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(ci)相(xiang)反，一般認為在海(hai)水(shui)中鋼生成(cheng)的(de)(de)銹(xiu)層不太有保護性。其(qi)最(zui)大理由(you)是腐(fu)蝕量(liang)-暴(bao)曬時(shi)間的(de)(de)關系(xi)幾乎是直線關系(xi)。


 1920年，英國的(de)土木(mu)學(xue)會（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當時的(de) Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及(ji)Plymouth(England)進(jin)行了為(wei)期5年、10年、15年的(de)碳(tan)素(su)鋼海(hai)水(shui)浸泡試(shi)(shi)驗，腐蝕程度大致與(yu)試(shi)(shi)驗時間成正比。


 Larrabee針對(dui)結(jie)構鋼在(zai)(zai)(zai)Kure Beach 所進(jin)行的(de)(de)為(wei)期(qi)4.5年(nian)(nian)的(de)(de)試(shi)驗(yan)表明(ming)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)度幾乎是(shi)(shi)一(yi)定(ding)的(de)(de)，為(wei)0.08~0.13mm/年(nian)(nian)（3~5mpy).并(bing)且，對(dui)鋼樁為(wei)期(qi)23.6年(nian)(nian)的(de)(de)調(diao)查［28]表明(ming)，海水中鋼的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)度在(zai)(zai)(zai)最初的(de)(de)20年(nian)(nian)間(jian)約0.05mm/年(nian)(nian)（2mpy),更(geng)好(hao)的(de)(de)是(shi)(shi)0.03mm/年(nian)(nian)（1mpy),隨著時(shi)(shi)間(jian)延(yan)長(chang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)度雖有下降，但變化不大。前面(mian)所敘述的(de)(de)在(zai)(zai)(zai)著名的(de)(de)巴拿馬運河進(jin)行的(de)(de)為(wei)期(qi)16年(nian)(nian)的(de)(de)試(shi)驗(yan)結(jie)果是(shi)(shi)，碳(tan)素鋼腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)度在(zai)(zai)(zai)最初的(de)(de)1年(nian)(nian)是(shi)(shi)0.15mm/年(nian)(nian)（5.8mpy),在(zai)(zai)(zai)第16年(nian)(nian)變成0.07mm/年(nian)(nian)（2.7mpy)的(de)(de)穩定(ding)值，然(ran)而(er)這期(qi)間(jian)的(de)(de)平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)度是(shi)(shi)0.07mm/年(nian)(nian)（2.8mpy),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)量一(yi)暴(bao)露(lu)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)坐標圖在(zai)(zai)(zai)外觀上看完全是(shi)(shi)一(yi)條(tiao)直(zhi)線。


 含(han)有2%~3%的(de)(de)(de)鉻(ge)或者Cr+Al的(de)(de)(de)鋼在海水中降低腐蝕的(de)(de)(de)數(shu)據，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(fa)表(biao)了(le)。其(qi)中作為長期求出的(de)(de)(de)數(shu)據，若根據Larrabee用1.5年(nian)、2.5年(nian)以及4.5年(nian)的(de)(de)(de)試驗求出的(de)(de)(de)2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和碳(tan)素鋼的(de)(de)(de)結果(guo)，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼的(de)(de)(de)腐蝕率(lv)低，而且(qie)腐蝕的(de)(de)(de)增加與(yu)時間呈直線關系。雖然腐蝕率(lv)小(xiao)但腐蝕速度(du)大致一定，而且(qie)比碳(tan)素鋼的(de)(de)(de)斜率(lv)小(xiao)，這一點是不可(ke)想像的(de)(de)(de)。


 著(zhu)名的 Uhlig的教科書《Corrosion and Corrosion Control》于(yu)1963年(nian)出版(ban)，雖然于(yu)1971年(nian)及1985年(nian)進行了修(xiu)訂［33],可是書中沒有有關對(dui)海水等天然水對(dui)添加少量合金(jin)元(yuan)素鋼進行試驗(yan)并有效(xiao)果的記(ji)錄。


 書(shu)中(zhong)說：“·····pH值在4~10之間，只要(yao)通過控制表面氧(yang)化(hua)物層（銹）的(de)(de)(de)(de)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散，即使改變鋼的(de)(de)(de)(de)組成(cheng)或(huo)熱(re)處理，或(huo)者進行冷加工、退火，如果作為銹的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散障壁(bi)的(de)(de)(de)(de)性質不發生變化(hua)的(de)(de)(de)(de)話，則(ze)與腐(fu)蝕特(te)性沒有關系。”“．．．．．鐵或(huo)鋼的(de)(de)(de)(de)組成(cheng)在通常市售的(de)(de)(de)(de)碳素鋼或(huo)低合金鋼的(de)(de)(de)(de)組成(cheng)范圍內，對天然水(shui)或(huo)土壤(rang)所引起的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕率沒有實質的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。”［根據日文版(ban)“腐(fu)蝕反應及(ji)其控制”（第3版(ban)）］


