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Grundstähle

Die Klasse der Grundstähle wurde mit der Neufassung der

Norm im Juli 2000 abgeschafft.

Das waren Stähle, die – abgesehen von ihrer relativ geringen

Festigkeit – auf keine Anforderungen festgelegt waren.

Sowohl unlegierte, als auch legierte Stähle (nicht rostfreie)

werden in Qualitäts- und Edelstähle unterteilt:

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Qualitätsstähle

Für Qualitätsstähle gelten festgelegte Anforderungen, wie

Zähigkeit, Schweißeignung und Umformbarkeit.

Sie sind aber nicht für eine gezielte Wärmebehandlung

geeignet (Vergüten, Härten). Seine Qualität erhält der Stahl

durch ein feinkörniges Gefüge und die geforderte Reinheit von

max. 0,045 % Phosphor und Schwefel

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Stahlsorte DIN EN

10027

Werkstoff-nummer Alte Bezeichnung C- Gehalt

S235JO 1.0114 St37-3U ≤ 0,17%

S235J2G3 1.0116 St37-3N ≤ 0,17%

S235J2G4 1.0117 ≤ 0,17%

S275JO 1.0143 St44-2 ≤ 0,18%

S275J2G3 1.0144 St44-3N ≤ 0,18%

S275J2G4 1.0145 ≤ 0,18%

S355JO 1.0553 St52-3U ≤ 0,20%

S355J2G3 1.0570 St52-3(N) ≤ 0,20%

S355J2G4 1.0577

S355K2G3 1.0595 ≤ 0,20%

S355K2G4 1.0596 ≤ 0,20%

Beispiele für Qualitätsstähle

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Bezeichnung nach Verwendungszweck

und Streckgrenze

Meist wird in der ersten Ziffer der Anwendungsbereich

angegeben danach kommt die Mindestreckgrenze Re gefolgt

von der Kerbschlagzähigkeit und diversen

Zusatzeigenschaften

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Bezeichnung nach Verwendungszweck

und Streckgrenze

zum Beispiel

S235JR+C

S = Stähle für Stahlbau

235 = Mindestreckgrenze 235 N/mm²

JR = 27J Kerbschlagzähigkeit +20°

C = Kaltumformbar

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Werkstoffnorm DIN EN 10 027

11

Qualitätsstähle

Kennbuchstabe Streckgrenze Gruppe1 Gruppe2

Maschinenbaustahl 355N/mm² unberuhigt mit besonderer

vergossen Kaltumformbarkeit

E 355 G1 C

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Kennziffer Anwendungsbereich

D kaltumformbare Stähle

E Maschinenbaustähle

H Hochfeste Flacherzeugnisse

L Stähle für Leitungsrohre

P Stähle für Druckbehälter

R Schienenstähle

S Stähle für Stahlblau

Anwendungsbereich

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+20°C 0°C -20°C -30°C -40°C -50°C -60°C

JR J0 J2 J3 J4 J5 J6 27 J

KR K0 K2 K3 K4 K5 K6 40 J

LR L0 L2 L3 L4 L5 L6 60 J

Kerbschlagzähigkeit

1 Joule= 1 Newtonmeter= 1Wattsekunde

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Kerbschlagbiegeversuchsmaschine

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Kerbschlagbiegeversuch

Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein 1905 von Augustin

Georges Albert Charpy eingeführtes Verfahren der

Werkstoffprüfung, das nach DIN EN 10045 relativ schnell und

einfach Zähigkeitseigenschaften von Werkstoffen bestimmt.

Dabei wird das Verhalten eines länglichen Quaders, der

einseitig gekerbt (meist V-, seltener U-Kerbe) und im

temperierten Zustand (gekühlt oder erwärmt) ist, bei hoher

Verformungsgeschwindigkeit (Schlagbeanspruchung)

untersucht.

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Kerbschlagbiegeversuch

Der Versuch besteht darin, dass ein Pendelhammer mit einer

bestimmten Energie auf die Rückseite der Probe trifft und sie

dabei zerschlägt. Dabei wird im Moment des Aufschlagens auf

die Probe ein Teil der Energie des Hammers durch

Verformungsprozesse in der Probe absorbiert.

