ES2933041T3 - Armazón de ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, y ruptor de puente térmico que lo incluye - Google Patents

Armazón de ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, y ruptor de puente térmico que lo incluye Download PDF

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Abstract

Una armadura (7) para banda rompeolas de puente térmico para la construcción de edificios, caracterizada porque está fabricada a partir de acero inoxidable austenítico o austenoferrítico, cuya composición, en % en peso, es de: trazas <= C <= 0,08%; 1,5 % <= Si <= 4,0 %; 4,0 % <= Mn <= 10,0 %; trazas <= Ni <= 7,0%; 16,0 % <= Cr <= 23,0 %; trazas <= Mo <= 2,0%; trazas <= W <= 1,0%; trazas <= Mo + W/2 <= 2,0 %; trazas <= Co <= 2,0%; trazas <= Cu <= 3,0%; 0,10 % <= N <= 0,25 %; siendo el resto hierro, elementos de aleación distintos de los mencionados anteriormente e impurezas resultantes de la producción, sin que el total de dichos otros elementos de aleación e impurezas exceda del 1,0 %, y ninguno de dichos otros elementos de aleación esté presente individualmente en una cantidad superior al 0,5 %. , y en que el índice de conductividad térmica IC calculado según: IC = 22,2 + 2,1 (1 - IF/100) - 0. 89 Si - 0,77 Ni - 0,44 Mn - 0,17 Cr - 0,16 Cu, donde IF = 6,7 Cr + 5,7 Mo + 0,7 Si - 8,6 Ni - 2,4 Mn - 0,5 Cu - 110 C - 150 N - 42,7 es <= 13,5. Una tira rompedora de puente térmico que comprende dicho refuerzo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Armazón de ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, y ruptor de puente térmico que lo incluye [0001] La presente invención se refiere a productos metálicos para edificios, y más en concreto al uso de determinados aceros inoxidables como elementos de armazones y piezas de unión entre los elementos que forman un edificio.
[0002] La realización de edificios de bajo consumo energético impone la implementación de dispositivos que limiten las pérdidas térmicas integrados en la estructura del edificio. Así, se puede citar la reglamentación térmica francesa RT2012 que define los límites de consumo de energía primaria de los edificios. Preconiza tratar los puentes térmicos, es decir, las zonas en que el calor puede pasar fácilmente de un elemento del edificio a otro, usando en estos puentes conectores aislantes denominados «ruptores de puentes térmicos». Estos ruptores de puentes térmicos permiten dividir por tres, e incluso más, el flujo de pérdida de calor entre los elementos que conectan. Un caso típico de uso de dichos ruptores es la unión entre un suelo y un muro que está cubierto normalmente por una capa de aislante. En la unión muro-suelo, esta capa se interrumpe, y el calor puede transitar por esta unión sin más estorbo por parte de la interfaz muro/suelo de un elemento a otro, de lo cual se produce una pérdida sensible de calor en el interior del edificio calentado, o a la inversa, un aporte de calor que proviene del exterior en un edificio inicialmente a temperatura interior moderada.
[0003] Por tanto, se sabe usar ruptores de puentes térmicos que introducen una capa de aislante en una zona que normalmente está desprovista de él, y que incluyen un armazón metálico que atraviesa esta capa de aislante para recuperar los esfuerzos mecánicos en la conexión en cuestión.
[0004] Es preciso que estos armazones de ruptores de puentes térmicos presenten las propiedades siguientes: - Propiedades mecánicas elevadas, en particular el límite de elasticidad, de forma que se asegure la cohesión de la estructura del edificio, y la ductilidad de forma que sea posible que el edificio resista las tensiones excepcionales como, por ejemplo, un temblor de tierra;
- Una buena resistencia a la corrosión en medio atmosférico, en particular a la corrosión bajo tensión; de hecho, la parte del armazón que atraviesa el aislante no está sumida en el hormigón y, por tanto, puede estar sometida a la corrosión atmosférica;
- Una conductividad térmica lo más baja posible, para limitar las pérdidas de energía a través del armazón;
- Un coste de materiales razonable.
[0005] Con toda evidencia, los aceros inoxidables serían buenos candidatos para cumplir con las exigencias relacionadas con la resistencia a la corrosión.
[0006] El documento "Thermal Bridging Solutions: Minimizing Structural Steel's Impact on Building Envelope Energy Transfer", Jeralee Anderson y col., SEI / AISC Thermal Steel Bridging Task Committee Members, A Supplement to Modern Steel Construction, March 2012, propone así realizar un armazón de ruptor de puente térmico de acero inoxidable.
