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，一般認(ren)為在海(hai)水中(zhong)鋼(gang)生成的銹層不太有保(bao)護性。其最大理由是腐蝕量-暴曬時(shi)間的關系幾(ji)乎是直線關系。
1920年(nian)，英國的土木學會（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當時(shi)的 Ceylon)、Halifax(Cana-da)以(yi)及Plymouth(England)進行了為期5年(nian)、10年(nian)、15年(nian)的碳素鋼海水(shui)浸泡試(shi)驗(yan)，腐蝕程度大(da)致與試(shi)驗(yan)時(shi)間成正(zheng)比(bi)。
Larrabee針對結構(gou)鋼在Kure Beach 所進(jin)行的(de)(de)(de)(de)(de)為期4.5年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗表(biao)明，腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)幾(ji)乎是(shi)(shi)一定的(de)(de)(de)(de)(de)，為0.08~0.13mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（3~5mpy).并且，對鋼樁為期23.6年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)調查［28]表(biao)明，海水中鋼的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)在最初(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)20年(nian)(nian)(nian)(nian)間約0.05mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2mpy),更好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)0.03mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（1mpy),隨著時間延長腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)雖有下(xia)降(jiang)，但變(bian)化不大。前面所敘述的(de)(de)(de)(de)(de)在著名的(de)(de)(de)(de)(de)巴拿馬運河進(jin)行的(de)(de)(de)(de)(de)為期16年(nian)(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗結果是(shi)(shi)，碳素鋼腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)在最初(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)1年(nian)(nian)(nian)(nian)是(shi)(shi)0.15mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（5.8mpy),在第16年(nian)(nian)(nian)(nian)變(bian)成0.07mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)(de)(de)(de)穩定值(zhi)，然而這(zhe)期間的(de)(de)(de)(de)(de)平均(jun)腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)度(du)(du)是(shi)(shi)0.07mm/年(nian)(nian)(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)蝕(shi)量一暴露時間的(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)標圖在外觀上看完全是(shi)(shi)一條直線。
含有2%~3%的(de)(de)鉻或者Cr+Al的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)在海(hai)水中(zhong)降(jiang)低腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)數據(ju)，在很早以前(qian)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(le)。其中(zhong)作(zuo)為(wei)長(chang)期求出的(de)(de)數據(ju)，若根據(ju)Larrabee用1.5年(nian)(nian)、2.5年(nian)(nian)以及(ji)4.5年(nian)(nian)的(de)(de)試驗求出的(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)結果(guo)，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)低，而且腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)增(zeng)加與時間呈直線關系。雖(sui)然(ran)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)小但腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速度大致(zhi)一(yi)定，而且比(bi)碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)斜率(lv)小，這一(yi)點(dian)是不(bu)可想像(xiang)的(de)(de)。
著名的(de) Uhlig的(de)教科書《Corrosion and Corrosion Control》于1963年出版，雖(sui)然于1971年及1985年進行(xing)了修訂［33],可是(shi)書中(zhong)沒有(you)(you)有(you)(you)關對海水等(deng)天然水對添加少量合金元素(su)鋼(gang)進行(xing)試驗(yan)并有(you)(you)效(xiao)果的(de)記錄。
書(shu)中說：“·····pH值在4~10之間，只要通過控制表面氧化(hua)物層（銹）的(de)(de)(de)氧的(de)(de)(de)擴散，即使(shi)改變鋼的(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)或(huo)熱處理，或(huo)者進行冷加工、退火，如(ru)果作為銹的(de)(de)(de)擴散障壁(bi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi)不發生(sheng)變化(hua)的(de)(de)(de)話，則(ze)與腐蝕(shi)(shi)特性(xing)(xing)沒(mei)有關系。”“．．．．．鐵(tie)或(huo)鋼的(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)在通常(chang)市售的(de)(de)(de)碳素(su)鋼或(huo)低合金鋼的(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)范圍內，對天(tian)然水或(huo)土壤(rang)所(suo)引起的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)率沒(mei)有實質(zhi)的(de)(de)(de)影響。”［根據日文版(ban)“腐蝕(shi)(shi)反應及其控制”（第3版(ban)）］
