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。
與此相反，一(yi)般(ban)認為在海水中鋼生成的銹層不(bu)太有保護性。其最大理由是(shi)(shi)腐蝕量-暴(bao)曬時間的關系(xi)(xi)幾乎是(shi)(shi)直(zhi)線關系(xi)(xi)。
1920年(nian)，英國(guo)的(de)土木學會(hui)（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當時的(de) Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及Plymouth(England)進行了(le)為期5年(nian)、10年(nian)、15年(nian)的(de)碳素鋼海(hai)水(shui)浸泡試驗(yan)(yan)，腐蝕(shi)程度大致(zhi)與(yu)試驗(yan)(yan)時間成正(zheng)比。
Larrabee針對結構鋼(gang)在(zai)Kure Beach 所(suo)進(jin)(jin)行(xing)(xing)的(de)(de)為(wei)期(qi)(qi)4.5年(nian)(nian)的(de)(de)試驗(yan)表明(ming)，腐(fu)蝕速度幾乎是(shi)一定的(de)(de)，為(wei)0.08~0.13mm/年(nian)(nian)（3~5mpy).并且(qie)，對鋼(gang)樁為(wei)期(qi)(qi)23.6年(nian)(nian)的(de)(de)調查(cha)［28]表明(ming)，海(hai)水(shui)中鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕速度在(zai)最初的(de)(de)20年(nian)(nian)間(jian)約(yue)0.05mm/年(nian)(nian)（2mpy),更好(hao)的(de)(de)是(shi)0.03mm/年(nian)(nian)（1mpy),隨著時間(jian)延長腐(fu)蝕速度雖有下降，但變(bian)化不大。前面(mian)所(suo)敘述(shu)的(de)(de)在(zai)著名的(de)(de)巴(ba)拿馬運河進(jin)(jin)行(xing)(xing)的(de)(de)為(wei)期(qi)(qi)16年(nian)(nian)的(de)(de)試驗(yan)結果(guo)是(shi)，碳素(su)鋼(gang)腐(fu)蝕速度在(zai)最初的(de)(de)1年(nian)(nian)是(shi)0.15mm/年(nian)(nian)（5.8mpy),在(zai)第16年(nian)(nian)變(bian)成0.07mm/年(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)穩(wen)定值，然而這期(qi)(qi)間(jian)的(de)(de)平均腐(fu)蝕速度是(shi)0.07mm/年(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)蝕量一暴露時間(jian)的(de)(de)坐標(biao)圖(tu)在(zai)外(wai)觀上看完全是(shi)一條直線。
含有(you)2%~3%的(de)(de)(de)(de)(de)鉻或(huo)者Cr+Al的(de)(de)(de)(de)(de)鋼在海水中(zhong)降(jiang)低腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)數據，在很(hen)早以前先后被Herzog(1936年(nian)(nian)）、La Que (1942年(nian)(nian)）、Hudson (1950年(nian)(nian)）、Gillet[31](1936年(nian)(nian)）、Larrabee(1953年(nian)(nian)）等發表了。其中(zhong)作為長期求出的(de)(de)(de)(de)(de)數據，若根據Larrabee用1.5年(nian)(nian)、2.5年(nian)(nian)以及4.5年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗求出的(de)(de)(de)(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和碳素(su)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)結果，只有(you)2.6%Cr-0.5%Mo鋼的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)低，而(er)且腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)增加與時間(jian)呈直(zhi)線關系。雖然腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)小但腐(fu)(fu)蝕(shi)速度大致一(yi)定，而(er)且比(bi)碳素(su)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)斜率(lv)小，這(zhe)一(yi)點是(shi)不(bu)可想像的(de)(de)(de)(de)(de)。
著名(ming)的 Uhlig的教科書《Corrosion and Corrosion Control》于1963年(nian)(nian)出版，雖然于1971年(nian)(nian)及1985年(nian)(nian)進行(xing)了修(xiu)訂［33],可是書中沒有有關對(dui)海水等天然水對(dui)添加少量(liang)合金元素鋼進行(xing)試驗并有效(xiao)果(guo)的記錄。
書中說：“·····pH值在4~10之間，只(zhi)要通過控制(zhi)表面氧(yang)化(hua)物(wu)層（銹(xiu)）的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)，即使改變鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)成或(huo)(huo)熱處理(li)，或(huo)(huo)者進行冷加工、退火，如(ru)果作為銹(xiu)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)障(zhang)壁的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)不(bu)發生變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)話，則與(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)特性(xing)沒有關系。”“．．．．．鐵或(huo)(huo)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)成在通常(chang)市售(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)碳素(su)鋼(gang)(gang)或(huo)(huo)低(di)合金(jin)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)成范(fan)圍內(nei)，對天然水(shui)或(huo)(huo)土壤所引起的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)沒有實(shi)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。”［根據日文版(ban)“腐(fu)(fu)蝕(shi)反應及(ji)其控制(zhi)”（第3版(ban)）］