[0007] Clásicamente, los aceros inoxidables tienen una conductividad térmica A del orden de 15 W/(m.K), lo que resulta muy ventajoso con respecto a los aceros al carbono revestidos, cuya conductividad térmica es del orden de 45 W/(m.K). El AISC (American Institute of Steel Construction) hace referencia, por ejemplo, a los aceros inoxidables austeníticos clásicos 304 y 316 en su documento «Thermal Bridging Solution» (marzo de 2012).
[0008] Queda por saber qué aceros inoxidables serían específicamente los adecuados para cumplir de modo óptimo con el conjunto de las exigencias citadas anteriormente.
[0009] Desde el punto de vista del coste de los materiales, los aceros inoxidables denominados «dúplex» de bajos contenidos de elemento de aleación como Ni y Mo (clases llamadas «lean duplex») son soluciones a priori más económicas y menos sujetas a las variaciones del coste de las materias primas que los aceros inoxidables austeníticos, y estas clases se utilizan cada vez con mayor frecuencia.
[0010] Las clases de aceros inoxidables clásicas usadas más a menudo son las clases austeníticas 1.4301 (AISI 304), 1.4597 (UGI®204Cu) y las clases dúplex 1.4362 y 1.4062.
[0011] A partir de los documentos WO 2015/1074802 A1, WO 02/27056 A1 y WO 2014/055010 A1 se conocen además aceros inoxidables austenoferríticos, en particular para materiales de construcción o para cables eléctricos.
[0012] Sin embargo, las reglamentaciones térmicas que rigen la construcción de edificios imponen coeficientes lineales ^ en las uniones cada vez más bajos. Así, la reglamentación francesa RT 2012 impone un ^ de menos de 0,60 W/(m.K), y la futura reglamentación Rt 2020 reducirá probablemente ^ a menos de 0,22 W/(m.K). Así, los fabricantes deben y deberán esforzarse por conseguir que sus ruptores de puentes térmicos sean aún más aislantes, lo que podría hacerse reduciendo la sección de los armazones y/o usando materiales todavía menos conductores del calor que los que se acaba de citar, y que tuvieran una conductividad térmica A inferior a 15 W/(m.K).
[0013] No obstante, estas soluciones presentan dos dificultades, ateniéndose al estado de la técnica más evidente. Por una parte, una reducción de la sección de los armazones reduce su rendimiento mecánico, y existe un riesgo de que esta solución no pueda usarse para que el ruptor pueda cumplir con todas sus funciones relacionadas con la estructura del edificio.
Por otra parte, las clases conocidas por tener una conductividad térmica de menos de 14 W/(m.K) son clases austeníticas con fuerte aleación, por tanto muy caras, y tendrían un coste prohibitivo para este tipo de uso.
[0014] El objeto de la invención es proponer ruptores de puentes térmicos en los que el material constituyente del armazón metálico responda de modo óptimo a los diferentes imperativos que se han mencionado. El material del armazón debería tener:
- Una conductividad térmica A de como máximo 13,5 W/(m.K), preferentemente como máximo de 13,0 W/(m.K), mejor como máximo de 12,5 W/(m.K);
- Propiedades mecánicas que correspondan a las requeridas para esta aplicación, que son, en particular, un límite elástico Rpo,2 de al menos 600 MPa, mejor de al menos 700 MPa, y una elongación total plástica bajo carga máxima Agt de al menos el 5 % después de una conformación en frío; se recuerda que Agt, valor al que es habitual referirse en la industria de la edificación, es la suma de la elongación elástica y de la elongación plástica con carga de ensayo máxima;
- Una buena aptitud para la conformación en caliente y en frío;
- Un coste de los materiales comparable al de una clase «lean duplex» 1.4362, e incluso inferior.
[0015] Para este fin, la invención tiene por objeto un armazón de ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, caracterizado porque está hecho de un acero inoxidable austenítico o austenoferrítico cuya composición, en % en peso, consiste en:
- trazas < C < 0,08 %; preferentemente 0,01 < C < 0,04 %;
-1,5 % < Si < 4,0 %; preferentemente 2,0 % < Si < 3,0 %;
- 4,0% < Mn < 10,0%;
- trazas < Ni < 7,0 %; preferentemente trazas < Ni < 5,0 %;
- 16,0 % < Cr < 23,0 %;
- trazas < Mo < 2,0 %;
- trazas < W < 1,0 %;
- trazas < Mo W/2 < 2,0 %;
- trazas < Co < 2,0 %: preferentemente trazas < Co < 0,8 %
- trazas < Cu < 3,0 %;
- 0,10% < N < 0,25%;
siendo el resto hierro, elementos de aleaciones distintos de los mencionados anteriormente e impurezas resultantes de la elaboración, de manera que el total de estos otros elementos de aleaciones e impurezas no supera el 1,0%, y ninguno de estos otros elementos de aleación está presente individualmente en un contenido superior al 0,5%, y porque el índice de conductividad térmica IC calculado según:
IC = 22,2 2,11 (1 - IF/100) - 0,89 Si - 0,77 Ni - 0,44 Mn - 0,17 Cr - 0,16 Cu con IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si - 8,6 Ni - 2,4 Mn - 0,5 Cu -110 C -150 N - 42,7 es < 13,5, preferentemente < 13,0, mejor < 12,5.