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Kerbschlagbiegeversuch

Entsprechend der Energie, die während des Zerschlagens von

der Probe absorbiert wird, schwingt der Pendelhammer auf der

anderen Seite weniger hoch. Würde er widerstandsfrei

durchschwingen, würde er dieselbe Höhe wie am Anfang

erreichen.

Ermittelt wird somit die Kerbschlagarbeit W in Joule, für einen

bestimmten Werkstoff bei einer bestimmten Temperatur.

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W=m*g*(h`-h)

W: Kerbschlagarbeit in Joule

m: Masse des Pendelhammers in kg

g: Fallbeschleunigung (Erde: 9,81 m/s²)

h' − h: Fallhöhe - Steighöhe des Pendelhammers

Kerbschlagbiegeversuch

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Kerbschlagbiegeversuch

Das Verformungsvermögen eines Werkstoffes kann unter

unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen verschieden

sein. Deshalb ist die Kenntnis über das Verformungsverhalten

des Werkstoffs ein wichtiges Kriterium für die

Werkstoffbeurteilung bzw. Werkstoffauswahl. In zahlreichen

Fällen hat es sich gezeigt, dass vor allem krz-Werkstoffe, die

bei der üblichen Festigkeitsprüfung im (statischen) Zugversuch

die Anforderungen erfüllen, in der Praxis zum Beispiel bei

mehrachsiger Beanspruchung und tieferen Temperaturen

durch Sprödbruch versagen können. Vor Kenntnis der

möglichen starken Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit sind

wiederholt Schiffe (wie z. B. die Liberty-Frachter) bei niedriger

Temperatur auf ruhiger See spröde auseinandergebrochen.

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Kerbschlagbiegeversuch

Zähigkeit und Sprödigkeit sind also Eigenschaften, die nicht

allein vom Werkstoff abhängen, sondern auch von den

Beanspruchungsbedingungen wie Spannungszustand,

Verformungsgeschwindigkeit und Temperatur. Wegen des

Auftretens mehrachsiger und/oder schlagartiger

Beanspruchung in der technischen Praxis ist es notwendig,

neben Bruchdehnung und Brucheinschnürung, die im

Zugversuch bestimmt werden, das Werkstoffverhalten auch

unter Sprödbruchbedingungen zu untersuchen.

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Kerbschlagbiegeversuch

Die im Kerbschlagbiegeversuch ermittelte Kerbschlagarbeit W

geht ebenso wie die Verformungskennwerte A (Bruchdehnung)

und Z (Brucheinschnürung) aus dem Zugversuch nicht direkt in

die Festigkeitsberechnung ein. Daher ist mit Hilfe dieser Größen

nur eine qualitative Aussage bzw. eine Klassifizierung bezüglich

des Energieabsorptionsvermögens des Werkstoffs möglich

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M thermomechanisch gewalzt

N normalgeglüht

Q vergütet

G andere Merkmale mit 1 oder

mehreren Ziffern

Zusatzeigenschaften Gruppe 1

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C

kaltumformbar

L für tiefe Temperaturen

H für Halbprofile

W Wetterfest

Zusatzeigenschaften Gruppe 2

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Edelstähle

unlegierte- und legierte Stähle

Bei Edelstählen sind die festgelegten Anforderung höher als die

bei Qualitätsstählen.

Sie erreichen höhere Festigkeitswerte und sind für gezielte

Wärmebehandlung (besonders Härten und Vergüten) geeignet.

Die Qualität der nochmals verbesserten Reinheit wird durch

besondere Herstellungsverfahren wie das Elektroschlacke-

Umschmelzverfahren erreicht. Schlackeeinschlüsse werden

weitgehend entfernt, der Gehalt an Schwefel und Phosphor

darf höchstens 0,025 % betragen

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Edelstähle

unlegierte Stähle- und legierte Stähle

Die normgerechte Bezeichnung beginnt mit C (chemisches

Zeichen für Kohlenstoff), dann folgt eine Zahl die den

Kohlenstoffgehalt angibt und dann kommen die Sonderzeichen

(siehe Tabelle).

Außerdem hat jeder unlegierte Stahl nach dieser Norm einen

Mangangehalt < 1% (ausgenommen Automatenstähle).