Uhlig在該(gai)(gai)教科書中就(jiu)鐵和鋼(gang)的腐蝕(shi)(shi)做了如下(xia)的敘述：“在水中空氣(qi)飽(bao)和時(shi)，初期的腐蝕(shi)(shi)速度約(yue)達到0.46mm/年（10gmd).數日后生成的氧(yang)化(hua)鐵（銹(xiu)）形成氧(yang)的擴散障(zhang)壁(bi)，隨著擴散障(zhang)壁(bi)的形成，腐蝕(shi)(shi)速度減慢。穩定狀態(tai)下(xia)的腐蝕(shi)(shi)速度是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此(ci)認為銹(xiu)的擴散障(zhang)壁(bi)作(zuo)用(yong)在數日間達到飽(bao)和。根據每天一次(ci)擦掉(diao)位于(yu)水中鋼(gang)表面一部分銹(xiu)時(shi)，該(gai)(gai)部分腐蝕(shi)(shi)就(jiu)會加深的事實也(ye)可以知道，連碳素鋼(gang)的銹(xiu)層也(ye)有保護作(zuo)用(yong)。
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(tan)素鋼(gang)及含有1%、2%、3%Cr鋼(gang)的(de)試驗材制成(cheng)50mmx50mmx4mm的(de)試片，在15天(tian)的(de)人(ren)工海水浸泡(pao)中(zhong)腐蝕(shi)量(liang)(liang)隨著鉻量(liang)(liang)的(de)增加(jia)大(da)幅度降(jiang)低（3%Cr鋼(gang)只有碳(tan)素鋼(gang)的(de)75%);然而把表面的(de)3/4鍍銅后(hou)進行同樣的(de)試驗時，由(you)(you)于腐蝕(shi)量(liang)(liang)全都大(da)致相(xiang)同,因此(ci)證明含鉻鋼(gang)腐蝕(shi)速度小的(de)原(yuan)因是由(you)(you)于銹(xiu)層的(de)存(cun)在降(jiang)低了陰(yin)極(ji)反(fan)應速度。
但(dan)是(shi)，還(huan)(huan)不能區別其原因的是(shi)，通過(guo)銹層氧(yang)的擴(kuo)散是(shi)受到抑制，還(huan)(huan)是(shi)由于銹層表面(mian)引起氧(yang)的還(huan)(huan)原而降低了它的擴(kuo)散速(su)度(du)。因此，在(zai)經過(guo)15天腐(fu)蝕(shi)的各試片上(shang)加(jia)入(ru)流(liu)動(dong)的溶液，以研究電(dian)(dian)位的上(shang)升。根據碳素鋼的電(dian)(dian)位上(shang)升到35mV,而3%Cr鋼只有9mV的事(shi)實，認為在(zai)含鉻鋼上(shang)通過(guo)銹層的氧(yang)的擴(kuo)散速(su)度(du)不同。
他們在(zai)水溶(rong)液(ye)中把生銹的鋼(gang)進(jin)行腐(fu)蝕時，設銹層的厚(hou)度(du)為(wei)(wei)δ1,溶(rong)液(ye)中氧(yang)的擴散(san)層厚(hou)度(du)為(wei)(wei)δ2,氧(yang)的體積濃度(du)為(wei)(wei)Co、銹層表(biao)(biao)(biao)面(mian)濃度(du)為(wei)(wei)C、鋼(gang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)上為(wei)(wei)0時，則(ze)氧(yang)的還原電流i可(ke)用(yong)下式表(biao)(biao)(biao)示：
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(guo)這(zhe)(zhe)些研(yan)(yan)(yan)究，搞清楚了添加(jia)鉻可提高鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)海水(shui)中耐(nai)蝕(shi)性的(de)(de)(de)機理(li)是其(qi)增強了在(zai)(zai)(zai)銹(xiu)層(ceng)中作為氧的(de)(de)(de)擴散障壁的(de)(de)(de)性質(zhi)，并(bing)且，其(qi)效果在(zai)(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)－時間曲線(xian)(xian)沒有出現彎(wan)曲，而且對幾(ji)乎從開始按直線(xian)(xian)增加(jia)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)量(liang)的(de)(de)(de)斜率變(bian)小(xiao)這(zhe)(zhe)一現象已經(jing)大體(ti)解釋清楚。但是遺憾的(de)(de)(de)是相(xiang)關(guan)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究少，并(bing)且討論的(de)(de)(de)機會(hui)也少，缺(que)少多人充分的(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究結(jie)果。關(guan)于對海水(shui)環境(jing)生成銹(xiu)層(ceng)的(de)(de)(de)結(jie)構的(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究或者在(zai)(zai)(zai)該(gai)環境(jing)下的(de)(de)(de)合金元(yuan)素影響的(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究，如以(yi)下所(suo)敘述的(de)(de)(de)那樣也非常(chang)少。