[0016] El contenido de Cr del acero puede estar comprendido entre el 16,0 % y el 20,0 %.
[0017] El contenido de Cr del acero puede estar comprendido entre el 20,0 % y el 23,0 %
[0018] El contenido de Ni del acero puede estar comprendido entre el 1,0 % y el 7,0 %, preferentemente entre el 2,0% y el 5,0%.
[0019] El índice ferrítico IF del acero calculado según:
IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si -8,6 Ni -2,4 Mn -0,5 Cu -110 C -150 N -42,7 puede ser < 20.
[0020] El índice ferrítico IF del acero calculado según:
IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si -8,6 Ni -2,4 Mn -0,5 Cu -110 C -150 N -42,7 puede ser > 40 y < 70.
[0021] Entre dichos otros elementos de aleación puede figurar uno al menos de entre Al, Ti, Nb, V, Ca y B, Al, Ti, Nb y V pueden estar cada uno presentes a razón de como máximo el 0,5 % y Ca y B pueden estar cada uno presentes a razón de como máximo el 0,05 %.
[0022] El límite de elasticidad Rp0,2 puede ser superior o igual a 600 MPa con una elongación total bajo carga máxima Agt superior o igual al 5 %.
[0023] El armazón de ruptor de puente térmico puede obtenerse a partir de una barra, de un hilo o de una lámina.
[0024] La invención tiene también por objeto un ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, que incluye un armazón y una capa de aislante atravesada por dicho armazón, caracterizado porque dicho armazón está hecho como se ha dicho anteriormente.
[0025] Como se habrá entendido, la invención se basa en el uso, para fabricar un armazón metálico de ruptor de puente térmico entre dos elementos de un edificio (pared y suelo, por ejemplo), de una clase de acero inoxidable de estructura austenítica o austenoferrítica cuya composición química no pueda decirse que sea nueva, porque los aceros que a veces podrían ser los adecuados se han usado ya en el pasado (véanse los documentos US-A-4814 140 y WO94/04714 por ejemplo), pero cuyo carácter adaptado a este uso, en la gama de composiciones precisa de la invención, nunca se había reconocido.
[0026] La invención se entenderá mejor con la lectura de la descripción que se ofrece a continuación, proporcionada en referencia a las figuras adjuntas siguientes:
- La figura 1 que muestra esquemáticamente en sección transversal longitudinal una zona de conexión entre una fachada y un suelo de un edificio, en la que, clásicamente, no se ha dispuesto un dispositivo de ruptura del puente térmico;
- La figura 2, que muestra esquemáticamente en sección transversal longitudinal una zona de conexión entre una fachada y un suelo de un edificio, en la que se ha dispuesto un dispositivo de ruptura del puente térmico que puede realizarse según la invención;
- La figura 3 que muestra la correlación entre el índice IF calculado que traduce la fracción de ferrita presente a 1.100°C de la invención y la fracción de ferrita medida efectivamente por sigmametría;
- La figura 4 que muestra la correlación entre el índice IC calculado que traduce la conductividad térmica del acero y la conductividad térmica A medida efectivamente a temperatura ambiente por el procedimiento conocido como «hot disk» (disco caliente) que usa la técnica de la fuente plana transitoria;
- Las figuras 5 y 6 que muestran, en fundiciones de laboratorio, la ductilidad en caliente a 1.200°C (figura 5) y 1.100°C (figura 6) de los aceros sometidos a ensayo, traducida por su estricción en %, en función de su índice ferrítico IF.
[0027] Las figuras 1 y 2 resumen, esquemáticamente, cuál es el problema que la invención pretende resolver.
[0028] La figura 1 representa una zona de conexión entre una fachada 1 y un suelo 2 de un edificio de diseño clásico, en el que no se ha buscado optimizar los rendimientos en términos de aislamiento térmico entre el medio exterior 3 y el interior del edificio 4. El lado interior de la fachada 1 está, ciertamente, provisto de un revestimiento aislante 5. Pero este se interrumpe en la unión entre la fachada 1 y el suelo 2, de manera que estos dos elementos están en contacto directo y el calor puede pasar del interior al exterior del edificio (o a la inversa) atravesando esta zona de contacto (lo que ilustran las flechas de la figura 1). Los materiales de construcción clásicos imponen un coeficiente lineal de pérdida ^ a esta unión que es del orden de 1 W/(m.K).
