Das Verständnis der Elementzusammensetzung gängiger Stahllegierungen kann Ingenieuren, Herstellern und Produktdesignern dabei helfen, die richtigen Materialien auszuwählen, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen, Qualität sicherzustellen, Produktionsprozesse zu optimieren und die Leistung in bestimmten Umgebungen zu verbessern. Dieses Wissen ist entscheidend, um fundierte Entscheidungen bei der Produktentwicklung, Konstruktion und Herstellungsprozessen treffen zu können. Sehen wir uns nun den Elementgehalt gängiger Sorten von Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Nickellegierungen und anderen Materialien an.
Was ist die Legierungszusammensetzung?
Die Elementzusammensetzung einer Legierung bezieht sich auf den relativen Anteil oder Prozentsatz verschiedener chemischer Elemente, aus denen das Legierungsmaterial besteht. Der Gehalt dieser Elemente beeinflusst direkt die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften der Legierung. Beispielsweise ist Stahl eine Legierung aus Eisen und einem bestimmten Anteil Kohlenstoff, und der Kohlenstoffgehalt im Stahl beeinflusst seine Härte, Festigkeit, Duktilität und andere Eigenschaften.
Legierungen bestehen typischerweise aus einem unedlen Metall und zusätzlichen Legierungselementen. Das unedle Metall ist der Hauptbestandteil der Legierung, während die Legierungselemente dazu dienen, die Eigenschaften des Materials zu verbessern, wie z. B. die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit.
Kohlenstoffstahlsorten und -zusammensetzung:
Kohlenstoffstahl ist eine Stahlsorte, deren wichtigstes Legierungselement Kohlenstoff ist. Abhängig vom Kohlenstoffgehalt werden Kohlenstoffstähle in drei Hauptkategorien eingeteilt: kohlenstoffarmer Stahl, mittelkohlenstoffarmer Stahl und kohlenstoffreicher Stahl. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über gängige Kohlenstoffstahlsorten und ihre Zusammensetzung, die typischerweise in Konstruktions- und Fertigungsanwendungen verwendet werden.
| Grad | Kohlenstoff (C%) | Mangan (Mn%) | Silizium (Si%) | Phosphor (P%) | Schwefel (S%) | Eisen (Fe%) | Andere Elemente |
| A36 | 0,26 max | 0.60-0.90 | 0,40 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A572 Gr 50 | 0,23 max | 1.35-1.65 | 0,40 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A283 Gr C | 0,26 max | 0.60-0.90 | 0,30 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A105 | 0,35 max | 0.60-0.90 | 0,30 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A106 Gr B | 0.30-0.35 | 0.60-0.90 | 0,30 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A53 Gr B | 0,30 max | 0.30-0.60 | 0.10-0.30 | 0,05 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A500 | 0,26 max | 0.60-1.65 | 0,40 max | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| A513 | 0,30 max | 0.60-0.90 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1018 | 0.18-0.23 | 0.60-0.90 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1045 | 0.43-0.50 | 0.60-0.90 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1060 | 0.58-0.64 | 0.30-0.60 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1095 | 0.90-1.03 | 0.30-0.50 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1117 | 0.13-0.20 | 0.60-0.90 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 1215 | 0.12-0.18 | 0.50-1.20 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 15B30 | 0.28-0.35 | 0.50-0.80 | 0.20-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | – |
| 4130 | 0.28-0.33 | 0.40-0.60 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 0,80-1,10, Mo 0,15-0,25 |
| 4140 | 0.38-0.43 | 0.75-1.00 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 0,80-1,10, Mo 0,15-0,25 |
| 4150 | 0.48-0.55 | 0.60-0.90 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 0,80-1,10, Mo 0,15-0,25 |
| 4340 | 0.38-0.43 | 0.60-0.80 | 0.15-0.30 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 0,70-0,90, Ni 1,65-2,00 |
| 5160 | 0.56-0.64 | 0.60-0.90 | 0.20-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 0,70-0,90, Mo 0,15-0,25 |
| 52100 | 0.98-1.10 | 0.25-0.45 | 0.10-0.35 | 0,04 max | 0,05 max | Gleichgewicht | Cr 1,30-1,60, Mo 0,15-0,25 |
Klassifizierung von Kohlenstoffstahl:
1. Kohlenstoffarmer Stahl (Weichstahl)
Kohlenstoffgehalt: Typischerweise 0,05% bis 0,25%.
