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(xiang)反，一(yi)般認(ren)為在(zai)海水(shui)中鋼生成(cheng)的(de)(de)銹層(ceng)不太有保護性。其最大理由是(shi)腐蝕量-暴曬時間的(de)(de)關(guan)系幾乎是(shi)直線關(guan)系。
1920年(nian)，英國的土木學會(hui)（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當(dang)時的 Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及(ji)Plymouth(England)進行了(le)為期5年(nian)、10年(nian)、15年(nian)的碳素鋼海(hai)水浸(jin)泡試(shi)驗，腐(fu)蝕程度(du)大致與試(shi)驗時間成正比。
Larrabee針對(dui)結(jie)(jie)構鋼在Kure Beach 所(suo)進行(xing)的(de)為(wei)期4.5年(nian)的(de)試驗(yan)表明，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)幾乎是(shi)(shi)一定的(de)，為(wei)0.08~0.13mm/年(nian)（3~5mpy).并且(qie)，對(dui)鋼樁(zhuang)為(wei)期23.6年(nian)的(de)調查［28]表明，海水中鋼的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)在最初(chu)的(de)20年(nian)間約0.05mm/年(nian)（2mpy),更(geng)好的(de)是(shi)(shi)0.03mm/年(nian)（1mpy),隨(sui)著時(shi)間延長腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)雖有下(xia)降，但變化(hua)不大。前面所(suo)敘述的(de)在著名的(de)巴拿馬運(yun)河進行(xing)的(de)為(wei)期16年(nian)的(de)試驗(yan)結(jie)(jie)果(guo)是(shi)(shi)，碳素鋼腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)在最初(chu)的(de)1年(nian)是(shi)(shi)0.15mm/年(nian)（5.8mpy),在第16年(nian)變成0.07mm/年(nian)（2.7mpy)的(de)穩定值，然而這期間的(de)平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)是(shi)(shi)0.07mm/年(nian)（2.8mpy),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)量一暴露時(shi)間的(de)坐標圖在外觀上(shang)看完全是(shi)(shi)一條直(zhi)線。
含有2%~3%的(de)鉻或者Cr+Al的(de)鋼(gang)(gang)在海水中降低腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)數(shu)據，在很早以前先后被Herzog(1936年(nian)(nian)(nian)）、La Que (1942年(nian)(nian)(nian)）、Hudson (1950年(nian)(nian)(nian)）、Gillet[31](1936年(nian)(nian)(nian)）、Larrabee(1953年(nian)(nian)(nian)）等發表了。其(qi)中作為長期求(qiu)出的(de)數(shu)據，若根據Larrabee用1.5年(nian)(nian)(nian)、2.5年(nian)(nian)(nian)以及4.5年(nian)(nian)(nian)的(de)試驗求(qiu)出的(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)的(de)結果(guo)，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼(gang)(gang)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)低，而(er)(er)且腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)增加與(yu)時間(jian)呈(cheng)直線關系。雖然腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)小但腐(fu)(fu)蝕(shi)速度大致一定，而(er)(er)且比碳(tan)素鋼(gang)(gang)的(de)斜率(lv)小，這(zhe)一點是不可(ke)想像的(de)。
著名的(de) Uhlig的(de)教科書《Corrosion and Corrosion Control》于(yu)1963年(nian)出(chu)版，雖然于(yu)1971年(nian)及1985年(nian)進行了修訂［33],可是(shi)書中沒有有關對海(hai)水等天然水對添加少量(liang)合金元素鋼進行試驗并有效果的(de)記錄。
書中說：“·····pH值在4~10之間，只(zhi)要通過控制(zhi)表面氧(yang)化物層(ceng)（銹(xiu)）的氧(yang)的擴散，即使改變鋼的組(zu)成或(huo)(huo)熱(re)處理，或(huo)(huo)者進(jin)行冷(leng)加(jia)工、退(tui)火，如(ru)果作為(wei)銹(xiu)的擴散障壁的性質不發生變化的話，則與(yu)腐蝕(shi)(shi)特性沒有(you)關系。”“．．．．．鐵或(huo)(huo)鋼的組(zu)成在通常市售的碳素鋼或(huo)(huo)低合金鋼的組(zu)成范圍內(nei)，對天然水或(huo)(huo)土壤所引起(qi)的腐蝕(shi)(shi)率沒有(you)實質的影響(xiang)。”［根(gen)據(ju)日文版(ban)“腐蝕(shi)(shi)反(fan)應及其控制(zhi)”（第3版(ban)）］
