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(fan)，一般認為在海水中鋼生成(cheng)的銹層不(bu)太有保(bao)護(hu)性。其(qi)最(zui)大理由是腐蝕量(liang)-暴曬時(shi)間(jian)的關(guan)系(xi)幾乎是直線關(guan)系(xi)。
1920年(nian)，英國的(de)(de)(de)土木學會（Institute of Civil Engineering)在(zai)Auckland(New Zealand)、Colombo(當時的(de)(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)(de)碳(tan)素(su)鋼(gang)海(hai)水浸泡試(shi)驗(yan)(yan)，腐蝕程度大致與試(shi)驗(yan)(yan)時間成正比。
Larrabee針(zhen)對結構鋼(gang)在(zai)Kure Beach 所(suo)(suo)進行的(de)(de)(de)為期(qi)4.5年(nian)(nian)的(de)(de)(de)試(shi)驗表明，腐(fu)蝕速(su)(su)度幾乎(hu)是(shi)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)，為0.08~0.13mm/年(nian)(nian)（3~5mpy).并(bing)且，對鋼(gang)樁(zhuang)為期(qi)23.6年(nian)(nian)的(de)(de)(de)調查［28]表明，海水中鋼(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕速(su)(su)度在(zai)最初(chu)的(de)(de)(de)20年(nian)(nian)間(jian)約0.05mm/年(nian)(nian)（2mpy),更好的(de)(de)(de)是(shi)0.03mm/年(nian)(nian)（1mpy),隨(sui)著時間(jian)延長(chang)腐(fu)蝕速(su)(su)度雖有下降(jiang)，但變化不大。前面所(suo)(suo)敘述的(de)(de)(de)在(zai)著名的(de)(de)(de)巴拿馬運河進行的(de)(de)(de)為期(qi)16年(nian)(nian)的(de)(de)(de)試(shi)驗結果是(shi)，碳素鋼(gang)腐(fu)蝕速(su)(su)度在(zai)最初(chu)的(de)(de)(de)1年(nian)(nian)是(shi)0.15mm/年(nian)(nian)（5.8mpy),在(zai)第(di)16年(nian)(nian)變成0.07mm/年(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)(de)穩定(ding)值(zhi)，然而這期(qi)間(jian)的(de)(de)(de)平均(jun)腐(fu)蝕速(su)(su)度是(shi)0.07mm/年(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)蝕量(liang)一(yi)暴(bao)露時間(jian)的(de)(de)(de)坐標圖在(zai)外(wai)觀上看(kan)完全是(shi)一(yi)條直線。
含(han)有2%~3%的(de)(de)(de)(de)鉻或者Cr+Al的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)海(hai)水中(zhong)(zhong)降低腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)數據，在(zai)很早(zao)以前先(xian)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)(zhong)作為長(chang)期求出(chu)的(de)(de)(de)(de)數據，若根據Larrabee用1.5年(nian)(nian)、2.5年(nian)(nian)以及(ji)4.5年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗求出(chu)的(de)(de)(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和(he)碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕率(lv)低，而且腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加與時間呈直(zhi)線關系。雖然(ran)腐(fu)蝕率(lv)小但(dan)腐(fu)蝕速度(du)大致一定，而且比碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)斜率(lv)小，這一點是不可(ke)想像的(de)(de)(de)(de)。
著名的 Uhlig的教科書(shu)《Corrosion and Corrosion Control》于(yu)1963年出版，雖(sui)然于(yu)1971年及1985年進(jin)行了修訂［33],可是書(shu)中(zhong)沒有有關(guan)對(dui)海(hai)水(shui)(shui)等天然水(shui)(shui)對(dui)添(tian)加(jia)少量合(he)金元(yuan)素鋼進(jin)行試(shi)驗并有效(xiao)果的記錄。
