热轧辊常工作在700℃～800℃的高温环境，与灼热的钢坯相接触，需要承受强大的轧制力，同时表面要承受轧材的强力磨损，反复被热轧材加热及冷却水冷却，经受温度变化幅度较大的热疲劳作用。这就要求热轧辊材料必须具有高的淬透性、低的热膨胀系数、高的热传导能力和高的高温屈服强度及高的抗氧化性。
　　国内曾经使用过锻钢轧辊和无限冷硬铸铁轧辊，除普通冷硬铸铁外，还有低镍铬钼、中镍铬钼、高镍铬钼铸铁材料，次的冷硬铸铁材料为高镍铬钼冷硬铸铁。这类材质轧辊的缺点是硬度低，耐磨性不好。后来采用了球墨复合铸铁轧辊，相对而言，使用寿命提高了几倍，至今仍然在使用。国外则一般采用半钢和高硬度特殊半钢材质，对克服表面粗糙和抗磨损都很有效。
为了提高热轧辊的表面耐磨性，热轧辊的材料不断地得到改进，其基本的发展过程是从冷硬铸铁到高铬铸铁到半高速钢和高速钢。
　　高铬铸铁轧辊的化学成分为：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%nI，0.3%～2.9%Mo。其本质是一种高耐磨性的高合金白口铁，铬含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，与白口铸铁的连续的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，还有较高的硬度(HV可达1800)，基体为奥氏体、马氏体，因而其硬度和韧性结合较好。实际的轧制生产表明，高铬铸铁轧辊有较好的抗热裂性能，原因是轧辊表面生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜，能减少热裂纹的数量和深度。因此，高铬铸铁辊在20世纪80年代被非常广泛用于精轧前架。目前，高铬铸铁复合轧辊已广泛用作热轧带 (钢)连轧机，粗轧和精轧前段工作辊、宽中厚板；粗轧和精轧工作辊及小型型钢和棒材轧机精轧辊等。
　　高铬铸铁轧辊的热处理有两种形式，一是低于临界转变温度的亚临界热处理，另一种是高于临界点A3的高温热处理。高铬轧辊表面材料的珠光体基体，希望具有细的片间距，并在基体上有大量弥散分布的二次碳化物，要求有尽量低的残余奥氏体和残余应力，所以一般选用后一种形式的热处理，具体为正火加回火。
　　高速钢作为热轧辊材料的应用在1988年始于日本，20世纪90年代初期美国和欧洲也进行了研制，我国在20世纪90年代后期开始研制和使用高速钢轧辊。一般高速钢的成分为1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因为拥有大量可形成强碳化物的合金元素如W和V，其终的显微组织含有大约10%～15%具有高硬度和高温稳定性的碳化物，所以在高温下工作能保持较高的强度和硬度。其工作层硬度高，可达到80～85HS，具有较好的耐磨性和抗热裂性，轧辊表面没有出现热裂纹，一般没有剥落现象。
　　近年来国外在热轧薄板粗轧机架采用半高速钢轧辊也获成功，其耐磨性是高铬钢轧辊的2倍，且咬入性能和抗热疲劳性能好，因而成为热轧薄板粗轧机架和线棒材中轧机架轧辊的理想选择，半高速钢的化学成分范围为：1.5%～2.5%C，0.5%～1.5%Si，0.4%～1.0%Mn，1.0%～6.0%Cr，0.1%～4.0%Mo，0.1%～3.0%V，0.1%～4.0%W。
　　高速钢热轧辊的热处理方式一般采用淬火加回火，在加热到高温时，钢中的二次碳化物充分溶解，一次共晶碳化物部分溶解。这些碳化物所含有的碳和合金元素溶入奥氏体中，增加了奥氏体中碳和合金元素的含量。在淬火时它们固溶于贝氏体和马氏体中，而在回火时析出了弥散的碳化物，使钢呈现出比淬火时硬度还要高的二次硬度。因此为了增加基体的硬度，应提高淬火温度，同时，为了防止基体中出现块状粗大的碳化物，应尽量降低淬火温度，一般确定佳淬火温度为1050℃～1150℃，同时回火温度为550℃～600℃。
　　为了保证基体中含有大量弥散分布的球状MC型碳化物，应增加V含量，但V不宜过高，因为V会降低淬透性，凝固时生成粗大的一次碳化物，淬火时不能完全溶入奥氏体，从而降低了断裂韧性，同时还会降低轧辊的表面粗糙度。