Uhlig在(zai)該(gai)教科(ke)書中(zhong)就鐵和鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)做(zuo)了如(ru)下的(de)(de)敘述：“在(zai)水(shui)(shui)中(zhong)空氣飽和時，初期的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速度約達(da)到(dao)(dao)0.46mm/年(nian)（10gmd).數日后生成的(de)(de)氧(yang)化(hua)鐵（銹(xiu)）形成氧(yang)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)障(zhang)壁，隨著擴(kuo)(kuo)散(san)障(zhang)壁的(de)(de)形成，腐(fu)(fu)蝕(shi)速度減慢。穩定狀(zhuang)態(tai)下的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)速度是0.05~0.12mm/年(nian)（1.0~2.5 gmd),··.....”因(yin)此認為銹(xiu)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)障(zhang)壁作用在(zai)數日間達(da)到(dao)(dao)飽和。根據每天一(yi)次擦掉位于水(shui)(shui)中(zhong)鋼(gang)表面(mian)一(yi)部(bu)分(fen)銹(xiu)時，該(gai)部(bu)分(fen)腐(fu)(fu)蝕(shi)就會加深的(de)(de)事實(shi)也可(ke)以知道(dao)，連碳(tan)素鋼(gang)的(de)(de)銹(xiu)層也有保護作用。
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(su)鋼(gang)及(ji)含(han)有1%、2%、3%Cr鋼(gang)的(de)(de)試驗材制(zhi)成50mmx50mmx4mm的(de)(de)試片，在15天的(de)(de)人工海水浸泡(pao)中(zhong)腐(fu)蝕(shi)量(liang)隨著鉻量(liang)的(de)(de)增加大幅度(du)降低（3%Cr鋼(gang)只有碳素(su)鋼(gang)的(de)(de)75%);然而把表面的(de)(de)3/4鍍銅后進(jin)行(xing)同樣的(de)(de)試驗時(shi)，由于腐(fu)蝕(shi)量(liang)全都(dou)大致相同,因(yin)此證明含(han)鉻鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)速度(du)小的(de)(de)原因(yin)是由于銹層的(de)(de)存在降低了(le)陰極(ji)反應速度(du)。
但是，還(huan)(huan)不(bu)能區別(bie)其(qi)原因的(de)是，通過銹層氧的(de)擴(kuo)散是受到抑制，還(huan)(huan)是由(you)于銹層表面引(yin)起氧的(de)還(huan)(huan)原而降低了(le)它的(de)擴(kuo)散速(su)(su)度。因此，在(zai)經過15天腐蝕的(de)各試片上(shang)(shang)加入流(liu)動的(de)溶(rong)液，以研(yan)究電(dian)位的(de)上(shang)(shang)升(sheng)。根據碳素鋼的(de)電(dian)位上(shang)(shang)升(sheng)到35mV,而3%Cr鋼只有9mV的(de)事實(shi)，認為在(zai)含鉻(ge)鋼上(shang)(shang)通過銹層的(de)氧的(de)擴(kuo)散速(su)(su)度不(bu)同。
他們在水溶液中把生銹(xiu)的鋼進行腐蝕時，設(she)銹(xiu)層的厚度(du)為(wei)(wei)δ1,溶液中氧(yang)的擴散層厚度(du)為(wei)(wei)δ2,氧(yang)的體積濃度(du)為(wei)(wei)Co、銹(xiu)層表面濃度(du)為(wei)(wei)C、鋼表面上(shang)為(wei)(wei)0時，則(ze)氧(yang)的還(huan)原電流(liu)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。
通過這些研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，搞清(qing)楚了添(tian)加鉻可(ke)提高鋼在(zai)海水中耐(nai)蝕性的(de)機(ji)理是其增強了在(zai)銹(xiu)層(ceng)中作為氧的(de)擴散障(zhang)壁的(de)性質，并(bing)且(qie)，其效果在(zai)腐蝕－時間(jian)曲(qu)線(xian)沒有出現彎曲(qu)，而且(qie)對幾(ji)乎從開始(shi)按直線(xian)增加的(de)腐蝕量的(de)斜(xie)率變小這一現象已(yi)經大(da)體解釋清(qing)楚。但(dan)是遺憾的(de)是相關(guan)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)少，并(bing)且(qie)討論的(de)機(ji)會也少，缺少多人(ren)充(chong)分的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)結果。關(guan)于對海水環境生(sheng)成銹(xiu)層(ceng)的(de)結構的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)或(huo)者在(zai)該(gai)環境下的(de)合金元素(su)影響的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，如以下所敘述的(de)那(nei)樣也非常少。
