海水中鋼的腐蝕速度受向鋼表面供給的溶解氧控制，如果假定合金元素的加入對低合金鋼在海水中的耐蝕性有影響，那么僅限于使鋼表面上生成的銹層中在溶解氧擴散障壁的性質發生變化。像大氣中那樣，在干濕交替的環境條件下所生成的鋼的銹層，就連不加入合金元素的碳素鋼也具有相當的防蝕能力。隨著銹層的形成腐蝕速度下降，所以表示腐蝕量-暴曬時間的曲線呈拋物線狀，而且像在耐候鋼上所看到的那樣，通過添加合金元素能顯著地提高銹層的保護性。
與(yu)此相反，一般(ban)認為在海水中鋼(gang)生(sheng)成的(de)銹層(ceng)不太(tai)有保護性。其最大理由是腐蝕量-暴曬時(shi)間的(de)關(guan)系(xi)幾乎是直線關(guan)系(xi)。
1920年，英國的(de)土木學會（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當(dang)時的(de) Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及Plymouth(England)進(jin)行(xing)了為(wei)期(qi)5年、10年、15年的(de)碳素鋼海水浸泡(pao)試(shi)(shi)驗，腐蝕(shi)程度大致與試(shi)(shi)驗時間成正比。
Larrabee針對結構鋼(gang)在(zai)Kure Beach 所(suo)進行(xing)的(de)(de)(de)為期(qi)4.5年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)試驗(yan)表明，腐(fu)蝕速度(du)幾乎是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)，為0.08~0.13mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（3~5mpy).并(bing)且(qie)，對鋼(gang)樁(zhuang)為期(qi)23.6年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)調查(cha)［28]表明，海(hai)水中鋼(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕速度(du)在(zai)最初(chu)的(de)(de)(de)20年(nian)(nian)(nian)(nian)間(jian)約0.05mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2mpy),更好的(de)(de)(de)是(shi)(shi)0.03mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（1mpy),隨著(zhu)時間(jian)延長腐(fu)蝕速度(du)雖有下降(jiang)，但變(bian)化(hua)不大。前面所(suo)敘(xu)述的(de)(de)(de)在(zai)著(zhu)名的(de)(de)(de)巴(ba)拿馬運河進行(xing)的(de)(de)(de)為期(qi)16年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)試驗(yan)結果是(shi)(shi)，碳素鋼(gang)腐(fu)蝕速度(du)在(zai)最初(chu)的(de)(de)(de)1年(nian)(nian)(nian)(nian)是(shi)(shi)0.15mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（5.8mpy),在(zai)第16年(nian)(nian)(nian)(nian)變(bian)成0.07mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)(de)穩定(ding)值，然而這期(qi)間(jian)的(de)(de)(de)平均腐(fu)蝕速度(du)是(shi)(shi)0.07mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)蝕量一(yi)(yi)(yi)暴(bao)露時間(jian)的(de)(de)(de)坐標圖在(zai)外觀上(shang)看完全是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)條直線。