[0029] La figura 2 representa esquemáticamente el mismo edificio equipado con un ruptor de puente térmico en la unión fachada 1-suelo 2. Este ruptor incluye, de forma conocida, una capa aislante 6 entre la fachada y el suelo que sustituye al contacto directo habitual entre estas dos partes, y un armazón metálico 7 que une la fachada 1 y el suelo 2 atravesando la capa aislante 6. De esta forma, el coeficiente ^ se reduce, y la asunción de los esfuerzos por el armazón 7 asegura las funciones mecánicas que el aislante 6 solo no podría satisfacer. Este armazón 7 es el que la invención pretende mejorar con respecto a los dispositivos conocidos, confiriéndole propiedades mecánicas y, sobre todo, térmicas especialmente favorables, sin que sea necesario modificar la configuración del armazón. Esta optimización se realiza mediante la elección de una clase de acero inoxidable particular en la que nada indica a primera vista que hubiera podido ser conveniente para este fin.
[0030] Los límites fijados para los contenidos de los diversos elementos presentes, de forma obligatoria, facultativa o derivado, se justifican del modo que se indica a continuación. Todos los contenidos se proporcionan en % en peso.
[0031] El contenido de C está comprendido entre trazas y el 0,08 %, mejor entre el 0,01 % y el 0,04 %. Un contenido más importante aumentaría los riesgos de sensibilización de la aleación a la corrosión intergranular. Un contenido de C inferior a 0,01 es difícil y costoso de obtener industrialmente.
[0032] El contenido de Si está comprendido entre el 1,5 y el 4,0 %, preferentemente entre el 2,0 y el 3,0 %. El Si es un elemento alfágeno (que favorece la estabilidad de la ferrita), y es aceptable siempre que no esté presente en una cantidad demasiado alta como para romper el equilibrio deseado entre austenita y ferrita. Subir por encima del 4,0% degradaría demasiado la tenacidad del acero, y es preferible, desde este punto de vista, no superar un contenido del 3,0%.
[0033] El Si presenta un interés especial para el ajuste de la conductividad térmica. Los ensayos que se presentarán más adelante muestran que un contenido de Si en la gama prescrita, y más en particular entre el 2,0 y el 3,0%, permite reducir la conductividad térmica del acero de la invención hasta 12 a 13,5 W/(m.K) aproximadamente, mientras que los aceros habitualmente empleados para realizar los armazones de las uniones de puentes térmicos tienen conductividades térmicas superiores a 14 W/(m.K), a menudo del orden de 15 W/(m.K) o más. Por encima del 3,0% de Si, se empieza a observar, sin embargo, una disminución de la tenacidad del acero, que se vuelve inadecuada por encima del 4,0 % de Si.
[0034] El contenido de Mn está comprendido entre el 4,0 y el 10,0 %. Se añade una proporción importante de este elemento económico que estabiliza la austenita y puede, ventajosamente desde el punto de vista financiero, sustituir parcial o totalmente al Ni para esta función. Además, el Mn incrementa la solubilidad de N en el acero líquido, y como se verá que, en la invención, son necesarias cantidades relativamente importantes de N, la elaboración del acero se facilita por la presencia importante de Mn.
[0035] El contenido de Ni está comprendido entre trazas y el 7,0 %, preferentemente entre trazas y el 5,0 %. El Ni es el elemento gammágeno usado normalmente en la fabricación de aceros inoxidables austeníticos, y su contenido permite ajustar el equilibrado de las fases austenítica y ferrítica para la obtención de las propiedades mecánicas deseadas. Sin embargo, el Ni es un elemento siempre caro, con un curso que puede fluctuar en grandes proporciones. Para obtener un acero a precio de coste limitado y relativamente previsible, que es uno de los objetivos de la invención, es preciso, por tanto, no superar los valores mencionados anteriormente para el contenido de Ni. De hecho, el Ni puede incluso estar presente solo en forma de trazas, es decir, con un contenido bajo o muy bajo que solo procede de la fusión de las materias primas y no de una adición voluntaria. Su papel gammágeno habitual es así asumido por completo por el manganeso, el carbono, el nitrógeno y opcionalmente el cobre.
[0036] Sin embargo, como se verá, el Ni es un elemento que tiende intensamente a reducir la conductividad térmica del acero. Desde este punto de vista, se puede encontrar una ventaja importante al hecho de añadir una cantidad significativa y, por tanto, no sustituirlo íntegramente por Mn. Sin embargo, es difícil fijar una cantidad óptima de Ni en la clase usada según la invención, ya que este valor óptimo dependerá en particular de factores económicos, que pueden experimentar fuertes variaciones según el curso del Ni. El experto en la materia deberá encontrar un equilibrio en el momento de la fabricación del acero, entre las consideraciones puramente técnicas y las consideraciones financieras. De forma general, se considera que, desde el punto de vista metalúrgico y térmico, el contenido de Ni es preferentemente de al menos el 1,0 %, mejor de al menos el 2,0 %. En consecuencia, las gamas totalmente preferentes del contenido de Ni son del 1,0 al 7 %, mejor del 2,0 al 5,0 %.