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27

Unlegierte Stähle

Kennbuchstabe Kennzahl Zusatzsymbol

C-Gehalt

C 35 E

unlegierter Stahl 0,35% C vorgeschriebener

max. S-Gehalt

Werkstoffnorm DIN EN 10 027

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Zusatzsymbol Bedeutung

E Maximaler Schwefelgehalt

R Bereich des Schwefelgehalts

C Gut zum Kaltumformen NMBV

G Besondere Merkmale

S für Federn

U für Werkzeuge

W für Schweißdraht

D zum Drahtziehen

Werkstoffnorm DIN EN 10 027

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Eisen-Gusswerkstoffe

EN-GJS-350-22

EN = Europäische Norm

G = Guss…

J = …Eisen

S = Kugelig (Struktur)

L = Lamellar

M = Temperkohle

S = Kugelig

A = Austenit

F = Ferrit

P = Perlit

W = entkohlend geglüht

350 = Mindestzugfähigkeit (Rm in N/mm²) oder Chemische Zusammensetzung

22 = Bruchdehnung A in % ( S getrennt gegossen C am Werkstück entnommen )

Zusatz Anforderung(immer angefügt)

H = Wärmebehandelt

W = für Schweißen Geeignet

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Schnellarbeitsstahl

Der Name HSS leitet sich vom englischen „High Speed Steel“

ab, was häufig mit Hochleistung-Schnellschnittstahl übersetzt

wird. Sie sind äußerst verschleißfest und widerstandsfähig

gegen hohe Temperaturen und Temperaturwechsel. Sie werden

für Bohrer, Fräser und Drehmeißel in der Zerspanung

eingesetzt. Eine deutliche Verbesserung von Schnittleistung

und Standfestigkeit des Werkszeugs wird durch eine

Beschichtung mit Hartmetall erreicht. Besonders häufig wird

dazu Titannitrit (TiN, zu erkennen an der goldene Färbung)

oder Titancarbid (TiC) verwendet.

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Schnellarbeitsstähle

Die normgerechte Bezeichnung beginnt mit den Ziffern HS

dahinter werden in einer bestimmten Reihenfolge ( W, Mo, V, Co ) die

Legierungsmetalle in Prozent angegeben

Beispiel

HS 10-4-3-10

HS = Schnellarbeitsstahl

10 = 10% Wolfram

4 = 4% Molybdän

3 = 3 % Vanadium

10 = 10% Kobalt

11 Hydrobelaxid

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Niedriglegierte Stähle

Niedriglegierte Stähle erkannt man daran, dass sie mit der

Angabe des Kohlenstoffgehalts als zweistelliger Zahl beginnen.

(z.B. 17Cr3 = 0,17 % Kohlenstoff). Danach kommen die

Legierungselemente (Siehe Bsp. unten). Deren Anteil wird

durch einen Faktor dividiert, der aus der Tabelle zu entnehmen

ist. Ohne Angabe ist der Anteil geringfügig, aber dennoch

wichtig für die Eigenschaften der Legierung

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Niedriglegierte Stähle

Als niedriglegiert bezeichnet man Stähle, bei denen kein

Legierungselement einen mittleren Gehalt von 5 Massenprozent

überschreitet.

Bezeichnung:

Ganz vorne der Kohlenstoffgehalt in Massenprozent mal 100, gefolgt

von den chemischen Elementsymbolen der Legierungselemente in der

Reihenfolge sinkender Massenanteile, und am Ende in der gleichen

Reihenfolge, getrennt durch Bindestriche die Massenanteile der zuvor

aufgeführten Legierungselemente, die mit folgenden Faktoren

multipliziert wurden, um auf größere ganze Zahlen zu kommen:

×1000: B

×100: C, N, P, S, Ce

×10: Al, Cu, Mo, Ti, V, Be, Ta, Zr, Nb, Pb

×4: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

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Niedriglegierte Stähle

Beispiel:

30NiCrMo12-6

0,3 % Kohlenstoff (0,3=30:100)

3 % Nickel (Ni: 3=12:4)

1,5 % Chrom (Cr: 1,5=6:4)

und geringem, nicht genanntem Anteil Molybdän (Mo).

