材料和性能 主要指軋輥的化學成分、金相組織、硬度和強度。
化學成分 鍛鋼冷軋輥用鋼主要是高碳鉻鋼，典型成分(%)為：C0.7～1.0，Si0.25～0.5，Mn0.25～0.5，Cr1.5～2.5，Mo0.1～0.3，V0.05～0.2。
碳是最主要的強化元素。一部分碳固溶在基體相中，即馬氏體和殘餘奧氏體中所含的碳；另一部分以化合態存在於未溶碳化物中，未溶碳化物則以細小分散圖2冷拔鋼管生產工藝流程的顆粒形式分布在基體組織中。碳高對耐磨性是有利的，但使材料脆性增大；同時，碳化物的帶狀、網狀和液析等問題也隨之加重。因此，事故率較高的軋機應選擇含碳量較低的軋輥，而小負荷軋機可選配含碳量較高的軋輥。矽和錳一般不作合金元素考慮。它們一部分是由原料帶入的，一部分是為了脫氧和脫硫的目的而加入的。鉻是最重要的合金元素。作為強的碳化物形成元素，鉻促使未溶碳化物的量及硬度上升，利於提高耐磨性；鉻也固溶於基體相中，起強化作用，並增加鋼的淬透性。當含常規鉻量時，輥身最大淬透深度為15mm。含鉻3%或更高(半高速鋼)的冷軋輥業已問世，有些是為了改善韌性和耐磨性，有些是為了獲得深淬硬層。鉬與鉻的作用相似，軋件在輥縫中變形時伴隨有很高的變形熱，鉬兼起軋輥的高溫強化作用。釩用來細化晶粒。視淬火溫度的高低確定其用量。偶爾也選用其他合金元素，如鎳，矽，鎢等。
金相組織 冷軋輥輥身淬硬層的金相組織為：含少量殘餘奧氏體的馬氏體基體上分布有一定數量的淬火未溶碳化物；在光學顯微鏡下馬氏體呈隱晶狀或細針狀；由於回火溫度很低，馬氏體無明顯回火現象；在電子顯微鏡下，既能看到馬氏體孿晶，也能看到馬氏體板條，但以孿晶馬氏體為主；只有在較低的淬火溫度或高的鉻量下才能出現少量板條馬氏體。
伴隨馬氏體相變的應變能對馬氏體相變動力學有決定性的影響，一部分母相(奧氏體)殘留下來形成殘餘奧氏體。殘餘奧氏體作為不穩定相和塑性相，在服役過程中將部分地發生轉變或加工硬化，從而增大內應力，損害使用性能。不發生這些變化的殘餘奧氏體仍有利於淬硬層的韌性。殘餘奧氏體的含量一般控制在5%～10%。
冷軋輥鋼中的碳化物顆粒為(Fe，Cr)3C，鉻高時可出現部分(Fe，Cr)7C3。碳化物顆粒的尺寸約l～3μm，數量約5%～10%。
硬度 硬度是決定金屬磨損行為的重要參數，工程上被視為輥身工作層的首要性能指標。軋輥只有輥身工作層是被淬硬的，若不加註明，即指輥身硬度。軋輥硬度通常用肖氏硬度計測量。冷帶鋼軋機工作輥硬度約90～95HS；平整輥硬度約95～100HS。箔材輥硬度約61～64HRC。軋輥硬度受輥身殘餘壓應力影響，殘餘應力越高，硬度值越高。因此，負荷小的軋機軋輥硬度較高，事故率高的軋機應選硬度較低的軋輥。輥頸硬度通常只有30～50HS，但隨軸承結構的改變，有些冷軋輥已要求輥頸淬硬，輥頸淬火硬度一般在80HS以下。
強度 輥身芯部和輥頸等不直接與軋件接觸的部分起傳遞軋制力的作用，其首要性能是強度。若不加註明，軋輥強度即以下輥輥頸強度為準。冷軋輥的強度取決於淬火前的預處理。只進行球化預處理者強度約600MPa；進行正火預處理者強度約950MPa；進行調質預處理者強度約1050MPa。