[0037] El contenido de Cr está comprendido entre el 16,0 y el 23,0 %. Como es bien conocido, confiere al acero su carácter inoxidable desde el 11 %. El Cr tiene también la ventaja de que reduce un poco la conductividad térmica del acero, y se requiere un contenido mínimo del 16,0 % según la invención para combinar bien estos dos efectos. Un contenido inferior o igual al 20,0 % permite mantener el equilibrio de fases deseado sin proceder a una adición demasiado elevada de Ni, Mn y otros elementos gammágenos. Un contenido del 20,0 % al 23,0 % permite aumentar sustancialmente la resistencia a la corrosión y puede imponerse, opcionalmente compensando el efecto del aumento del contenido de Cr en las propiedades mecánicas por medio de un ajuste de los contenidos de Mn, Ni y N que los experimentos rutinarios permiten realizar. Un contenido de Cr superior al 23,0 % aumenta inútilmente el coste del acero y llevaría a incurrir en el riesgo de degradar en exceso ciertas propiedades mecánicas.
[0038] Dicho de otro modo, por encima del 20,0 % se prima la resistencia a la corrosión de la clase. Por debajo del 20,0% se prima el carácter económico de la clase.
[0039] El contenido de Mo está comprendido entre trazas resultantes de la elaboración y el 2,0 %. Este elemento no es indispensable, pero contribuye a mejorar la resistencia a la corrosión. Sus posibles inconvenientes son su carácter alfágeno que corre el riesgo de oponerse a la obtención del equilibrio austenita-ferrita deseado, en particular en las clases austenoferríticas, y el hecho de que favorece la aparición de fases intermetálicas de fragilización. Además su coste es elevado, lo que está en contra de uno de los objetos de la invención.
[0040] Para mejorar la resistencia a la corrosión, el Mo puede ser parcial o totalmente sustituido por W. En general es aceptable una proporción de sustitución de W/Mo de 2. En consecuencia, se considera también que, por una parte, el contenido de W no debe superar el 1,0 %, y por otra parte, que la suma Mo W/2 no debe superar el 2,0%. Un contenido de Mo del 2,0 % correspondería a un caso en el que W no se añadiría voluntariamente y en el que la posible presencia de trazas de W provendría solo de la fusión de las materias primas. Un contenido de W del 1,0 % correspondería a un caso en el que Mo no se añadiría voluntariamente y en el que la posible presencia de trazas de Mo provendría solo de la fusión de las materias primas.
[0041] El contenido de Cu está comprendido entre trazas resultantes solo de la fusión de las materias primas y el 3,0%. La adición de Cu en las proporciones citadas ofrece como ventaja una ligera disminución de la conductividad térmica y la mejora de la ductilidad. No obstante, no debe superarse una adición del 3,0 %, ya que, por encima de ella, el efecto de fragilización del Cu plantearía problemas durante la conformación en caliente, y además aumentaría inútilmente el coste del acero.
[0042] El contenido de Co está comprendido entre trazas derivadas solo de la fusión de materias primas muy puras y el 2,0 %. Según la pureza de las materias primas, en particular del ferroníquel, el contenido de Co residual puede alcanzar el 0,8 %. Se prefiere no añadir Co voluntariamente, ya que este elemento costoso no tiene un efecto metalúrgico marcado en los aceros inoxidables por debajo del 2%, y por tanto para contenidos que aumentarían considerablemente el coste del acero. El valor del 0,8 % es, por tanto, el contenido preferente máximo de Co.
[0043] El contenido de N está comprendido entre el 0,10 % (1.000 ppm) y el 0,30 % (3.000 ppm). Este elemento es importante para asegurar la resistencia a la corrosión necesaria en la aplicación pretendida por la invención, y si el contenido del mismo que se derivaría simplemente de la absorción de nitrógeno atmosférico durante la elaboración no es bastante elevado, es preciso añadirlo, por ejemplo, insuflando nitrógeno gaseoso en el metal líquido o usando aleaciones de hierro significativamente nitruradas (en particular, ferromanganeso nitrurado que contiene varios % de N). El N estabiliza la fase austenítica y permite ajustar el equilibrado de las diversas fases en su presencia. También tiene un efecto de endurecimiento interesante para conseguir las altas propiedades mecánicas buscadas. No obstante, por encima del 0,30 %, puede plantear problemas durante la elaboración, de la fundición y del laminado en caliente (formación de nitruros en caso de presencia de elementos de aleación como Al y sobre todo Ti, y de sopladuras durante la solidificación).
