為了加強熱軋輥的表面耐磨性，熱軋輥的材料不斷改進，其基本的發展過程是從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。
　　高鉻鑄鐵軋輥的化學成分為：2.0%～4.0%C，10%～30%Cr，0.15%～1.6%Ni，0.3%～2.9%Mo。其本質是一種高耐磨性的高合金白口鐵，鉻含量一般在10%～15%，其碳化物主要是M7C3型，與白口鑄鐵的連續的M8C型碳化物不同，它不但具有良好的耐磨性，還有較高的硬度(HV可達1800)，基體為奧氏體、馬氏體，因而其硬度和韌性結合較好。實際的軋制生產表明，高鉻鑄鐵軋輥有較好的抗熱裂性能，原因是軋輥表面生成一層致密且有韌性的鉻的氧化膜。因此，高鉻鑄鐵輥在20世紀80年代被用于精軋前架。目前，高鉻鑄鐵復合軋輥已用作熱軋帶(鋼)連軋機，粗軋和精軋前段工作輥、寬中厚板；粗軋和精軋工作輥及小型型鋼和棒材軋機精軋輥等。
　　高鉻鑄鐵軋輥的熱處理有兩種形式，一是低于臨界轉變溫度的亞臨界熱處理，另一種是高于臨界點A3的高溫熱處理。高鉻軋輥表面材料的珠光體基體，并在基體上有大量彌散分布的二次碳化物，要求有盡量低的殘余奧氏體和殘余應力，所以一般選用后一種形式的熱處理，具體為正火加回火。
　　高速鋼作為熱軋輥材料的應用在1988年始于日本，20世紀90年代初期美國和歐洲也進行了研制，我國在20世紀90年代后期開始研制和使用高速鋼軋輥。一般高速鋼的成分為1%～2%C，0%～5%Co，0%～5%Nb，3%～10%Cr，2%～7%Mo，2%～7%V，1%～5%W。因為有大量可形成強碳化物的合金元素如W和V，其顯微組織含有大約10%～15%有良好的硬度和高溫穩定性的碳化物，所以在高溫下工作能保持較高的強度和硬度。其工作層硬度高，可達到80～85HS，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面沒有出現熱裂紋，一般沒有剝落現象。
　　近年來國外在熱軋薄板粗軋機架采用半高速鋼軋輥也獲成功，其耐磨性是高鉻鋼軋輥的2倍，且咬入性能和抗熱疲勞性能好，因而成為熱軋薄板粗軋機架和線棒材中軋機架軋輥的理想選擇，半高速鋼的化學成分范圍為：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。