Uhlig在該教(jiao)科書中(zhong)就鐵和鋼(gang)的(de)腐蝕(shi)做了如下的(de)敘(xu)述(shu)：“在水(shui)中(zhong)空氣飽和時，初期的(de)腐蝕(shi)速(su)度約(yue)達到0.46mm/年（10gmd).數日后生成(cheng)的(de)氧化(hua)鐵（銹(xiu)）形(xing)成(cheng)氧的(de)擴散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)，隨(sui)著(zhu)擴散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)的(de)形(xing)成(cheng)，腐蝕(shi)速(su)度減慢(man)。穩定狀態下的(de)腐蝕(shi)速(su)度是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此(ci)認為銹(xiu)的(de)擴散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)作(zuo)用(yong)在數日間達到飽和。根據每天一次擦掉位于水(shui)中(zhong)鋼(gang)表面一部(bu)分銹(xiu)時，該部(bu)分腐蝕(shi)就會(hui)加(jia)深的(de)事實也可以知道，連碳素鋼(gang)的(de)銹(xiu)層也有保護作(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(dao)等用(yong)碳素鋼(gang)(gang)及含有1%、2%、3%Cr鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)試驗材制成50mmx50mmx4mm的(de)(de)(de)試片，在15天的(de)(de)(de)人工海水(shui)浸泡中腐蝕量(liang)隨著鉻量(liang)的(de)(de)(de)增加(jia)大(da)幅度(du)降低(di)（3%Cr鋼(gang)(gang)只有碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)75%);然而把表面(mian)的(de)(de)(de)3/4鍍銅后進行同樣的(de)(de)(de)試驗時(shi)，由于(yu)腐蝕量(liang)全都(dou)大(da)致相同,因此(ci)證明含鉻鋼(gang)(gang)腐蝕速(su)度(du)小的(de)(de)(de)原因是由于(yu)銹(xiu)層的(de)(de)(de)存在降低(di)了(le)陰極反(fan)應(ying)速(su)度(du)。
但是(shi)(shi)，還(huan)不能區別其原因(yin)(yin)的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，通(tong)過銹層氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)是(shi)(shi)受(shou)到(dao)抑制，還(huan)是(shi)(shi)由于銹層表面引起氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)還(huan)原而降低了它的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)。因(yin)(yin)此(ci)，在(zai)經過15天腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)各試片上(shang)(shang)加入流動的(de)(de)(de)(de)溶液(ye)，以(yi)研究(jiu)電位的(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升。根(gen)據碳素鋼的(de)(de)(de)(de)電位上(shang)(shang)升到(dao)35mV,而3%Cr鋼只有(you)9mV的(de)(de)(de)(de)事實，認為在(zai)含鉻鋼上(shang)(shang)通(tong)過銹層的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)不同(tong)。
他們在水溶(rong)液(ye)中把生銹的(de)鋼(gang)(gang)進(jin)行腐蝕(shi)時，設銹層的(de)厚度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)δ1,溶(rong)液(ye)中氧(yang)的(de)擴散(san)層厚度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)δ2,氧(yang)的(de)體積濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)Co、銹層表面濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)C、鋼(gang)(gang)表面上(shang)為(wei)(wei)(wei)(wei)0時，則氧(yang)的(de)還原(yuan)電流i可用下式表示：
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)些研究(jiu)(jiu)，搞清楚了(le)添(tian)加鉻可提高(gao)鋼在海(hai)水中耐(nai)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)機理是其增強了(le)在銹層(ceng)(ceng)中作為氧的(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)壁(bi)的(de)(de)(de)(de)性(xing)質，并(bing)且，其效果在腐(fu)蝕－時間曲(qu)線沒有(you)出現彎曲(qu)，而且對(dui)幾乎(hu)從開(kai)始按直(zhi)線增加的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕量的(de)(de)(de)(de)斜(xie)率(lv)變(bian)小這(zhe)一現象已經大體解釋清楚。但(dan)是遺憾的(de)(de)(de)(de)是相關的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)少，并(bing)且討論的(de)(de)(de)(de)機會也少，缺少多人充(chong)分的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)結(jie)果。關于對(dui)海(hai)水環境生(sheng)成銹層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)或者(zhe)在該環境下(xia)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)元素(su)影響的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)，如(ru)以下(xia)所敘述(shu)的(de)(de)(de)(de)那樣也非常少。