含有2%~3%的(de)(de)(de)(de)鉻或者Cr+Al的(de)(de)(de)(de)鋼在海水中降低(di)(di)腐蝕的(de)(de)(de)(de)數據(ju)，在很早以前先后被(bei)Herzog(1936年(nian)）、La Que (1942年(nian)）、Hudson (1950年(nian)）、Gillet[31](1936年(nian)）、Larrabee(1953年(nian)）等(deng)發表了。其中作為(wei)長期求(qiu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)數據(ju)，若(ruo)根據(ju)Larrabee用1.5年(nian)、2.5年(nian)以及4.5年(nian)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)求(qiu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和碳素鋼的(de)(de)(de)(de)結果，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼的(de)(de)(de)(de)腐蝕率低(di)(di)，而(er)且腐蝕的(de)(de)(de)(de)增加與(yu)時間呈直線關系(xi)。雖然腐蝕率小但腐蝕速度大致一定，而(er)且比(bi)碳素鋼的(de)(de)(de)(de)斜率小，這(zhe)一點是不可想(xiang)像的(de)(de)(de)(de)。
著名的(de) Uhlig的(de)教(jiao)科書《Corrosion and Corrosion Control》于1963年出版，雖然于1971年及(ji)1985年進行(xing)了修訂［33],可是書中沒(mei)有有關對海水(shui)等(deng)天然水(shui)對添(tian)加少量(liang)合金元素(su)鋼進行(xing)試驗并有效(xiao)果的(de)記錄。
書中說：“·····pH值(zhi)在4~10之(zhi)間，只要通(tong)過控(kong)制(zhi)表面氧化(hua)(hua)物層（銹(xiu)）的(de)(de)(de)氧的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散，即使(shi)改(gai)變鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組成(cheng)(cheng)或熱處理(li)，或者進行冷加工、退(tui)火，如果作為銹(xiu)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散障壁的(de)(de)(de)性質不發(fa)生(sheng)變化(hua)(hua)的(de)(de)(de)話，則(ze)與腐蝕特性沒(mei)有關系。”“．．．．．鐵(tie)或鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組成(cheng)(cheng)在通(tong)常市(shi)售的(de)(de)(de)碳素(su)鋼(gang)(gang)或低合金(jin)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組成(cheng)(cheng)范圍內，對天然水(shui)或土壤(rang)所引(yin)起的(de)(de)(de)腐蝕率(lv)沒(mei)有實質的(de)(de)(de)影響。”［根(gen)據日文(wen)版(ban)“腐蝕反(fan)應及其控(kong)制(zhi)”（第3版(ban)）］
Uhlig在(zai)(zai)該(gai)教科書中就(jiu)鐵和鋼(gang)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)做了如下(xia)的(de)敘(xu)述：“在(zai)(zai)水(shui)中空氣飽和時(shi)，初期的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)約達到(dao)0.46mm/年（10gmd).數(shu)(shu)日后生(sheng)成(cheng)的(de)氧(yang)化鐵（銹(xiu)）形成(cheng)氧(yang)的(de)擴(kuo)(kuo)散障(zhang)(zhang)(zhang)壁，隨著(zhu)擴(kuo)(kuo)散障(zhang)(zhang)(zhang)壁的(de)形成(cheng)，腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)減慢。穩定狀態下(xia)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此認(ren)為銹(xiu)的(de)擴(kuo)(kuo)散障(zhang)(zhang)(zhang)壁作用在(zai)(zai)數(shu)(shu)日間達到(dao)飽和。根(gen)據每天一(yi)次擦掉位(wei)于水(shui)中鋼(gang)表面一(yi)部分銹(xiu)時(shi)，該(gai)部分腐(fu)(fu)蝕(shi)就(jiu)會加(jia)深的(de)事(shi)實也可以知道，連碳素鋼(gang)的(de)銹(xiu)層也有保護(hu)作用。
