆柱钢。 [0020] 进一步的,所述2次热挤压的工艺为采用挤压机对圆柱钢进行热挤压成型,将圆柱钢置入挤压筒中,加热至1200℃,保温4h,采用纯Mo材质的挤压头向前移动,移动速率为3mm/s,第1次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为10mm~20mm;第2次挤压成型为对第1次挤压成型得到的圆管进行扩孔,挤压头移动速率为4mm/min,第2次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为8mm~16mm。 [0021] 进一步的,所述第1次热处理和第1次酸洗的工艺如下:第1次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第2次挤压成型的圆管以15℃/min加热至1050℃,保温30min,出炉后水冷至室温,然后进行第1次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间30h,然后水洗烘干,得到第1次酸洗后的圆管,外径为26mm~150mm、壁厚为6mm~12mm。 [0022] 进一步的,所述第1次冷轧的工艺为将第1次酸洗后的圆管利用冷轧机一次冷轧成直径为60mm~1200mm、壁厚为2.5mm~14mm、长为1m~8m的圆管,冷轧后用酒精除油,得到第1次冷轧后的圆管。 [0023] 进一步的,所述第2次热处理和第2次酸洗的工艺如下:第2次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第1次冷轧后的圆管以25℃/min的加热速度加热至800℃,保温2h,继续缓慢加热,升温速率为10℃/min,加热至1100℃,保温1h,出炉后水冷至室温,然后进行第2次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间12h,然后水洗烘干,得到第2次酸洗后的圆管,外径为20mm~118mm、壁厚为2mm~5mm、长为1m~8m。 [0024] 进一步的,所述第2次冷轧的工艺为将第2次酸洗后的圆管利用冷轧机进行第2次冷轧,得到直径为15mm~110mm、壁厚为1mm~3mm、长为1.5m~12m的薄壁圆管,冷轧后用酒精除油,得到第2次冷轧后的圆管。 [0025] 进一步的,所述第2次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对第2次冷轧后的圆管进行固溶处理,燃气炉从室温下开始加热,升温速率为20℃/min,加热至1080℃,保温8h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第2次固溶处理后的圆管。 [0026] 本实施方式所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的一种无缝薄壁高氮钢管,所述的一种无缝薄壁高氮钢管的直径为15mm~110mm,壁厚为1mm~3mm,管长为1.5m~12m。 [0027] 本实施方式所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的一种无缝薄壁高氮钢管,按照GB/T 2975标准进行取样,在不同批次高氮钢管上分别取5个试样,力学性能测试结果为5个试样的平均值,力学性能符合GB/T14976‑2002标准,实际检测结果符合力学性能标准,具体检测值如表1所示:注高氮钢为冷轧状态后的数据,而316L为固溶处理态所测的数据。 [0028] 表1 标准316L不锈钢和高氮钢力学性能 [0029] 具体实施方式二一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,所述制备方法的制备工艺流程为圆柱钢铸造→第1次固溶处理→2次热挤压→第1次热处理→第1次酸洗→第1次冷轧→第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理; 所述无缝薄壁高氮钢管的材料成分为:氮含量为0.6 1.4wt%、铬含量为16.0~ ~ 24.0wt%、锰含量为5.0 17.0wt%、镍含量为0.5 4.5wt%、硅含量为0.2 0.5wt%、钼含量为1.5~ ~ ~ 3.5wt%、铌含量为0.05 0.3wt%、钛含量为0.01 0.25wt%、钴含量≤0.1wt%、锌含量为0.01~ ~ ~ ~ 0.1wt%、铅含量为0.01 0.1wt%、钒含量为0.05 0.35wt%、铜含量为≤0.1wt%、碳含量≤~ ~ 0.05wt%、硫含量≤0.008wt%、磷含量≤0.02wt%,余量为铁。 [0030] 进一步的,所述圆柱钢铸造的工艺为在铸模内涂耐火材料粉体,将感应加热后的1550℃熔融高氮钢液倒入铸模,保温4h后,铸模水冷至室温,得到直径为35mm~160mm的铸造圆钢,然后对铸造圆钢进行剥皮、锯切、深孔加工和车床加工处理,最终得到圆柱钢的材料参数为:粗糙度4μm~6μm,锯切后端面切斜度≤2mm,中心孔加工后孔径为8mm,钻孔同心度≤0.2mm,直径为30mm~155mm,长为0.5m~4m。 [0031] 进一步的,所述第1次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对圆柱钢进行固溶处理,燃气炉从室温下开始快速加热,升温速率为30℃/min,加热到840℃,保温25min,继续缓慢加热,升温速率为20℃/min,加热至1100℃,保温10h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第1次固溶处理后的圆柱钢。 [0032] 进一步的,所述2次热挤压的工艺为采用挤压机对圆柱钢进行热挤压成型,将圆柱钢置入挤压筒中,加热至1200℃,保温4.5h,采用纯Mo材质的挤压头向前移动,移动速率为12mm/s,第1次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为10mm~20mm;第2次挤压成型为对第1次挤压成型得到的圆管进行扩孔,挤压头移动速率为16mm/s,第2次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为8mm~16mm。 [0033] 进一步的,所述第1次热处理和第1次酸洗的工艺如下:第1次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第2次挤压成型的圆管以20℃/min加热至1120℃,保温2h,出炉后水冷至室温,然后进行第1次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间6h,然后水洗烘干,得到第1次酸洗后的圆管外径为26mm~150mm、壁厚为6mm~12mm。 [0034] 进一步的,所述第1次冷轧的工艺为将第1次酸洗后的圆管利用冷轧机一次冷轧成直径为22mm~120mm、壁厚为3mm~6mm、长为1m 8m的圆管,冷轧后用酒精除油,得到第1次冷~轧后的圆管。 [0035] 进一步的,所述第2次热处理和第2次酸洗的工艺如下:第2次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第1次冷轧后的圆管以25℃/min的加热速度加热至780℃,保温1h,继续缓慢加热,升温速率为12℃/min,加热至1050℃,保温3h,出炉后水冷至室温,然后进行第2次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间20,然后水洗烘干,得到第2次酸洗后的圆管,外径为20mm~118mm,壁厚为2mm~5mm,长为1m~8m。 [0036] 进一步的,所述第2次冷轧的工艺为将第2次酸洗后的圆管利用冷轧机进行第2次冷轧,得到直径为15mm~110mm、壁厚为1mm~3mm、长为1.5m 12m的薄壁圆管,冷轧后用酒精~除油,得到第2次冷轧后的圆管。 [0037] 进一步的,所述第2次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对第2次冷轧后的圆管进行固溶处理,燃气炉从室温下开始加热,升温速率为18℃/min,加热至1100℃,保温6h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第2次固溶处理后的圆管。 [0038] 本实施方式所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的一种无缝薄壁高氮钢管,所述的一种无缝薄壁高氮钢管的直径为15mm~110mm,壁厚为1mm~3mm,管长为1.5m~12m。 [0039] 具体实施方式三一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法,所述制备方法的制备工艺流程为圆柱钢铸造→第1次固溶处理→2次热挤压→第1次热处理→第1次酸洗→第1次冷轧→第2次热处理→第2次酸洗→第2次冷轧→第2次固溶处理; 所述无缝薄壁高氮钢管的材料成分为:氮含量为0.6 1.4wt%、铬含量为16.0~ ~ 24.0wt%、锰含量为5.0 17.0wt%、镍含量为0.5 4.5wt%、硅含量为0.2 0.5wt%、钼含量为1.5~ ~ ~ 3.5wt%、铌含量为0.05 0.3wt%、钛含量为0.01 0.25wt%、钴含量≤0.1wt%、锌含量为0.01~ ~ ~ ~ 0.1wt%、铅含量为0.01 0.1wt%、钒含量为0.05 0.35wt%、铜含量为≤0.1wt%、碳含量≤~ ~ 0.05wt%、硫含量≤0.008wt%、磷含量≤0.02wt%,余量为铁。 [0040] 进一步的,所述圆柱钢铸造的工艺为在铸模内涂耐火材料粉体,将感应加热后的1600℃熔融高氮钢液倒入铸模,保温1h后,铸模水冷至室温,得到直径为35mm~160mm的铸造圆钢,然后对铸造圆钢进行剥皮、锯切、深孔加工和车床加工处理,最终得到圆柱钢的材料参数为:粗糙度4μm~6μm,锯切后端面切斜度≤2mm,中心孔加工后孔径为8mm,钻孔同心度≤0.2mm,直径为30mm~155mm,长为0.5m~4m。 [0041] 进一步的,所述第1次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对圆柱钢进行固溶处理,燃气炉从室温下开始快速加热,升温速率为35℃/min,加热到860℃,保温30min,继续缓慢加热,升温速率为30℃/min,加热至1170℃,保温20h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第1次固溶处理后的圆柱钢。 [0042] 进一步的,所述2次热挤压的工艺为采用挤压机对圆柱钢进行热挤压成型,将圆柱钢置入挤压筒中,加热至1280℃,保温6h,采用纯Mo材质的挤压头向前移动,移动速率为8mm/s,第1次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为10mm~20mm;第2次挤压成型为对第1次挤压成型得到的圆管进行扩孔,挤压头移动速率为12mm/s,第2次挤压成型的圆管外径为30mm~155mm、壁厚为8mm~16mm。 [0043] 进一步的,所述第1次热处理和第1次酸洗的工艺如下:第1次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第2次挤压成型的圆管以30℃/min加热至1180℃,保温12h,出炉后水冷至室温,然后进行第1次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间20h,然后水洗烘干,得到第1次酸洗后的圆管,外径为26mm~150mm、壁厚为6mm~12mm。 [0044] 进一步的,所述第1次冷轧的工艺为将第1次酸洗后的圆管利用冷轧机一次冷轧成直径为22mm~120mm、壁厚为3mm~6mm、长为1m 8m的圆管,冷轧后用酒精除油,得到第1次冷~轧后的圆管。 [0045] 进一步的,所述第2次热处理和第2次酸洗的工艺如下:第2次热处理采用连续燃气炉加热的方法,迅速将第1次冷轧后的圆管以40℃/min的加热速度加热至820℃,保温3.5h,继续缓慢加热,升温速率为12℃/min,加热至1160℃,保温4h,出炉后水冷至室温,然后进行第2次酸洗,在酸洗槽中配置质量比为3:1的HNO3和HF的混合酸,对圆管进行酸洗去皮、去油处理,酸洗时间18h,然后水洗烘干,得到第2次酸洗后的圆管,外径为20mm~118mm、壁厚为2mm~5mm,长为1m~8m。 [0046] 进一步的,所述第2次冷轧的工艺为将第2次酸洗后的圆管利用冷轧机进行第2次冷轧,得到直径为15mm~110mm、壁厚为1mm~3mm、长1.5m 12m的薄壁圆管,冷轧后用酒精除~油,得到第2次冷轧后的圆管。 [0047] 进一步的,所述第2次固溶处理的工艺为采用连续燃气炉对第2次冷轧后的圆管进行固溶处理,燃气炉从室温下开始加热,升温速率为25℃/min,加热至1140℃,保温10h,出炉后迅速水冷至室温进行固溶处理,得到第2次固溶处理后的圆管。 [0048] 本实施方式所述的一种无缝薄壁高氮钢管的制备方法制备的一种无缝薄壁高氮钢管,所述的一种无缝薄壁高氮钢管的直径为15mm~110mm,壁厚为1mm~3mm,管长为1.5m~12m。 [0049] 需要说明的是,术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 |