[0044] Pueden estar presentes otros elementos de aleación suplementarios después de la adición voluntaria, entre los cuales se puede mencionar, de forma no exhaustiva: Ti, Nb y V para mejorar la soldabilidad, Al y Ca como desoxidantes y/o elementos de control del número y de la composición de las inclusiones no metálicas, así como B que mejora la forjabilidad. No obstante, los contenidos individuales de estos elementos de aleación suplementarios no deben superar el 0,5 %, en particular para Al, Ti, Nb y V, y más en particular no deben superar el 0,05 % para Ca y B. Y la suma de los contenidos de los elementos de aleación distintos de C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, Cu, Co, N y de los contenidos de las impurezas resultantes de la elaboración (por ejemplo S, P, etc.) no supera el 1,0 %. Estos límites pretenden no imponer el riesgo de perturbar los equilibrios que los contenidos de los principales elementos de aleación, de forma obligatoria u opcional presentes en límites bien definidos, permiten alcanzar.
[0045] Según la invención deben cumplirse otras condiciones que relacionan los contenidos de elementos de aleación.
[0046] Uno de los objetivos de la invención, como se ha dicho, es obtener un elemento de armazón de ruptor de puente térmico que presenta una baja conductividad térmica. Esta depende del análisis químico del acero y de la estructura cristalográfica de la matriz.
[0047] La estructura cristalográfica del acero es también un factor importante en la aptitud del acero para su conformación en caliente, por forjado u otro. Al poder tener los armazones de ruptores térmicos formas relativamente complejas para dimensiones relativamente reducidas, esta aptitud para la conformación en caliente es un criterio que a menudo debe considerarse para los aceros usados en la invención.
[0048] En función del equilibrado de los principales elementos de aleación que se han definido anteriormente, el acero tiene una microestructura austenítica o austenoferrítica. El índice ferrítico IF permite estimar el porcentaje de ferrita a 1.100°C en el acero, y, por tanto, en la zona de temperaturas que se encuentran más frecuentemente durante las conformaciones en caliente, a partir de la composición del acero. Se obtiene a partir de la fórmula siguiente, en la que los contenidos de los diferentes elementos se expresan en %:
Figure imgf000006_0001
[0049] Para las clases austeníticas, IF es, según la invención, preferentemente < 20 si se quiere obtener una buena conformabilidad en caliente.
[0050] Para las clases austenoferríticas, IF es, según la invención, preferentemente > 40 si se quiere obtener una buena conformabilidad en caliente.
[0051] Más adelante se verá que la zona de IF comprendida entre 20 y 40 debe evitarse si se quiere obtener una conformabilidad en caliente elevada, como pudiera necesitarse en la invención.
[0052] Además, para obtener una resistencia a la corrosión bajo tensión satisfactoria, es preferible elegir, más que una clase austenítica, una clase austenoferrítica que se caracterice por un IF de 40 a 70 como máximo. Por encima de este límite, el acero quedaría por encima del campo de los aceros ferríticos, lo cual no se desea desde el punto de vista de las características mecánicas.
[0053] La figura 3 muestra la correlación entre la fracción de ferrita a 1.100°C medida por un método magnético (llamado sigmametría y según se describe en la norma IEC 60404-14) y el índice ferrítico IF calculado por la fórmula anterior, para las ocho muestras de laboratorio A a H y la muestra industrial I de la tabla 3. Se observa que esta correlación es muy satisfactoria.
[0054] Las condiciones en IF que se han mencionado anteriormente no son, sin embargo, absolutamente imperativas, en particular en los casos en que las transformaciones en caliente son poco restrictivas. No obstante, se aconsejan para la mayor parte de las configuraciones de armazones de ruptores que se puede desear obtener.
[0055] Es interesante observar que las microestructuras de los aceros usados en la invención dependen relativamente poco de las condiciones de tratamiento térmico y de enfriamiento del metal durante sus transformaciones. Este hecho deja así mucha libertad a los metalúrgicos para diseñar el modo preciso de fabricación de los armazones de la invención.
[0056] En lo relativo a la conductividad térmica A del acero, como se ha dicho depende de la composición química y de la estructura cristalográfica de la matriz.
[0057] Los autores de la invención han podido determinar una fórmula que proporciona un índice de conductividad IC dependiente de la composición del acero, y también de su microestructura ya que en ello interviene el índice ferrítico IF definido anteriormente. Esta fórmula es la siguiente (los contenidos de los diferentes elementos se expresan en %):
Figure imgf000007_0001
[0058] La figura 4 muestra la buena correlación obtenida entre el IC calculado por la fórmula anterior y la conductividad térmica A efectivamente medida a 20°C por el procedimiento denominado «hot disk» que usa la técnica de la fuente plana transitoria, en las trece muestras de las tablas 1 y 2. Esta figura, y las tablas en las que se basa, muestran también que la conductividad térmica disminuye cuando aumenta la cantidad de elementos de aleación, y que el Si en primer lugar, y el Ni en segundo lugar, son los elementos más influyentes desde este punto de vista. Es lo que se desprende de la fórmula anterior que permite calcular IC. Según la invención, el índice IC del acero usado debe ser < 13,5, preferentemente < 13,0, mejor < 12,5.
