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(fan)，一般認(ren)為在海水中鋼(gang)生(sheng)成(cheng)的銹層不(bu)太有保(bao)護性。其最大理由是腐蝕(shi)量-暴曬時(shi)間的關(guan)系(xi)幾乎是直(zhi)線關(guan)系(xi)。
1920年(nian)，英國的(de)土(tu)木學會（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當時的(de) Ceylon)、Halifax(Cana-da)以(yi)及Plymouth(England)進行了(le)為期5年(nian)、10年(nian)、15年(nian)的(de)碳素鋼海水浸泡試驗(yan)(yan)，腐(fu)蝕程度大致與試驗(yan)(yan)時間(jian)成正比。
Larrabee針對結(jie)構鋼(gang)(gang)在Kure Beach 所進行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)為期4.5年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗表(biao)明，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)幾(ji)乎是(shi)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，為0.08~0.13mm/年(nian)(nian)(nian)（3~5mpy).并且，對鋼(gang)(gang)樁(zhuang)為期23.6年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調查［28]表(biao)明，海水中鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)在最(zui)初的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)20年(nian)(nian)(nian)間(jian)(jian)(jian)(jian)約0.05mm/年(nian)(nian)(nian)（2mpy),更好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)0.03mm/年(nian)(nian)(nian)（1mpy),隨(sui)著時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)延長(chang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)雖有(you)下降，但變化(hua)不大。前面所敘述的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)在著名(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)巴拿(na)馬運(yun)河(he)進行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)為期16年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗結(jie)果(guo)是(shi)，碳(tan)素鋼(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)在最(zui)初的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1年(nian)(nian)(nian)是(shi)0.15mm/年(nian)(nian)(nian)（5.8mpy),在第(di)16年(nian)(nian)(nian)變成0.07mm/年(nian)(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)值，然而這期間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)是(shi)0.07mm/年(nian)(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)量一暴露時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐標圖(tu)在外(wai)觀上看完全是(shi)一條直(zhi)線(xian)。
含(han)有2%~3%的(de)(de)鉻或者(zhe)Cr+Al的(de)(de)鋼在(zai)海水中(zhong)降低(di)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)數據(ju)，在(zai)很(hen)早(zao)以前先后被(bei)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。其中(zhong)作為(wei)長期求出的(de)(de)數據(ju)，若根據(ju)Larrabee用1.5年(nian)、2.5年(nian)以及(ji)4.5年(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(he)碳素鋼的(de)(de)結果，只(zhi)有2.6%Cr-0.5%Mo鋼的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)率低(di)，而且腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)增(zeng)加與(yu)時(shi)間(jian)呈直線關系。雖(sui)然腐(fu)(fu)蝕(shi)率小但腐(fu)(fu)蝕(shi)速度大(da)致一(yi)定，而且比碳素鋼的(de)(de)斜率小，這一(yi)點是不可(ke)想像(xiang)的(de)(de)。
著名的(de) Uhlig的(de)教科書《Corrosion and Corrosion Control》于1963年(nian)出(chu)版，雖然于1971年(nian)及1985年(nian)進行了(le)修訂［33],可是書中沒有(you)有(you)關(guan)對海水(shui)等天然水(shui)對添加少量合金元素鋼進行試(shi)驗并有(you)效(xiao)果的(de)記錄。
書中說：“·····pH值(zhi)在4~10之間，只要通過控制表面氧化(hua)(hua)物層（銹(xiu)）的(de)(de)(de)氧的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散，即使(shi)改變(bian)鋼的(de)(de)(de)組成或(huo)熱(re)處(chu)理，或(huo)者(zhe)進行冷加工、退火，如果作為銹(xiu)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散障(zhang)壁的(de)(de)(de)性質不發生(sheng)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)話，則與(yu)腐(fu)蝕特性沒有關系。”“．．．．．鐵(tie)或(huo)鋼的(de)(de)(de)組成在通常市售的(de)(de)(de)碳素(su)鋼或(huo)低合金鋼的(de)(de)(de)組成范圍(wei)內(nei)，對天然水或(huo)土壤(rang)所引起的(de)(de)(de)腐(fu)蝕率沒有實(shi)質的(de)(de)(de)影(ying)響。”［根據日文版“腐(fu)蝕反應及其(qi)控制”（第(di)3版）］