Eigenschaften: Weich, dehnbar, leicht zu schweißen und zu formen. Wird für allgemeine Bauarbeiten und Karosserieteile verwendet.
Gängige Noten: A36, 1018, A53, A105.
2. Mittelharter Stahl
Kohlenstoffgehalt: Typischerweise 0,25% bis 0,60%.
Eigenschaften: Bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität und ist daher für strukturelle Anwendungen geeignet.
Gängige Güteklassen: A572 Gr 50, 1045, 4130, 4140.
3. Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffgehalt: Normalerweise 0,60% bis 1,00% und mehr.
Eigenschaften: Sehr fest, hart, aber weniger dehnbar und schwer zu schweißen. Wird in Werkzeugen und Maschinen verwendet.
Gängige Güteklassen: 1060, 1095, 52100.
4. Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffgehalt: Normalerweise über 1,00%.
Eigenschaften: Extrem hart und spröde, wird für Spezialwerkzeuge verwendet und kann für hohe Verschleißfestigkeit wärmebehandelt werden.
Übliche Noten: 1095.
Edelstahlsorten und -zusammensetzung:
Austenitische Edelstahlsorten:
Austenitische rostfreie Stähle bestehen hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Nickel und bieten hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und Formbarkeit.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| 201 | 16-18 | 3.5-5.5 | ≤0,15 | 5-7 | 1 | – | – |
| 202 | 17-19 | 4-6 | ≤0,15 | 7-10 | 1 | – | – |
| 205 | 17-19 | 4-6 | ≤0,15 | 7-10 | 1 | – | – |
| 301 | 16-18 | 6-8 | ≤0,15 | 2-4 | 1 | – | – |
| 302 | 17-19 | 8-10 | ≤0,08 | 2-4 | 1 | – | – |
| 303 | 17-19 | 9-11 | ≤0,15 | 2-3 | 1 | – | – |
| 304 | 18-20 | 8-10 | ≤0,08 | 2 | 1 | – | – |
| 305 | 18-20 | 9-12 | ≤0,08 | 2-4 | 1 | – | – |
| 308 | 18-20 | 8-10 | ≤0,08 | 2-4 | 1 | – | – |
| 309 | 22-24 | 12-15 | ≤0,08 | 2-4 | 1 | – | – |
| 310 | 24-26 | 19-22 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | – |
| 314 | 24-26 | 19-22 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | – |
| 316 | 16-18 | 10-14 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | 2-3 | – |
| 317 | 18-20 | 10-13 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | 3-4 | – |
| 321 | 17-19 | 9-12 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | Ti 0,4-0,7% |
| 330 | 24-26 | 19-22 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | – |
| 347 | 17-19 | 9-13 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | Nr. 10xC% |
| 348 | 17-19 | 9-13 | ≤0,08 | 2-3 | 1 | – | Ti 5xC% |
Ferritische Edelstahlsorten:
Ferritische rostfreie Stähle bestehen hauptsächlich aus Eisen und Chrom. Sie bieten eine gute Oxidationsbeständigkeit und sind im Allgemeinen magnetisch.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| 409 | 10.5-11.75 | ≤0,75 | ≤0,08 | 0.5-1.0 | ≤1 | – | – |
| 430 | 16-18 | ≤0,75 | ≤0,12 | 1.0-1.5 | ≤1 | – | – |
| 434 | 17-19 | ≤0,75 | ≤0,08 | 1.0-2.0 | ≤1 | – | – |
| 439 | 17-19 | ≤0,75 | ≤0,08 | 1.0-2.0 | ≤1 | – | – |
| 444 | 18-20 | ≤0,75 | ≤0,08 | 1.0-2.0 | ≤1 | 2-3 | – |
Duplex-Edelstahlsorten:
Lean-Duplex:
Lean-Duplex-Güteklassen weisen einen geringeren Nickelgehalt als Standard-Duplex auf, wodurch sie wirtschaftlicher sind und dennoch eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| 2205 | 22-23 | 4.5-6.5 | ≤0,03 | 1.5-2.5 | ≤1 | 3-5 | N 0,08-0,2% |
| 2304 | 23-25 | 4-6 | ≤0,03 | 1.5-2.5 | ≤1 | 0.5-1 | N 0,1-0,2% |
Standard-Duplex:
Standard-Duplexstähle bieten eine ausgewogene Kombination aus austenitischen und ferritischen Mikrostrukturen und sorgen so für gute Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| 2507 | 25-26 | 6-8 | ≤0,03 | 1.5-2.5 | ≤1 | 4-6 | N 0,14-0,20% |
Super Duplex:
Superduplex-Stähle sind hochlegierte Duplex-Stähle mit höherem Chrom- und Molybdängehalt und bieten eine überragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen wie Meerwasser.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| LDX 2101 | 21-23 | 1.5-2.5 | ≤0,03 | 4.5-6 | ≤1 | 1.5-2 | N 0,2% |
Ausscheidungshärtende Edelstahlsorten:
Ausscheidungshärtende Stähle kombinieren die Vorteile von martensitischem Edelstahl mit einer durch Wärmebehandlung erzielten höheren Härte.