書(shu)中說：“·····pH值在4~10之(zhi)間，只要(yao)通過控制(zhi)表(biao)面(mian)氧化(hua)(hua)物層（銹）的(de)(de)(de)氧的(de)(de)(de)擴散(san)，即使改變鋼(gang)的(de)(de)(de)組(zu)成或熱處理，或者進行冷加工(gong)、退(tui)火，如果作為銹的(de)(de)(de)擴散(san)障壁的(de)(de)(de)性(xing)質不(bu)發生(sheng)變化(hua)(hua)的(de)(de)(de)話(hua)，則與腐蝕(shi)特性(xing)沒有(you)關(guan)系。”“．．．．．鐵或鋼(gang)的(de)(de)(de)組(zu)成在通常(chang)市售的(de)(de)(de)碳素(su)鋼(gang)或低合金鋼(gang)的(de)(de)(de)組(zu)成范(fan)圍內，對天然(ran)水或土壤所(suo)引起(qi)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)率(lv)沒有(you)實(shi)質的(de)(de)(de)影響。”［根據(ju)日文版(ban)“腐蝕(shi)反應及其(qi)控制(zhi)”（第(di)3版(ban)）］
Uhlig在該教科書中就鐵和鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)做了(le)如下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)敘述：“在水(shui)中空氣(qi)飽和時，初期的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)約達(da)到0.46mm/年（10gmd).數(shu)日(ri)后生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化鐵（銹(xiu)）形(xing)成(cheng)氧的(de)(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)(zhang)壁，隨著擴散障(zhang)(zhang)壁的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)減慢。穩定狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)是(shi)0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此認為銹(xiu)的(de)(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)(zhang)壁作用在數(shu)日(ri)間達(da)到飽和。根據每天一次擦掉位于水(shui)中鋼(gang)表面一部分銹(xiu)時，該部分腐(fu)蝕(shi)(shi)就會加(jia)深的(de)(de)(de)(de)(de)事實也可以知(zhi)道，連碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)層也有保(bao)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。
松島等用碳素鋼及含(han)有1%、2%、3%Cr鋼的試(shi)驗(yan)材(cai)制成50mmx50mmx4mm的試(shi)片，在15天的人工(gong)海(hai)水浸泡中腐蝕(shi)量隨(sui)著(zhu)鉻量的增加大幅度(du)降低（3%Cr鋼只有碳素鋼的75%);然而把表面的3/4鍍銅后(hou)進行同(tong)樣(yang)的試(shi)驗(yan)時，由于(yu)腐蝕(shi)量全都大致相(xiang)同(tong),因此(ci)證明含(han)鉻鋼腐蝕(shi)速度(du)小的原(yuan)因是由于(yu)銹(xiu)層的存在降低了陰極(ji)反應(ying)速度(du)。
但是(shi)，還不能區別其原因的(de)(de)是(shi)，通(tong)過(guo)銹層氧(yang)的(de)(de)擴(kuo)散是(shi)受到抑(yi)制，還是(shi)由于銹層表面(mian)引起氧(yang)的(de)(de)還原而降(jiang)低了它的(de)(de)擴(kuo)散速度。因此(ci)，在(zai)經(jing)過(guo)15天腐蝕的(de)(de)各(ge)試(shi)片上加入流動的(de)(de)溶液，以(yi)研究電(dian)位的(de)(de)上升。根據碳素鋼的(de)(de)電(dian)位上升到35mV,而3%Cr鋼只有9mV的(de)(de)事實，認為在(zai)含鉻鋼上通(tong)過(guo)銹層的(de)(de)氧(yang)的(de)(de)擴(kuo)散速度不同。
他(ta)們在水溶(rong)液中把(ba)生銹的鋼進行腐(fu)蝕(shi)時(shi)，設(she)銹層的厚(hou)度(du)為δ1,溶(rong)液中氧的擴散(san)層厚(hou)度(du)為δ2,氧的體積濃(nong)度(du)為Co、銹層表(biao)面(mian)濃(nong)度(du)為C、鋼表(biao)面(mian)上為0時(shi)，則氧的還(huan)原電流(liu)i可用下式表(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。
通過這(zhe)些研究(jiu)，搞清楚了添加鉻(ge)可提高(gao)鋼在(zai)海(hai)水中耐(nai)蝕(shi)性(xing)的機理是其增(zeng)強了在(zai)銹層(ceng)中作(zuo)為氧的擴散障壁的性(xing)質，并且，其效果在(zai)腐蝕(shi)－時間曲(qu)線沒有出(chu)現彎曲(qu)，而且對幾(ji)乎(hu)從(cong)開(kai)始按直線增(zeng)加的腐蝕(shi)量的斜率變小(xiao)這(zhe)一現象已(yi)經大體解釋清楚。但(dan)是遺憾的是相關(guan)的研究(jiu)少，并且討論的機會也(ye)少，缺少多人充分的研究(jiu)結(jie)果。關(guan)于對海(hai)水環(huan)境生(sheng)成銹層(ceng)的結(jie)構的研究(jiu)或者在(zai)該環(huan)境下的合金(jin)元素影響的研究(jiu)，如(ru)以下所敘述的那樣也(ye)非常少。