製造工藝 冷軋輥製造過程的主要環節有熔煉、鍛造、熱處理、加工和檢驗。
熔煉 冷軋輥用鋼須根據對清潔度的要求選擇其熔煉方法。常用的熔煉設備有鹼性電爐、酸性平爐、真空鑄錠設備。可採用二次冶金方法來提高鋼液清潔度，如電渣重熔或將自耗電極進行真空熔煉。視生產廠的設備條件，也可採用其他爐外精煉方法進行鋼液的脫氣、脫硫、去除夾雜和成分細調。鋼錠宜採用多角波面大頭向上的錠型。
鍛造 鋼錠脫模後應熱送到鍛壓車間鍛成輥坯。鍛造不僅使軋輥獲得基本形狀，使粗大的鑄態組織，尤其是粗大網狀碳化物被破碎，而且使鋼錠中的偏析和空隙性缺陷，如縮孔、疏鬆、微裂等也大幅度減輕。組織的細化、均勻化和緻密化帶來的好處不僅是力學性能(強度、韌性為主)的改善，也為隨後的劇烈淬火準備了組織條件。鍛造一般採用水壓機自由鍛工藝。鑒於小錠鍛件的質量優勢，宜以一個錠鍛一根軋輥。工藝上主要的控制參數是溫度、砧型和鍛造比。鍛造溫度偏高時易內裂；溫度偏低時擴散效果差，鍛後緻密度低，為了鍛透，有時也採用表面降溫後壓實中心的方法。從輥身工作層組織考慮，最後一火要給輥身一定變形量，即要照顧到輥身的終鍛溫度。砧型應利於金屬軸向流動，因此常用V型砧，尤其是下砧。砧面尺寸影響延伸從而影響鍛件質量：延伸小，不易鍛透；延伸大，又易鍛裂。
鍛造冷軋輥要有足夠的鍛造比，一般應大於3。為此，鋼錠切去頭尾、壓把和倒棱後應先預墩粗，然後拔長。拔長時，除須控制壓下量，避免鍛不透或鍛裂外，還應始終保持鋼錠中心線與成品的同軸性。應根據來料(鋼錠)的成分、錠型和鍛件尺寸制定和最佳化鍛造工藝，使鍛件的結構和性能達到最優。很小的軋輥可直接採用軋坯製造。
熱處理 輥坯鍛後應直接裝爐退火。慢冷後基體組織為片狀珠光體，而碳化物仍以網狀形式析出。如果鍛坯不作為商品出廠，也可按正火方式冷卻，使碳化物網斷開，經等溫退火可得粒狀珠光體基體。必要時，退火最後階段還要使氫充分擴散。為了消除鍛坯的網狀碳化物和使基體球化，先進行正火，然後再進行球化處理，有時可簡化成正火加高溫回火，如果鍛坯的碳化物已呈斷續狀，就可以直接進行球化退火。大軋輥正火時，要採取特殊冷卻措施。
粗加工後的軋輥須進行調質處理。調質的目的是先把軋輥芯部和輥頸處理到要求的強度和硬度，並為輥身的最終淬火作好組織準備。如果強度要求不高，也可不經調質而直接淬火。調質時用油冷或噴霧冷卻。噴霧冷卻可使軋輥調質深透。
淬火 是冷軋輥最重要的熱處理作業。早期使用的是輥頸加套保護後的整體加熱淬火方法。隨著加熱技術的進展，大多採用中頻或工頻感應加熱。這種感應加熱可以是單頻的或雙頻的，可以是整體式的也可以是移動式的。還可用火焰實現快速加熱。淬火冷卻用高壓水，淬後還要續冷一定時間。淬完火後要及時進行低溫回火。要求殘餘奧氏體含量很低的軋輥，在回火前還要增加冷處理工序。有中心孔的冷軋輥進行淬火時，孔內也應通水，以加速芯部散熱。
加工 輥坯退火後先進行粗加工。為減小淬裂的危險性，冷軋輥經常設計成帶中心孔的。此時，應注意中心孔表面加工質量，以免使用時因中心孔疲勞而引起損傷。如果氫量和殘餘應力控制恰當，可以不留中心孔。加工餘量應這樣考慮；不能在最終產品上留下脫碳層；不能留下不利於淬火的缺陷；不能給精加工留下過多的加工餘量；要使淬火後的磨量儘可能小。精加工和磨削分別在淬火前後進行。冷軋輥對尺寸精度、同心度和粗糙度都有較高的要求。此外，淬火後的軋輥有很高的殘餘應力，磨削時應仔細選擇砂輪和磨削參數，以免造成磨削裂紋。軋輥加工應使用專用工具機，並應儘量採用數控工具機。