| Grad | Cr (%) | Ni (%) | C (%) | Mn (%) | Si (%) | Mo (%) | Andere Elemente |
| 17-4 PH | 15-17 | 3-5 | 0.07 | 1-3 | ≤1 | 3-5 | Cu 3-5% |
| 13-8 Mo | 13-15 | 7-9 | 0.07 | 1-3 | ≤1 | 2-3 | Mo 2.0-3.5% |
| 15-5 PH | 14-16 | 3-5 | 0.07 | 1-3 | ≤ |
Hastelloy-Qualitäten und -Zusammensetzung:
Hastelloy ist ein Markenname für eine Familie leistungsstarker, korrosionsbeständiger Legierungen, die hauptsächlich aus Nickel bestehen und in extremen Umgebungen verwendet werden. Diese Legierungen sind darauf ausgelegt, rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, aggressiver chemischer Belastung und hoher Beanspruchung standzuhalten. Einige gängige Hastelloy-Typen sind:
| Hastelloy-Qualität | Nickel (Ni) % | Molybdän (Mo) % | Chrom (Cr) % | Eisen (Fe) % | Wolfram (W) % | Kobalt (Co) % | Kohlenstoff (C) % | Silizium (Si) % | Mangan (Mn) % |
| C-276 (UNS N10276) | 57-63% | 15-17% | 14.5-16.5% | 4-7% | 3-4.5% | Max 2% | Max 0,011 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| C-22 (UNS N06022) | 56-63% | 14.5-16.5% | 20-22% | 5% | 3-4% | Max 2% | Max 0,015% | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| B-2 (UNS N10665) | 61-70% | 28-31% | – | 3-6% | – | Max 2% | Max 0,021 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| B-3 (UNS N10675) | 60-70% | 26-30% | 0.5-1.0% | Max. 2,51 TP3T | – | – | Max 0,011 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| C-2000 (UNS N06200) | 57-63% | 15-17% | 20-22% | 4-7% | 3-4% | Max 2% | Max 0,021 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| X (UNS N06002) | 47-51% | 8-10% | 20-23% | 17-21% | – | 1.5-3% | Max 0,101 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| G-30 (UNS N06030) | 50-60% | 28-32% | 12-15% | 6-9% | – | – | Max 0,021 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
| C-4 (UNS N06455) | 50-60% | 15-17% | 14-16% | 4-7% | – | – | Max 0,031 TP3T | Max 0,081 TP3T | Max 1% |
Monel-Qualitäten und -Zusammensetzung:
Monel-Legierungen sind eine Gruppe von Nickel-Kupfer-Legierungen, die für ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit bekannt sind, insbesondere in Meeres- und Chemieumgebungen. Die primären Legierungselemente in Monel sind Nickel (Ni) und Kupfer (Cu), aber auch andere Elemente wie Eisen (Fe), Mangan (Mn), Kohlenstoff (C) und Silizium (Si) können in verschiedenen Qualitäten vorhanden sein. Hier sind einige der gängigsten Monel-Qualitäten und ihre Zusammensetzungen:
| Monel-Qualität | Nickel (Ni) % | Kupfer (Cu) % | Eisen (Fe) % | Mangan (Mn) % | Aluminium (Al) % | Titan (Ti) % | Kohlenstoff (C) % | Silizium (Si) % | Schwefel (S) % |
| Monel 400 | 63-70% | 28-34% | Max. 2,51 TP3T | Max 2% | – | – | Max 0,301 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,0241 TP3T |
| Monel 405 | 63-70% | 28-34% | Max. 2,51 TP3T | Max 2% | – | – | Max 0,301 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,0241 TP3T |
