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(ci)相(xiang)反，一般(ban)認為在海水(shui)中(zhong)鋼生成的(de)銹層不太有保護(hu)性。其最大理由是腐(fu)蝕量-暴曬時間的(de)關(guan)系(xi)(xi)幾乎是直線關(guan)系(xi)(xi)。
1920年(nian)，英國(guo)的(de)(de)土木學會（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當時的(de)(de) Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及Plymouth(England)進行了為期5年(nian)、10年(nian)、15年(nian)的(de)(de)碳素(su)鋼海水浸泡試驗，腐蝕程(cheng)度大致與(yu)試驗時間成正比(bi)。
Larrabee針對結構鋼在Kure Beach 所(suo)進行的(de)(de)(de)為期(qi)4.5年(nian)的(de)(de)(de)試驗(yan)表明，腐(fu)蝕速(su)度(du)(du)(du)(du)幾(ji)乎是一(yi)定的(de)(de)(de)，為0.08~0.13mm/年(nian)（3~5mpy).并(bing)且，對鋼樁為期(qi)23.6年(nian)的(de)(de)(de)調(diao)查［28]表明，海水(shui)中鋼的(de)(de)(de)腐(fu)蝕速(su)度(du)(du)(du)(du)在最初的(de)(de)(de)20年(nian)間約0.05mm/年(nian)（2mpy),更(geng)好的(de)(de)(de)是0.03mm/年(nian)（1mpy),隨著時間延長腐(fu)蝕速(su)度(du)(du)(du)(du)雖有下降(jiang)，但變(bian)化不大。前(qian)面所(suo)敘(xu)述的(de)(de)(de)在著名的(de)(de)(de)巴拿(na)馬(ma)運(yun)河進行的(de)(de)(de)為期(qi)16年(nian)的(de)(de)(de)試驗(yan)結果是，碳素鋼腐(fu)蝕速(su)度(du)(du)(du)(du)在最初的(de)(de)(de)1年(nian)是0.15mm/年(nian)（5.8mpy),在第16年(nian)變(bian)成0.07mm/年(nian)（2.7mpy)的(de)(de)(de)穩定值，然而這(zhe)期(qi)間的(de)(de)(de)平(ping)均腐(fu)蝕速(su)度(du)(du)(du)(du)是0.07mm/年(nian)（2.8mpy),腐(fu)蝕量(liang)一(yi)暴露時間的(de)(de)(de)坐標圖在外觀上看完(wan)全是一(yi)條直(zhi)線。
含有(you)2%~3%的(de)(de)鉻或者Cr+Al的(de)(de)鋼(gang)(gang)在海水中(zhong)降低(di)腐蝕的(de)(de)數據(ju)，在很早以前先后被Herzog(1936年(nian)）、La Que (1942年(nian)）、Hudson (1950年(nian)）、Gillet[31](1936年(nian)）、Larrabee(1953年(nian)）等發表了。其(qi)中(zhong)作為(wei)長期求出的(de)(de)數據(ju)，若(ruo)根據(ju)Larrabee用1.5年(nian)、2.5年(nian)以及(ji)4.5年(nian)的(de)(de)試(shi)驗求出的(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和(he)碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)結果，只有(you)2.6%Cr-0.5%Mo鋼(gang)(gang)的(de)(de)腐蝕率低(di)，而且(qie)腐蝕的(de)(de)增加與(yu)時間呈(cheng)直線關系。雖然腐蝕率小但腐蝕速度(du)大致(zhi)一(yi)定，而且(qie)比碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)斜率小，這一(yi)點(dian)是不(bu)可想(xiang)像(xiang)的(de)(de)。
著名的(de)(de) Uhlig的(de)(de)教科(ke)書(shu)《Corrosion and Corrosion Control》于1963年出版，雖然(ran)于1971年及1985年進行了修(xiu)訂［33],可是(shi)書(shu)中沒有(you)(you)有(you)(you)關(guan)對海水等天(tian)然(ran)水對添(tian)加少量合金元素(su)鋼進行試驗并有(you)(you)效果(guo)的(de)(de)記錄。
書(shu)中(zhong)說(shuo)：“·····pH值(zhi)在4~10之間，只(zhi)要通過控制(zhi)表面氧(yang)化(hua)物(wu)層（銹）的(de)(de)(de)(de)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)擴散，即(ji)使改變鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組成或(huo)(huo)熱處(chu)理，或(huo)(huo)者進行冷加(jia)工、退火，如(ru)果(guo)作為銹的(de)(de)(de)(de)擴散障壁(bi)的(de)(de)(de)(de)性(xing)質不發生變化(hua)的(de)(de)(de)(de)話(hua)，則(ze)與腐蝕(shi)(shi)特性(xing)沒有(you)關系。”“．．．．．鐵或(huo)(huo)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組成在通常(chang)市售(shou)的(de)(de)(de)(de)碳素鋼(gang)或(huo)(huo)低合金鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組成范圍內，對天然水或(huo)(huo)土(tu)壤所(suo)引起的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)率沒有(you)實質的(de)(de)(de)(de)影響。”［根據日文版(ban)“腐蝕(shi)(shi)反應及(ji)其控制(zhi)”（第(di)3版(ban)）］