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Legierte Stähle

Legierte Stähle werden weiter in niedrig- und hochlegierte

Stähle eingeteilt. Sobald der Gehalt eines Legierungselements

über 5 % liegt ist der Stahl hochlegiert. Diese Grenze wurde

relativ willkürlich festgelegt und dient „nur“ der guten

Lesbarkeit in der Werkstoffbezeichnung

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Werkstoffnorm DIN EN 10 027

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Rostfreie Stähle

Rostfreie Stähle sind durch den hohen Chromgehalt passiviert

– das heißt, besonders reaktionsträge und

korrosionsbeständig.

Je nach Legierungselementen weisen sie verschiede

Gefügeformen auf:

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Rostfreie Stähle

Austenitische Stähle – Sie sind die mit Abstand am weitesten

verbreiteten rostfreien Stähle.

Der bekannteste Vertreter ist X5CrNi18-10, auch bekannt als

V2A. Austenitische Stähle sind nicht magnetisch, schwer zu

zerspanen aber gut umformbar und besitzen gute

Schweißeignung. Sie sind sehr weich und nicht härtbar.

(V4A wird unter der Bezeichnung 18/10 gerne für Kochtöpfe

und Besteck verwendet, jedoch nie für Messer)

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Rostfreie Stähle

Ferritische Stähle – Sind magnetisierbar, schwer zerspanbar

und schweißgeeignet. Von großer Bedeutung ist ihre

Warmfestigkeit

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Rostfreie Stähle

Martensitische Stähle- sie weisen die höchste Festigkeit unter

den rostfreien Stählen auf und können die größte Härte

erreichen. Sie werden unter anderem für Messer und andere

Schneidwerkzeuge in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie

sind magnetisierbar und leicht zu zerspanen, aber können nur

schlecht geschweißt werden.

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Systematik der Werkstoffnummern

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Allgemeiner Baustahl

mit einem C-Gehalt von 0,15 - 0,5 %.

Für Bauteile mit normaler Temperaturbeanspruchung.

Günstiger Werkstoff für allgemeine Konstruktionen.

Schweißgeeigneter Feinkorn-Baustahl

Wie allg. Baustahl, jedoch mit Zusätzen zur Verfeinerung des

Korns. Verbesserte Zähigkeit und Festigkeit.

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Einsatzstahl

0,05 - 0,2 %-C; teilweise legiert mit Cr, Mn, Mg, Ni.

An sich nicht härtbar. Beim Einsatzhärten wird die Oberfläche

gezielt mit Kohlenstoff angereichert und gehärtet, der Kern

bleibt zäh.

Verwendung für Wellen, Zahnräder, Nocken, Kettenglieder

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Einsatzstahl

Zu den Einsatzstählen gehören die unlegierten und

niedriglegierten Stähle bis zu einem maximalen

Kohlenstoffgehalt von 0,20 %. Da Einsatzstähle zu wenig

Kohlenstoff aufweisen, um beim martensitischen Härten

nennenswerte Festigkeitssteigerungen zu erzeugen, werden

diese in eine kohlenstoffhaltige Atmosphäre „eingesetzt“

(Einsatzhärten) und hierzu auf Temperaturen zwischen 880 °C

und 1050 °C erhitzt (geglüht).

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Beispiele für Einsatzstähle

C15E: Edelstahl 0,15 % C; weichgeglüht (nur an der überholten

Normbezeichnung "Ck 15 G" erkennbar); unlegiert

25 Mo Cr 4 BF:

20MnCr5

17CrNiMo6

16MnCr5 (Euronorm: EC80)

15CrNi6

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Vergütungsstahl

0,22 - 0,6 %-C, teilweise legiert mit Cr, Ni, Mo, V.

Werkstoffe, die zum Vergüten vorgesehen sind. Dabei wird der

Stahl gehärtet und angelassen – dass heißt, die Spannungen

im Stahl werden teilweise wieder abgebaut. Sehr hohe

Festigkeit bei guter Zähigkeit. Ein besonderes Merkmal ist die

Vergütungstiefe, also wie weit die Vergütung unter die

Oberflache reicht.