[0059] Las propiedades mecánicas de los aceros usados en la invención demuestran ser suficientes para la aplicación contemplada, en particular debido al alto contenido de N y al porcentaje de austenita que es siempre de al menos el 40%. El contenido de N y el porcentaje de austenita según la invención procuran la ductilidad deseada a la vez para la facilidad de las transformaciones en caliente y para la capacidad del armazón para deformarse durante esfuerzos excepcionales tales como un temblor de tierra. Las mejores ductilidades se obtienen para las clases austeníticas.
[0060] A modo de ejemplo, se elaboraron fundiciones de laboratorio según la invención, referidas como A a H y fundiciones de referencia, entre ellas las composiciones que figuran en las tablas 1 a 2 que se muestran a continuación, en forma de lingotes de 25 kg de sección inicial 100 mm x 100 mm y que se han transformado en caliente por forjado hasta un espesor de 18 mm a partir de 1.250°C, y después laminado en caliente hasta un espesor de 6 mm a partir de 1.250°C. Se llevó a cabo un tratamiento de puesta en solución a 1.050°C, y después un fresado para adaptar el espesor, antes de una transformación en frío hasta un espesor de 3 mm. En todas las muestras se caracterizaron la microestructura, la forjabilidad, la conductividad térmica y otras propiedades mecánicas.
[0061] Se elaboró también una fundición industrial I según la invención de 40 t por fusión en horno eléctrico, descarburación por el procedimiento AOD, fundición continua en desbastes de 205 mm de lado y laminado en caliente en barras redondas de diámetro 115 mm, y después en alambrón de diámetro 10,5 mm, aproximadamente. El alambrón se transformó en frío en alambre corrugado de 10 mm de diámetro, con un índice de reducción del 10 al 15%.
[0062] En la tabla que agrupa las composiciones de las diferentes muestras, los elementos no mencionados están presentes solo en estado de trazas. Las estructuras austeníticas se denotan por A, las estructuras austenoferríticas se denotan por AF.
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0003
Tabla 1: Com osiciones estructuras de las muestras de ensao laboratorio e industrial
Figure imgf000008_0004
Figure imgf000009_0001
Tabla 2: Fracciones de ferrita a 1.100°C, IF, A medidas a 20°C e IC calculados de las muestras de ensayo laboratorio^ e industrial
Figure imgf000009_0002
Tabla 3: Características mecánicas en tracción de diferentes fundiciones de ensayo realizadas en laboratorio después de laminado en frío
[0063] La muestra G es una muestra según la invención. De hecho, su composición hace que su conductividad térmica A responda a las exigencias más amplias fijadas por los autores de la invención: A medida es de 13,3 W/(m.K), lo que está muy bien correlacionado con el IC calculado que es de 13,4 (para un máximo de 13,5 según la invención, que constituye ya un avance significativo con respecto a la técnica anterior más habitual para garantizar bien, de forma económica, el respeto de las normas energéticas presentes y que presumiblemente aparecerán en el futuro). Esta muestra es pobre en Cu y contiene relativamente poco Ni y Si, y de ahí que su conductividad térmica sea más elevada que lo que permite obtener las variantes óptimas de la invención, incluso si los contenidos individuales de cada uno de sus elementos están de acuerdo totalmente con las exigencias correspondientes de la invención. Confirma que la composición del acero que se usará para implementar la invención debe considerarse imperativamente en su conjunto, como un todo coherente.
[0064] Además, las muestras A a I, según la invención, presentan propiedades mecánicas que no son inferiores a las del acero de referencia UGI®204Cu, salvo para la tasa de elongación Agt. Pero así se mantienen valores aceptables para la aplicación planteada, y varias de las muestras tienen incluso resistencias a la tracción Rm y límites de elasticidad Rp0,2 claramente superiores a los del acero de referencia. Se observará también que la muestra B tiene un Agt del 6 %, por tanto poco superior al 5 % que los autores de la invención consideran como el valor mínimo que se ha de obtener. No obstante, además, esta muestra B tiene una Rm y una Rp0,2 muy elevadas y un IC que es el más bajo de los calculados. Este acero puede constituir así una solución muy satisfactoria para los problemas planteados, al menos para fabricar armazones de ruptores térmicos cuyas formas no sean demasiado complejas.
