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(kuò)散障壁的性質(zhì)發(fā)生變化。像大氣中那樣，在干濕交替的環(huán)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(dāng)?shù)姆牢g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(shí)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(hù)性。
與此相反，一般認(rèn)為在海水中鋼生成的銹層不太有保護(hù)性。其最大理由是腐蝕量-暴曬時(shí)間的關(guān)系幾乎是直線關(guān)系。
1920年，英國的土木學(xué)會(huì)（Institute of Civil Engineering)在Auckland(New Zealand)、Colombo(當(dāng)時(shí)的 Ceylon)、Halifax(Cana-da)以及Plymouth(England)進(jìn)行了為期5年、10年、15年的碳素鋼海水浸泡試驗(yàn)，腐蝕程度大致與試驗(yàn)時(shí)間成正比。
Larrabee針對結(jié)構(gòu)鋼在Kure Beach 所進(jìn)行的為期4.5年的試驗(yàn)表明，腐蝕速度幾乎是一定的，為0.08~0.13mm/年（3~5mpy).并且，對鋼樁為期23.6年的調(diào)查［28]表明，海水中鋼的腐蝕速度在最初的20年間約0.05mm/年（2mpy),更好的是0.03mm/年（1mpy),隨著時(shí)間延長腐蝕速度雖有下降，但變化不大。前面所敘述的在著名的巴拿馬運(yùn)河進(jìn)行的為期16年的試驗(yàn)結(jié)果是，碳素鋼腐蝕速度在最初的1年是0.15mm/年（5.8mpy),在第16年變成0.07mm/年（2.7mpy)的穩(wěn)定值，然而這期間的平均腐蝕速度是0.07mm/年（2.8mpy),腐蝕量一暴露時(shí)間的坐標(biāo)圖在外觀上看完全是一條直線。
含有2%~3%的鉻或者Cr+Al的鋼在海水中降低腐蝕的數(shù)據(jù)，在很早以前先后被Herzog(1936年）、La Que (1942年）、Hudson (1950年）、Gillet[31](1936年）、Larrabee(1953年）等發(fā)表了。其中作為長期求出的數(shù)據(jù)，若根據(jù)Larrabee用1.5年、2.5年以及4.5年的試驗(yàn)求出的2.6%Cr-0.5%Mo、0.8%Cu-1.8%Ni-0.2%Cr、COR-TEN 和碳素鋼的結(jié)果，只有2.6%Cr-0.5%Mo鋼的腐蝕率低，而且腐蝕的增加與時(shí)間呈直線關(guān)系。雖然腐蝕率小但腐蝕速度大致一定，而且比碳素鋼的斜率小，這一點(diǎn)是不可想像的。
著名的 Uhlig的教科書《Corrosion and Corrosion Control》于1963年出版，雖然于1971年及1985年進(jìn)行了修訂［33],可是書中沒有有關(guān)對海水等天然水對添加少量合金元素鋼進(jìn)行試驗(yàn)并有效果的記錄。
書中說：“·····pH值在4~10之間，只要通過控制表面氧化物層（銹）的氧的擴(kuò)散，即使改變鋼的組成或熱處理，或者進(jìn)行冷加工、退火，如果作為銹的擴(kuò)散障壁的性質(zhì)不發(fā)生變化的話，則與腐蝕特性沒有關(guān)系。”“．．．．．鐵或鋼的組成在通常市售的碳素鋼或低合金鋼的組成范圍內(nèi)，對天然水或土壤所引起的腐蝕率沒有實(shí)質(zhì)的影響。”［根據(jù)日文版“腐蝕反應(yīng)及其控制”（第3版）］
Uhlig在該教科書中就鐵和鋼的腐蝕做了如下的敘述：“在水中空氣飽和時(shí)，初期的腐蝕速度約達(dá)到0.46mm/年（10gmd).數(shù)日后生成的氧化鐵（銹）形成氧的擴(kuò)散障壁，隨著擴(kuò)散障壁的形成，腐蝕速度減慢。穩(wěn)定狀態(tài)下的腐蝕速度是0.05~0.12mm/年（1.0~2.5 gmd),··.....”因此認(rèn)為銹的擴(kuò)散障壁作用在數(shù)日間達(dá)到飽和。根據(jù)每天一次擦掉位于水中鋼表面一部分銹時(shí)，該部分腐蝕就會(huì)加深的事實(shí)也可以知道，連碳素鋼的銹層也有保護(hù)作用。