 Uhlig在該教科書中就鐵(tie)和(he)鋼的(de)腐(fu)蝕(shi)做了(le)如下的(de)敘述：“在水(shui)中空氣(qi)飽(bao)和(he)時，初(chu)期的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)度約達(da)(da)到(dao)0.46mm/年（10gmd).數(shu)日后生成(cheng)的(de)氧化鐵(tie)（銹(xiu)）形(xing)成(cheng)氧的(de)擴(kuo)散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)，隨著(zhu)擴(kuo)散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)的(de)形(xing)成(cheng)，腐(fu)蝕(shi)速(su)度減(jian)慢。穩定狀態下的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)度是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此認為銹(xiu)的(de)擴(kuo)散(san)障(zhang)壁(bi)(bi)作用(yong)在數(shu)日間達(da)(da)到(dao)飽(bao)和(he)。根據(ju)每天一次擦掉(diao)位(wei)于水(shui)中鋼表面一部分(fen)銹(xiu)時，該部分(fen)腐(fu)蝕(shi)就會加深的(de)事(shi)實也可以知道，連碳素鋼的(de)銹(xiu)層也有保護作用(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(shi)量隨(sui)著鉻量的(de)(de)增(zeng)加大幅(fu)度(du)降低（3%Cr鋼(gang)只有(you)碳素鋼(gang)的(de)(de)75%);然而把(ba)表面的(de)(de)3/4鍍(du)銅(tong)后進(jin)行同(tong)樣(yang)的(de)(de)試驗時，由(you)于腐蝕(shi)量全都大致相(xiang)同(tong),因(yin)此證明含鉻鋼(gang)腐蝕(shi)速(su)度(du)小的(de)(de)原(yuan)因(yin)是由(you)于銹(xiu)層的(de)(de)存在降低了陰極反應速(su)度(du)。


 但(dan)是(shi)，還不能區別(bie)其原因的(de)是(shi)，通過(guo)(guo)(guo)銹層(ceng)氧(yang)(yang)的(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)是(shi)受到(dao)抑(yi)制，還是(shi)由于銹層(ceng)表面引起氧(yang)(yang)的(de)還原而降低(di)了它的(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)速度(du)。因此(ci)，在經過(guo)(guo)(guo)15天腐蝕的(de)各試片上加入流動(dong)的(de)溶(rong)液，以研究電(dian)位的(de)上升。根據碳素鋼(gang)的(de)電(dian)位上升到(dao)35mV,而3%Cr鋼(gang)只有9mV的(de)事實，認為在含鉻(ge)鋼(gang)上通過(guo)(guo)(guo)銹層(ceng)的(de)氧(yang)(yang)的(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)速度(du)不同。


 他們(men)在水(shui)溶(rong)液中把生(sheng)銹的鋼進行(xing)腐(fu)蝕時，設銹層的厚度(du)為(wei)(wei)δ1,溶(rong)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、銹層表(biao)面(mian)濃度(du)為(wei)(wei)C、鋼表(biao)面(mian)上為(wei)(wei)0時，則氧(yang)的還(huan)原電流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。


 通過這些研(yan)究(jiu)，搞清(qing)楚了添加鉻可(ke)提高(gao)鋼(gang)在海(hai)水(shui)中耐(nai)蝕性(xing)的(de)機理是其增強了在銹(xiu)層中作為(wei)氧的(de)擴散障壁的(de)性(xing)質，并(bing)且(qie)(qie)，其效果在腐(fu)蝕－時(shi)間曲線沒有出現(xian)彎(wan)曲，而且(qie)(qie)對幾乎(hu)從開始按直線增加的(de)腐(fu)蝕量的(de)斜率變小這一現(xian)象已經(jing)大體解(jie)釋清(qing)楚。但是遺憾的(de)是相關的(de)研(yan)究(jiu)少(shao)，并(bing)且(qie)(qie)討論的(de)機會也(ye)少(shao)，缺少(shao)多人充分的(de)研(yan)究(jiu)結果。關于對海(hai)水(shui)環境生成銹(xiu)層的(de)結構的(de)研(yan)究(jiu)或者在該環境下的(de)合金元(yuan)素影響的(de)研(yan)究(jiu)，如以下所(suo)敘述的(de)那(nei)樣也(ye)非常(chang)少(shao)。