Uhlig在該(gai)教(jiao)科書中(zhong)就鐵和(he)(he)鋼的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)做了(le)如(ru)下(xia)的(de)(de)(de)敘述：“在水(shui)中(zhong)空氣飽和(he)(he)時，初期的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)度(du)(du)約(yue)達(da)到0.46mm/年（10gmd).數日后(hou)生成的(de)(de)(de)氧(yang)化鐵（銹(xiu)(xiu)(xiu)）形成氧(yang)的(de)(de)(de)擴散(san)(san)障壁(bi)，隨著擴散(san)(san)障壁(bi)的(de)(de)(de)形成，腐蝕(shi)(shi)速(su)度(du)(du)減(jian)慢(man)。穩定狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速(su)度(du)(du)是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因(yin)此認(ren)為銹(xiu)(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)擴散(san)(san)障壁(bi)作用在數日間達(da)到飽和(he)(he)。根(gen)據每天一次擦掉位(wei)于水(shui)中(zhong)鋼表面一部(bu)分(fen)銹(xiu)(xiu)(xiu)時，該(gai)部(bu)分(fen)腐蝕(shi)(shi)就會加深的(de)(de)(de)事實也(ye)(ye)可以知道，連碳素鋼的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層也(ye)(ye)有(you)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(tan)素(su)鋼(gang)及(ji)含有1%、2%、3%Cr鋼(gang)的(de)試驗(yan)材制成50mmx50mmx4mm的(de)試片，在(zai)15天的(de)人工(gong)海水浸泡中腐(fu)蝕量隨著鉻量的(de)增(zeng)加(jia)大幅度降低（3%Cr鋼(gang)只(zhi)有碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)75%);然而把表(biao)面的(de)3/4鍍銅(tong)后進行同(tong)樣的(de)試驗(yan)時，由于腐(fu)蝕量全都大致相同(tong),因(yin)此證明含鉻鋼(gang)腐(fu)蝕速度小的(de)原因(yin)是由于銹層的(de)存在(zai)降低了陰極反(fan)應速度。
但是(shi)，還(huan)不(bu)(bu)能區別其原(yuan)因的(de)(de)是(shi)，通(tong)(tong)過銹層氧(yang)的(de)(de)擴散是(shi)受到(dao)抑制(zhi)，還(huan)是(shi)由于銹層表面引起氧(yang)的(de)(de)還(huan)原(yuan)而(er)降低了它的(de)(de)擴散速度。因此，在經過15天腐蝕(shi)的(de)(de)各試片上(shang)加入(ru)流動的(de)(de)溶液，以(yi)研(yan)究電(dian)位(wei)的(de)(de)上(shang)升(sheng)。根據碳素鋼的(de)(de)電(dian)位(wei)上(shang)升(sheng)到(dao)35mV,而(er)3%Cr鋼只有9mV的(de)(de)事實，認為在含鉻鋼上(shang)通(tong)(tong)過銹層的(de)(de)氧(yang)的(de)(de)擴散速度不(bu)(bu)同。
他們在水溶液中把生銹的(de)鋼進行(xing)腐(fu)蝕(shi)時，設銹層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)厚度為(wei)(wei)δ1,溶液中氧的(de)擴散層(ceng)(ceng)(ceng)厚度為(wei)(wei)δ2,氧的(de)體(ti)積(ji)濃(nong)度為(wei)(wei)Co、銹層(ceng)(ceng)(ceng)表面濃(nong)度為(wei)(wei)C、鋼表面上為(wei)(wei)0時，則(ze)氧的(de)還原電(dian)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，搞(gao)清楚了添加鉻可提高鋼(gang)在海水中(zhong)耐蝕(shi)性的(de)(de)機理(li)是其增強了在銹(xiu)(xiu)層中(zhong)作為(wei)氧(yang)的(de)(de)擴散障(zhang)壁的(de)(de)性質，并且，其效果在腐(fu)(fu)蝕(shi)－時(shi)間曲線沒有出現(xian)彎曲，而且對幾(ji)乎(hu)從開始按直線增加的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)量的(de)(de)斜(xie)率變小這一現(xian)象已經大體解(jie)釋(shi)清楚。但是遺憾(han)的(de)(de)是相(xiang)關的(de)(de)研(yan)(yan)究少，并且討論的(de)(de)機會也(ye)少，缺少多人(ren)充分的(de)(de)研(yan)(yan)究結果。關于對海水環(huan)境生成銹(xiu)(xiu)層的(de)(de)結構的(de)(de)研(yan)(yan)究或(huo)者在該環(huan)境下(xia)的(de)(de)合金(jin)元素影響的(de)(de)研(yan)(yan)究，如以(yi)下(xia)所敘述的(de)(de)那樣也(ye)非常(chang)少。