直接測定透過鋼銹層的溶解氧擴(kuò)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(shí)間的延長，用回轉(zhuǎn)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(shí)把腐蝕后的試片移到脫氮的溶液中，用回轉(zhuǎn)電極法求出只由銹的還原引起的陰極電流密度，把它設(shè)定為ioxideoiob減去 ioxide后的值就是通過銹層的溶解氧的擴(kuò)散電流密度id0把擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)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(shí)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(jìn)一步增大溶解氧擴(kuò)散阻力的數(shù)據(jù)。
松島等用碳素鋼及含有1%、2%、3%Cr鋼的試驗(yàn)材制成50mmx50mmx4mm的試片，在15天的人工海水浸泡中腐蝕量隨著鉻量的增加大幅度降低（3%Cr鋼只有碳素鋼的75%);然而把表面的3/4鍍銅后進(jìn)行同樣的試驗(yàn)時(shí)，由于腐蝕量全都大致相同,因此證明含鉻鋼腐蝕速度小的原因是由于銹層的存在降低了陰極反應(yīng)速度。
但是，還不能區(qū)別其原因的是，通過銹層氧的擴(kuò)散是受到抑制，還是由于銹層表面引起氧的還原而降低了它的擴(kuò)散速度。因此，在經(jīng)過15天腐蝕的各試片上加入流動(dòng)的溶液，以研究電位的上升。根據(jù)碳素鋼的電位上升到35mV,而3%Cr鋼只有9mV的事實(shí)，認(rèn)為在含鉻鋼上通過銹層的氧的擴(kuò)散速度不同。
他們在水溶液中把生銹的鋼進(jìn)行腐蝕時(shí)，設(shè)銹層的厚度為δ1,溶液中氧的擴(kuò)散層厚度為δ2,氧的體積濃度為Co、銹層表面濃度為C、鋼表面上為0時(shí)，則氧的還原電流i可用下式表示：
D1即銹層中氧的擴(kuò)散系數(shù)，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(shù)進(jìn)行繪圖，可以知道銹層厚度一旦高于0.1~0.3mm以上時(shí)，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(kuò)散系數(shù)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(fā)生鈍化，鈍化后即使經(jīng)過更長時(shí)間也不再降低，所以腐蝕速度對時(shí)間皇直線關(guān)系。
由于達(dá)到這種狀態(tài)的時(shí)間比較快，所以腐蝕試驗(yàn)的結(jié)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(kuò)散速度緩慢，大致成為直線的腐蝕量－時(shí)間關(guān)系的斜率幾乎從最初就不同。松島等通過在擴(kuò)散下time-lag法的復(fù)雜應(yīng)用測出了銹層中氧的擴(kuò)散系數(shù)：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，搞清楚了添加鉻可提高鋼在海水中耐蝕性的機(jī)理是其增強(qiáng)了在銹層中作為氧的擴(kuò)散障壁的性質(zhì)，并且，其效果在腐蝕－時(shí)間曲線沒有出現(xiàn)彎曲，而且對幾乎從開始按直線增加的腐蝕量的斜率變小這一現(xiàn)象已經(jīng)大體解釋清楚。但是遺憾的是相關(guān)的研究少，并且討論的機(jī)會(huì)也少，缺少多人充分的研究結(jié)果。關(guān)于對海水環(huán)境生成銹層的結(jié)構(gòu)的研究或者在該環(huán)境下的合金元素影響的研究，如以下所敘述的那樣也非常少。
