本发明属于船舶高强钢制造领域，具体涉及一种极地破冰运输船结构用钢及制造方法。
背景技术：
南极北极地区资源丰富，开采和运输这些资源就低温船舶。我国经北极航道至西北欧及北美国家的海洋航程比经亚丁湾航程少15天左右，而且，运输液化天然气走北极低温航道比走赤道海路更安全，效益显著。极地航道船舶除了环境温度低，还受到冰块的冲击以及海浪、飓风的破坏左右。因此，要求船舶结构用钢具有屈服强度≥500mpa的高强度和冷脆转变温度低于-70℃的低温韧性，这样不会因低温导致脆性断裂。另外，船舶经过寒冷地区还会遇到厚冰海域，因此，极地低温船舶还要求具有一定的破冰能力，船舶用结构钢需要采用高强度钢材建造。
中国发明专利申请cn201610587965.4公开了一种可大线能量焊接的极地船用钢板及其制备方法，化学成分为c0.03～0.07％，si0.15～0.30％，mn1.10～1.50％，p≤0.0070％，s≤0.0030％，ti0.008～0.020％，n0.0030～0.0060％，cu0.10～0.30％，ni0.10～0.40％，nb0.010～0.040％，al0.020～0.050％，余量为fe，钢板基体组织为铁素体+珠光体，其中珠光体弥散分布于铁素体晶粒之间，铁素体晶粒尺寸为4～8um。钢材具有优异的-60℃、-80℃低温冲击韧性，但该发明专利申请的不足在于，采用该化学成分及制备方法制造的钢材屈服强度偏低，破冰过程中容易发生屈服，不能破冰前行。
中国发明专利cn201210271624.8公开了“高强度高韧性船体结构用钢”，化学成分为：c：0.015～0.10％，si：0.005～0.6％，mn：0.4～2.50％，p≤0.015％，s≤0.01％，nb：0.003～0.12％，ti：0.003～0.02％，al≤0.06％，n：0.001～0.006％，b：0.0005～0.0025％，o≤0.008％，zr：0.001～0.10％，余量为fe和不可避免的其它杂质元素，其中c、b、ti、n满足c+10b＝0.05-0.11，ti/n＞3的要求。所述钢板的制造方法包括：连铸板坯热轧，其中板坯加热温度：1100～1200℃，再结晶区轧制温度：920～1130℃，非再结晶区轧制温度：880～730℃，终止冷却温度：200～550℃，冷却速度：3～25℃/s。得到的钢板屈服强度≥355mpa、抗拉强度≥490mpa、-40℃低温冲击功大于120j。采用该专利技术制造的钢板屈服强度仅为355mpa，-40℃低温冲击功大于120j，但不适宜用于极地破冰运输船建造。
中国发明专利申请cn201210559488.2公开了一种抗低温应变时效脆性的超高强度船板及其生产方法，化学成分为：c0.04％～0.08％，si0.15％～0.45％，mn0.8％～1.2％，p0.005％～0.015％，s≤0.005％，al0.02％～0.08％，n≤0.005％，还有cu0.05％～0.50％，ni0.05％～0.40％，v0.02％～0.10％，nb0.005％～0.05％，ti0.005％～0.05％，ca0.0005％～0.006％中的两种以上。板坯加热温度1100～1150℃，再结晶区开轧温度1050～1100℃，终轧温度880～940℃，累积变形量≥60％，空冷到810～840℃开始未再结晶区轧制，终轧温度780～820℃，累积变形量≥50％；轧后层流冷却，冷速8～15℃/s，返红温度550～640℃。但该发明专利申请不足在于采用控轧控冷工艺制造的钢材内应力较大，极地厚冰海域破冰航行过程中存在断裂风险。
中国发明专利cn201210031780.7公开了ni系低温钢及制造方法、液化天然气储罐和运输船用船体，钢的成分为：c：0.02～0.10％，si：0.01～0.20％，mn：0.50～0.75％，p：≤0.010％，s：≤0.004％，ni：8.50～9.50％，al：0.005～0.040％，ti：0.005～0.040％，o：0.0005～0.003％，n：0.0010～0.012％，ca：0.0005～0.004％，cu：0.001～1.50％，mo：0.001～0.16％，余量为fe。采用bof(或eaf)冶炼+lf+vd(或rh)精炼工艺炼制；采用二冷区弱冷+稳定的低拉速工艺配合进行钢的连铸；采用低温加热+控制轧制技术进行钢的轧制，并在ar3温度以上直接淬火；采用临界淬火+回火工艺对钢进行热处理。经低温冲击、ndt、dt、ctod、k1a等实验检测证明按照本发明ni系低温钢材料的优点是：具有良好的强韧性匹配，适合用于制造容量超过2×105m3、最大壁厚超过50mm的、对安全性要求极高的超大型lng储罐。