[0065] Además, las figuras 5 y 6 muestran los resultados de ensayos de forjabilidad, representativos por tanto de la ductilidad en caliente, efectuados a 1.200°C (figura 5) y a 1.100°C (figura 6) en las muestras de laboratorio A a G citadas anteriormente. Se ha medido su índice de estricción en función de su índice ferrítico IF.
[0066] De estas figuras se desprende que estas muestras según la invención tienen una ductilidad que no es muy favorable cuando IF está comprendido entre el 20 y el 40 %, y corresponde por tanto a un acero austenoferrítico cuyo carácter ferrítico no está todavía muy marcado. Este «hueco de ductilidad» justifica así que, según variantes preferidas de la invención, se aconseje usar bien un acero claramente austenítico (con menos del 20 % de ferrita, de manera que este porcentaje se calcula mediante el índice IF del que se ha visto que tenía razonablemente bien en cuenta el porcentaje real de ferrita, al menos para los aceros usados),o bien un acero austenoferrítico que contenga entre el 40 y el 70 % de ferrita según el índice IF.
[0067] Como se ha visto, la invención permite mejorar sustancialmente los rendimientos de aislamiento térmico de los ruptores de puentes térmicos de acero inoxidable, y sin tener que sacrificar las propiedades mecánicas de los ruptores de acero inoxidable habituales, por el contrario. Algunas variantes de la invención presentan una aptitud para la transformación en caliente especialmente elevada, lo que da acceso a formas de armazones de ruptores de puentes térmicos que no eran sencillas de plantear hasta este momento. Los constructores de edificios con bajo consumo de energía tienen así, gracias a la invención, la posibilidad de aprovechar nuevos diseños de ruptores de puentes térmicos, que podrían ser ventajosos.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Armazón (7) de ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, caracterizado porque está hecho de un acero inoxidable austenítico o austenoferrítico cuya composición, en % en peso, consiste en:
- trazas < C < 0,08 %; preferentemente 0,01 < C < 0,04 %;
-1,5 % < Si < 4,0 %; preferentemente 2,0 % < Si < 3,0 %;
-4,0% < Mn < 10,0%;
- trazas < Ni < 7,0 %; preferentemente trazas < Ni < 5,0 %;
-16,0 % < Cr < 23,0%;
- trazas < Mo < 2,0 %;
-trazas < W < 1,0 %;
- trazas < Mo W/2 < 2,0 %;
- trazas < Co < 2,0 %; preferentemente trazas < Co < 0,8 %;
- trazas < Cu < 3,0 %;
-0,10% < N < 0,25%;
siendo el resto hierro, elementos de aleaciones distintos de los mencionados anteriormente e impurezas resultantes de la elaboración, de manera que el total de estos otros elementos de aleaciones e impurezas no supera el 1,0 %, y ninguno de estos otros elementos de aleación está presente individualmente en un contenido superior al 0,5 %, y porque el índice de conductividad térmica IC calculado según:
IC = 22,2 2,11 (1 - IF/100) - 0,89 Si - 0,77 Ni - 0,44 Mn - 0,17 Cr - 0,16 Cu con IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si - 8,6 Ni - 2,4 Mn - 0,5 Cu -110 C -150 N - 42,7 es < 13,5, preferentemente < 13,0, mejor < 12,5.
2. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de Cr está comprendido entre el 16,0 % y el 20,0 %.
3. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de Cr está comprendido entre el 20,0 % y el 23,0 %.
4. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el contenido de Ni del acero está comprendido entre el 1,0 % y el 7,0 %, preferentemente entre el 2,0 % y el 5,0 %.
5. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el índice ferrítico IF del acero calculado según:
IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si -8,6 Ni -2,4 Mn -0,5 Cu - 110 C -150 N -42,7 es < 20.
6. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el índice ferrítico IF del acero calculado según:
IF = 6,7 Cr 5,7 Mo 10,7 Si -8,6 Ni -2,4 Mn -0,5 Cu -110 C -150 N -42,7 es > 40 y < 70.
7. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque entre dichos otros elementos de aleación figura uno, al menos, de entre Al, Ti, Nb, V, Ca y B, porque Al, Ti, Nb y V pueden estar cada uno presentes a razón de como máximo el 0,5 % y porque Ca y B pueden estar cada uno presentes a razón de como máximo el 0,05 %.
8. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el límite de elasticidad Rp0,2 es superior o igual a 600 MPa o mejor superior o igual a 700 MPa con una elongación total bajo carga máxima Agt superior o igual al 5 %.
9. Armazón (7) de ruptor de puente térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se obtiene a partir de una barra, de un hilo o de una lámina.
10. Ruptor de puente térmico para la construcción de edificios, que incluye un armazón (7) y una capa de aislante (6) atravesada por dicho armazón (7), caracterizado porque dicho armazón (7) está hecho según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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