| Monel K-500 | 63-70% | 27-33% | Max. 2,51 TP3T | Max. 1,51 TP3T | 2.3-3.15% | 0.35-0.85% | Max. 0,251 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,0241 TP3T |
| Monel 404 | 63-70% | 28-34% | Max 3% | Max 2% | – | – | Max 0,301 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,0241 TP3T |
| Monel 500 | 63-70% | 27-33% | Max. 2,51 TP3T | Max. 1,51 TP3T | 2.3-3.1% | 0.35-0.85% | Max. 0,251 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,0241 TP3T |
Monel-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Leistung unter extremen Bedingungen häufig in der Schifffahrts-, Chemie- und Luftfahrtindustrie eingesetzt. Die Wahl der Güte hängt von den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und den Umgebungsfaktoren ab.
Incoloy-Qualitäten und -Zusammensetzung:
Incoloy ist ein Markenname für eine Familie von Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis, die speziell für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen und Korrosion entwickelt wurden. Die Legierungen bestehen normalerweise aus Nickel, Eisen und Chrom mit unterschiedlichen Mengen anderer Elemente wie Molybdän, Titan und Aluminium. Im Folgenden sind einige der gängigsten Incoloy-Typen aufgeführt:
| Grad | Nickel (Ni) % | Chrom (Cr) % | Eisen (Fe) % | Molybdän (Mo) % | Titan (Ti) % | Kupfer (Cu) % | Aluminium (Al) % | Kohlenstoff (C) % |
| Incoloy 800 | 30-35% | 19-23% | Gleichgewicht | Max 0,151 TP3T | 0.15-0.60% | – | Max 0,151 TP3T | Max 0,101 TP3T |
| Incoloy 800H | 30-35% | 19-23% | Gleichgewicht | Max 0,151 TP3T | 0.60-1.20% | – | Max 0,151 TP3T | 0.05-0.15% |
| Incoloy 800HT | 30-35% | 19-23% | Gleichgewicht | Max 0,151 TP3T | 0.60-1.20% | – | Max 0,151 TP3T | 0.05-0.15% |
| Incoloy 825 | 38-46% | 19-23% | Gleichgewicht | 2.5-3.5% | 0.2-0.6% | 1.5-3.0% | Max. 0,21 TP3T | Max 0,051 TP3T |
| Incoloy 909 | 45-50% | 19-23% | Gleichgewicht | 2.0-2.5% | 0.6-1.0% | – | Max 0,51 TP3T | Max 0,031 TP3T |
| Incoloy 330 | 33-37% | 19-23% | Gleichgewicht | Max 0,51 TP3T | 0.15-0.60% | – | Max 0,151 TP3T | Max 0,201 TP3T |
Inconel-Qualitäten und -Zusammensetzung:
Inconel ist ein Markenname für eine Familie hochleistungsfähiger Superlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis, die extremen Umgebungen standhalten, insbesondere hohen Temperaturen und korrosiven Umgebungen. Nachfolgend sind einige der am häufigsten verwendeten Inconel-Sorten aufgeführt:
| Inconel-Qualität | Nickel (Ni) % | Chrom (Cr) % | Eisen (Fe) % | Molybdän (Mo) % | Titan (Ti) % | Niob (Nb) % | Kobalt (Co) % | Kohlenstoff (C) % | Aluminium (Al) % | Silizium (Si) % |
| Inconel 600 (UNS N06600) | 72% | 14-17% | 6-10% | – | – | – | Max 1% | Max 0,151 TP3T | – | Max 0,51 TP3T |
| Inconel 625 (UNS N06625) | 58-70% | 20-23% | Max 5% | 8-10% | 0.4-1% | 3.15-4.15% | Max 2% | Max 0,101 TP3T | Max. 0,41 TP3T | Max 0,081 TP3T |
| Inconel 718 (UNS N07718) | 50-55% | 17-21% | Gleichgewicht | 2.8-3.3% | 0.65-1.15% | 4.75-5.5% | Max 1% | Max 0,081 TP3T | 0.2-0.8% | Max 0,51 TP3T |