该发明专利涉及典型9ni钢，生产工艺复杂，成本高，钢材强度低，不能用于建造破冰船体。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种极地破冰运输船结构用钢及制造方法，克服了现有技术中低温船不能破冰、而破冰船没有大型货物运输能力的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：极地破冰运输船结构用钢，含有的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.11～0.25％、硅0.61～1.25％、锰0.10～0.39％、磷≤0.008％、硫≤0.001％、铬0.35～0.89％、钛0.11～0.20％、氮≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，所述碳优选为0.15～0.23％。
进一步地，所述硅优选为0.61～0.88％。
进一步地，所述锰优选为0.17～0.25％。
进一步地，所述铬优选为0.35～0.55％。
进一步地，所述钛优选为0.18～0.20％。
极地海域气温低、飓风强、海浪大、冰层厚，航行在该严酷环境的破冰运输船体结构要求良好的低温韧性和高强度，所用钢材要求相应的韧性和强度指标，避免发生事故。
c(碳)：0.11～0.25％,为获得一定强度的钢材，添加适量的合金元素c，除了固溶强化之外，还可与ti形成ti(cn)等析出相，进一步提高强度。
si(硅)：0.61～1.25％，钢中添加合金元素si，以置换固溶模式提高钢材强度，尤其可显著提高屈服强度。
p(磷)、s(硫)：为杂质有害元素，降低钢材质量和韧性，钢中p、s含量越低越好，但若控制含量过低，导致生产工艺成本增加，设定p：≤0.008％，s≤0.001％。
cr(铬)：0.35～0.89％，钢中添加适量cr，降低箱变温度，有利于控制轧制及精轧后控制冷却以获得预期的微观组织结构和综合力学性能。
ti(钛)：0.11～0.20％，钢中添加一定含量的ti与c及余量n形成析出相ti(cn)，一方面固定自由n，降低钢材时效倾向，另一方面，细小的析出相可遏制晶粒长大，细化晶粒，同时提高强度的韧性，还有析出强化的作用，进一步提高强度。
如上述所述极地破冰运输船结构用钢的制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼、铸造
按所述成分及重量百分比混合均匀形成铁水，然后将铁水经深脱s处理，转炉炼钢过程采用脱p剂除p处理，再用rh真空系统精炼钢水，最后铸造成铸坯；
2)轧制
分两阶段轧制成钢板，第一阶将铸坯横向轧制成成品钢板宽度尺寸，然后进行第二阶段轧制，沿铸坯纵向轧制成成品钢板厚度尺寸；
3)冷却
轧制后在10～20大气压空气环境下冷却至400～620℃，最后在沙坑缓冷至室温形成所需钢板，目的在于使析出相充分析出，沙坑缓冷的目的在于消除部分残余应力，使得制得钢的屈服强度≥500mpa、冷脆转变温度≤-70℃。
进一步地，所述步骤3)中，轧制后在10～20大气压空气环境下冷却至460～510℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的结构用钢屈服强度≥500mpa、冷脆转变温度≤-70℃，建造的极地破冰运输船综合性能良好，不仅可缩短航程，而且安全性高，克服了现有技术中低温船不能破冰、而破冰船没有大型货物运输能力的缺陷，对于我国北极海洋航运意义重大。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
按照本发明化学元素成分、重量百分比及生产方法要求，制备了五个实施例，以及两个对比实施例，分别为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、对比实施例1、对比实施例2，即冶炼并轧制了7批钢板。五个实施例及两个对比实施例的化学元素成分重量百分比见表1，其中余量为fe和不可避免的杂质。生产过程控制参数与钢板质量情况见表2。
表1五个实施例及两个对比实施例的化学成分对比(wt％)
表2五个实施例及两个对比实施例生产过程控制与钢板性能情况
从表2可看出，按本发明成分和工艺生产的钢屈服强度均高于550mpa，冷脆转变温度均低于-70℃。而不在本发明钢成分范围或/和生产工艺不在本发明范围内的对比钢屈服强度仅为516mpa、492mpa，冷脆转变温度分别为-17℃、-20℃。