Uhlig在該教科(ke)書中(zhong)(zhong)就鐵和(he)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕做了(le)如(ru)下的(de)(de)(de)(de)(de)敘述：“在水(shui)中(zhong)(zhong)空氣(qi)飽(bao)和(he)時，初期的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕速度約達到0.46mm/年（10gmd).數日(ri)(ri)后生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化鐵（銹）形成(cheng)氧的(de)(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)壁(bi)，隨著擴散障(zhang)壁(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)，腐蝕速度減慢。穩定(ding)狀(zhuang)態下的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕速度是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此認(ren)為(wei)銹的(de)(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)壁(bi)作用(yong)在數日(ri)(ri)間(jian)達到飽(bao)和(he)。根(gen)據每(mei)天一次擦掉位于水(shui)中(zhong)(zhong)鋼(gang)表(biao)面一部(bu)分銹時，該部(bu)分腐蝕就會(hui)加深的(de)(de)(de)(de)(de)事(shi)實也(ye)可以知(zhi)道，連碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)銹層也(ye)有(you)保護作用(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(you)1%、2%、3%Cr鋼(gang)的(de)(de)試驗材制成50mmx50mmx4mm的(de)(de)試片，在15天的(de)(de)人工海水浸泡中腐蝕量(liang)隨著鉻量(liang)的(de)(de)增加大幅(fu)度(du)降低（3%Cr鋼(gang)只有(you)碳(tan)素鋼(gang)的(de)(de)75%);然(ran)而把表面的(de)(de)3/4鍍銅后進行同(tong)樣的(de)(de)試驗時，由(you)于(yu)腐蝕量(liang)全(quan)都(dou)大致相同(tong),因此(ci)證(zheng)明(ming)含鉻鋼(gang)腐蝕速度(du)小的(de)(de)原(yuan)因是由(you)于(yu)銹層的(de)(de)存在降低了陰極反應速度(du)。
但是，還不(bu)能區別其原因的(de)是，通過銹層氧的(de)擴散是受到抑制，還是由于銹層表面引起(qi)氧的(de)還原而(er)降低(di)了它的(de)擴散速(su)度(du)。因此，在經過15天(tian)腐蝕的(de)各試片上加入流動的(de)溶液，以研究(jiu)電位的(de)上升。根據碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)電位上升到35mV,而(er)3%Cr鋼(gang)只有9mV的(de)事實，認為在含(han)鉻鋼(gang)上通過銹層的(de)氧的(de)擴散速(su)度(du)不(bu)同。
他們(men)在水溶液(ye)中把生銹(xiu)的(de)鋼進行腐(fu)蝕時(shi)(shi)，設銹(xiu)層(ceng)的(de)厚度為(wei)δ1,溶液(ye)中氧的(de)擴(kuo)散層(ceng)厚度為(wei)δ2,氧的(de)體積(ji)濃度為(wei)Co、銹(xiu)層(ceng)表(biao)(biao)面(mian)濃度為(wei)C、鋼表(biao)(biao)面(mian)上為(wei)0時(shi)(shi)，則氧的(de)還原電(dian)流(liu)i可用(yong)下式(shi)表(biao)(biao)示(shi)：
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。
通過這些研究(jiu)(jiu)，搞清楚(chu)了(le)添(tian)加鉻(ge)可提高鋼在(zai)(zai)海水中(zhong)耐蝕(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理是(shi)其增強了(le)在(zai)(zai)銹層中(zhong)作為氧的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散障(zhang)壁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質，并(bing)且，其效果在(zai)(zai)腐蝕(shi)－時(shi)間曲(qu)線(xian)沒有出現(xian)彎曲(qu)，而且對幾乎(hu)從開始按(an)直線(xian)增加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斜率(lv)變小這一現(xian)象(xiang)已(yi)經大體解釋清楚(chu)。但是(shi)遺憾的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)少(shao)，并(bing)且討論的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機會也(ye)少(shao)，缺少(shao)多人充(chong)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)結果。關于對海水環境生成銹層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)或者在(zai)(zai)該環境下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)元(yuan)素影(ying)響的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)，如(ru)以下(xia)所敘述的(de)(de)(de)(de)(de)(de)那樣也(ye)非(fei)常少(shao)。