| Inconel 600H (UNS N06600H) | 72-76% | 14-17% | 6-10% | – | – | – | Max 1% | 0.05-0.15% | – | Max 0,51 TP3T |
| Inconel 617 (UNS N06617) | 50-55% | 19-23% | Max 5% | 8-10% | 0.25-0.85% | – | 12-18% | Max 0,081 TP3T | Max 1% | Max 0,51 TP3T |
| Inconel 725 (UNS N07725) | 50-55% | 19-23% | Gleichgewicht | 3-4% | 1.4-2.4% | – | Max 1% | Max 0,081 TP3T | 0.3-1% | Max 0,51 TP3T |
| Inconel X-750 (UNS N07750) | 70-75% | 15-17% | 5-9% | 0.9-1.6% | 0.25-0.85% | – | Max 1% | Max 0,081 TP3T | 0.3-1% | Max 0,51 TP3T |
Nickel 200/201 Zusammensetzung:
| Grad | Nickel (Ni) % | Kohlenstoff (C) % | Eisen (Fe) % | Kupfer (Cu) % | Mangan (Mn) % |
| Nickel 200 | 99,01 TP3T min | Max 0,151 TP3T | Max 0,401 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,351 TP3T |
| Nickel 201 | 99,01 TP3T min | Max 0,021 TP3T | Max 0,401 TP3T | Max. 0,501 TP3T | Max 0,351 TP3T |
Sowohl Nickel 200 als auch Nickel 201 sind ausgezeichnete Materialien für Anwendungen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, insbesondere in alkalischen und sauren Umgebungen. Nickel 201 bietet mit seinem reduzierten Kohlenstoffgehalt eine verbesserte Leistung bei höheren Temperaturen und wird im Vergleich zu Nickel 200 in anspruchsvolleren Umgebungen eingesetzt. Je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung – ob für die Lebensmittelverarbeitung, elektrische Komponenten oder industrielle Anwendungen mit hohen Temperaturen – kann jede Sorte eine ideale Wahl sein.
CuNi-Qualitäten und -Zusammensetzung:
CuNi-Legierungen (Kupfer-Nickel) bestehen hauptsächlich aus Kupfer und Nickel und sind für ihre hervorragende Beständigkeit gegen Seewasserkorrosion und ihre guten mechanischen Eigenschaften bekannt. Diese Legierungen werden häufig in der Schifffahrt, Chemie und Industrie eingesetzt. Die gängigsten Sorten von CuNi-Legierungen werden durch ihren Nickel- und Kupfergehalt definiert, wobei zusätzliche Elemente wie Eisen (Fe) und Mangan (Mn) für verbesserte Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit hinzugefügt werden.
| Grad | Kupfer (Cu) % | Nickel (Ni) % | Eisen (Fe) % | Mangan (Mn) % | Andere Elemente |
| CuNi 90/10 | 90% | 10% | 1.0-1.5% | 0.5-1.0% | Geringe Mengen an Schwefel, Phosphor, Zink |
| CuNi 70/30 | 70% | 30% | 1.0-2.5% | 0.5-1.0% | Geringe Mengen an Schwefel, Phosphor, Zink |
| CuNi 60/40 | 60% | 40% | 1.5-3.0% | 1.0-2.0% | Geringe Mengen an Schwefel, Phosphor, Zink |
| CuNi 10/90 | 10% | 90% | 0.1-0.3% | 0.1-0.5% | Geringe Mengen an Schwefel, Phosphor, Zink |
CuNi-Legierungen sind eine vielseitige Werkstofffamilie mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Meeres- und Chemieumgebungen. Die spezifische Wahl der Güte (90/10, 70/30, 60/40 oder andere) hängt von den erforderlichen Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Leistung unter bestimmten Umgebungsbedingungen ab.
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