直接測定透過鋼銹層的溶解氧擴散速度的人是柴田等。他們把碳素鋼放在25℃的空氣飽和人工海水中浸泡5min~5h,隨著時間的延長，用回轉電極法求出了陰極極化曲線。這里求出的陰極電流密度iobs是溶解氧的還原電流密度ia和銹層電流密度ioxide的和。同時把腐蝕后的試片移到脫氮的溶液中，用回轉電極法求出只由銹的還原引起的陰極電流密度，把它設定為ioxideoiob減去 ioxide后的值就是通過銹層的溶解氧的擴散電流密度id0把擴散層的厚度定為與銹層厚度相等，求出的碳素鋼銹層中溶解氧的擴散系數是6.91×10-7c㎡/s(25℃),比水中的值小很多。所以，鋼的腐蝕即使在碳素鋼上也是借助于銹減輕。柴田等同時出示了COR-TEN(0.55%Cr-0.46%Ni-0.38%Cu-0.123%P)、2%Cr鋼、3%Cr鋼等進一步增大溶解氧擴散阻力的數據。
松島等用碳素鋼及含有1%、2%、3%Cr鋼的(de)(de)試(shi)(shi)驗材制成50mmx50mmx4mm的(de)(de)試(shi)(shi)片，在15天(tian)的(de)(de)人工海水(shui)浸泡(pao)中(zhong)腐蝕(shi)量(liang)隨(sui)著鉻(ge)量(liang)的(de)(de)增加(jia)大(da)幅(fu)度(du)降(jiang)低（3%Cr鋼只有碳素鋼的(de)(de)75%);然而(er)把表面的(de)(de)3/4鍍銅后進行同樣(yang)的(de)(de)試(shi)(shi)驗時，由(you)于腐蝕(shi)量(liang)全(quan)都大(da)致(zhi)相同,因此(ci)證明含鉻(ge)鋼腐蝕(shi)速(su)度(du)小的(de)(de)原因是由(you)于銹(xiu)層的(de)(de)存在降(jiang)低了陰(yin)極反應速(su)度(du)。
但是(shi)，還不能區別其原(yuan)因的(de)是(shi)，通過銹(xiu)層氧的(de)擴(kuo)散是(shi)受(shou)到抑制，還是(shi)由于銹(xiu)層表(biao)面引起氧的(de)還原(yuan)而降(jiang)低了它的(de)擴(kuo)散速(su)(su)度。因此，在經過15天腐蝕的(de)各試片上加入流動的(de)溶液(ye)，以研究電位的(de)上升。根據碳素鋼(gang)(gang)的(de)電位上升到35mV,而3%Cr鋼(gang)(gang)只有9mV的(de)事實，認為(wei)在含鉻(ge)鋼(gang)(gang)上通過銹(xiu)層的(de)氧的(de)擴(kuo)散速(su)(su)度不同。
他們(men)在水溶(rong)(rong)液中把生銹的(de)鋼進行腐蝕時(shi)，設銹層的(de)厚度(du)為δ1,溶(rong)(rong)液中氧(yang)的(de)擴散層厚度(du)為δ2,氧(yang)的(de)體積濃度(du)為Co、銹層表面濃度(du)為C、鋼表面上為0時(shi)，則氧(yang)的(de)還原電流i可用下式表示(shi)：
D1即銹層中氧的擴散系數，如果其低到10-6~10-7c㎡/s程度，把腐蝕速度（i)作為銹層厚度（δ1)的函數進行繪圖，可以知道銹層厚度一旦高于0.1~0.3mm以上時，即使銹層厚度再高，腐蝕速度i也不變化。就是說，銹層中氧的擴散系數越小，隨著銹層的厚度增加，氧不容易通過，氧的消耗速度下降，然而銹層表面氧的濃度增大并接近體積濃度，通過銹層氧的通量的降低發生鈍化，鈍化后即使經過更長時間也不再降低，所以腐蝕速度對時間皇直線關系。
由于達到這種狀態的時間比較快，所以腐蝕試驗的結果從最初就成為直線狀。并且，在含有一定程度的鉻鋼上反映出銹層中氧的擴散速度緩慢，大致成為直線的腐蝕量－時間關系的斜率幾乎從最初就不同。松島等通過在擴散下time-lag法的復雜應用測出了銹層中氧的擴散系數：碳素鋼1.1×10-6c㎡/s、3%Cr鋼3.7×10-6c㎡/s.碳素鋼的值和柴田等求出的6.91×10-7c㎡/s比較一致。
通過這(zhe)些研(yan)(yan)究(jiu)，搞(gao)清楚(chu)了添加鉻可提高(gao)鋼在(zai)海水中(zhong)耐蝕性的(de)機(ji)理是其增強了在(zai)銹(xiu)層中(zhong)作為氧的(de)擴散障壁的(de)性質，并(bing)且(qie)，其效果在(zai)腐(fu)蝕－時間曲(qu)線沒有出現彎曲(qu)，而(er)且(qie)對(dui)幾乎(hu)從開始按直(zhi)線增加的(de)腐(fu)蝕量的(de)斜率變小(xiao)這(zhe)一現象已經大體(ti)解(jie)釋清楚(chu)。但是遺憾的(de)是相關的(de)研(yan)(yan)究(jiu)少，并(bing)且(qie)討論的(de)機(ji)會也少，缺(que)少多(duo)人(ren)充分的(de)研(yan)(yan)究(jiu)結果。關于對(dui)海水環(huan)境生成(cheng)銹(xiu)層的(de)結構的(de)研(yan)(yan)究(jiu)或者在(zai)該環(huan)境下的(de)合金元素影響(xiang)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)，如以下所敘述(shu)的(de)那樣也非常少。