Antriebs- und Getriebewellen, Bolzen, Radreifen (Bahn)

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Kurzname Werkstoffnummer Streckgrenze

Re N/mm² min

Zugfestigkeit

Rm N/mm²

C22E 1.1151 290 470- 620

C45E 1.1191 370 630- 780

34CrS4 1.7037 460 700- 850

25CrMoS4 1.7213 450 700- 850

42CrMo4 1.7225 650 900-1100

30CrNiMo8 1.6580 900 1100-1300

51CrV4 1.8159 700 900- 1100

Beispiele für Vergütungsstähle

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Nitrierstahl

0,31 - 0,41 %-C, legiert mit den Nitridbildnern Al, Cr, Ti.

Beim Nitrieren wird die Oberfläche mit Stickstoff behandelt, es

bilden sich extrem harte Nitride, welche die Oberfläche

verschleißfest machen.

Für Zahnräder, Nocken, Ventile (Motorkopf)

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Automatenstahl

durch Zulegieren von Blei oder Schwefel wird der Stahl für die

Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren

optimiert. Werkzeugverschleiß und Zerspanungskräfte werden

reduziert, Späne in kurzen Abständen gebrochen. Die Bildung

langer Fließspäne, welche die Maschinen „verstopfen“, wird

verhindert.

Für Zerspanungsteile in Massenfertigung.

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Blankstahl

keine eigene Klasse nach der Zusammensetzung.

Blankgezogene Teil weisen durch Kaltverformung erhöhte

Festigkeit auf und habe glatte Oberflächen mit hoher

Maßgenauigkeit

Kostenreduzierte Fertigung von Maschinenteilen, ohne weitere

Oberflächenbearbeitung

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Unlegierte Werkzeugstähle

Härtbarkeit und Festigkeit werden im Wesentlichen durch den

Kohlenstoffgehalt bestimmt. Die Einhärtetiefe ist nur gering und

bei Temperatur ab 200 °C tritt ein deutlicher Härteabfall ein.

Verwendung für Stempel und Schneidplatten von Stanzen

(nicht zu verwechseln mit Wendeschneidplatten für

Drehmaschinen), sowie für Biege- und Ziehwerkzeuge.

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Legierte Kaltarbeitsstähle

Durch Legierungszusätze wie Cr, V, W und Si werden

Zähigkeit, Druckfestigkeit und der Verschleißwiderstand erhöht.

Außerdem wird der Härteverzug reduziert. Die

Arbeitstemperatur ist auch hier auf max. 200 °C beschränkt.

Verwendung für Zangen, Maulschlüssel und andere

Handwerkzeuge

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Legierte Warmarbeitsstähle

Zusätzlich mit Co, Mo und Ni legiert wird die Arbeitstemperatur

auf max. 400 °C gesteigert.

Einsatz für Schmiede-Gesenkformen und Spritzgussformen

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Legierungselemente

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Einfluss der Legierungselemente

Molybdän :

verbessert die Verschleißfestigkeit des Stahles, wird also gern in Wellen und Zahnrädern mit

hoher Beanspruchung eingesetzt

Blei:

Wird fast nur bei Automatenstählen eingesetzt, die zum Drehen geeignet sind, um eine bessere

Oberfläche zu erhalten

Schwefel:

Wird gern wegen seinen kurz brechenden Spänen in Automatenstählen eingesetzt Allerdings

führt Schwefel zu einer schlechteren Umformbarkeit.

Chrom :

Wird oft bei hochbeanspruchten Teilen benutzt aber auch als verbesserter Korrosionsschutz und

Wärmefestigkeit

Mangan :

Erhöht die Zugfestigkeit und somit auch die Belastbarkeit sie werden gern bei Automatenstählen

und bei Kunstoffpressen eingesetzt

Wolfram:

Sehr hitzebeständig (Schmelzpunkt bei 3422 °C ) meist in Werkzeugstählen oft

Warmarbeitstählen (hohe Dichte 19,25 kg/dm3 )

Nickel:

Hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit wird gern in hoch beanspruchtem Stahl benutzt Aber

auch in Chemie Tanks findet es Verwendung

Vanadium:

Sehr Hart sehr hitzebeständig Wird meistens in Werkzeugstähle eingesetzt