檢驗 除了常規材料檢驗外，冷軋輥要通過一系列產品檢驗項目。加工精度的檢驗依常規方法進行。軋輥的硬度測量包括3項指標，即硬度(平均硬度)、硬度均勻性和硬度隨深度的分布。常規檢測指前兩項。用肖氏硬度計測量軋輥硬度時，要依規定的檢測條件，尤其是測點數目、每點測量次數、平均值和均勻性的計算方法。用其他類型硬度計測量時，要事先規定所用的硬度換算表。
軋輥的無損檢測通常用超音波探傷儀進行。冷軋輥探傷標準中通常把輥身依受力情況分成表面區、中心區和中間區，然後依斷裂力學原理分別規定各區允許存在的缺陷的臨界尺寸。探傷工作者應具備軋輥製造知識，以便於判定缺陷性質，同時還應兼有軋輥使用知識，才能估計這些缺陷是否可能在具體使用條件下引發服役損傷。
冷軋輥的殘餘應力是由淬火冷卻過程中變形不協調引起的。淬火冷卻過程溫度變化激烈，外層在短時間內就轉入彈性狀態，於是在冷卻後期阻礙芯部的彈性收縮，造成外層受壓、芯部受拉。淬火過程還有相變應力，即外層馬氏體相變，比容增量大，內層珠光體相變，比容增量小，使外層壓應力增加。外層的殘餘壓應力是軋輥附加硬度的來源；而芯部的拉應力則使軋輥破壞的危險性增大。殘餘應力對冷軋輥的影響是多方面的，涉及硬度、耐磨性、抗接觸疲勞性能、強度(包括芯部抗拉和表面抗壓痕性)、疲勞強度、抗熱裂性以至噴丸後的表面粗糙度。殘餘應力的測定不屬於常規檢驗。表面殘餘應力用X射線法測量。測體內殘餘應力分布時需破壞軋輥，在殘餘應力逐漸釋放的過程中用應變儀或X射線法測定。
維護 包括軋輥的中間修磨、打毛和重淬火。
中間修磨 冷軋輥中間修磨時應除盡上一輪服役後留下的表面裂紋。新型的渦流探傷設備可以裝在磨冷Ieng床上隨時監測殘餘裂紋是否磨盡，既可使修磨量控制在最佳水平上，又可以大幅度避免軋輥剝落事故。
打毛 有些帶鋼產品要經深沖、掛漆或成卷退火，軋制時就在成品軋機和平整機採用毛面軋輥。傳統的打毛方法是噴丸。噴丸後的表面粗糙度取決於丸粒品質、丸粒和軋輥的速度參數以及噴丸道次。(見軋輥表面打毛)電脈衝打毛和雷射打毛都是較新的打毛方法。同噴丸相比，電和雷射脈衝方法可以更準確地控制粗糙度。
重淬火 冷軋輥在淬硬層用完但仍未到最小輥徑時可重新淬火。重淬火前須先回火以消除應力並使半馬氏體區充分回火。重淬火輥的組織和力學性能一般不如新輥，故確定淬火參數時應使其保持較低的淬火應力。
其他品種的冷軋輥 離心鑄造的高鉻鑄鋼軋輥(見高鉻軋輥)已被謹慎地用於帶鋼冷軋。鑄造輥的優點是製造工藝簡單，不需要重淬火，軋制量高。鑄造輥適宜在事故少、軋制穩定的軋機上使用。
平整機工作輥、六輥和八輥軋機的中間輥和偏輥所用的材質同四輥軋機工作輥屬同一類型，即經鍛造和淬火的高碳鉻鋼。此種材質也被用於矯直輥和其他輔助輥類。
森吉米爾軋機(見鋼及合金箔生產)工作輥用高碳高鉻冷作模具鋼或高速鋼製造；中間輥用中合金的冷作模具鋼製造。
硬質合金軋輥在冷軋領域主要用於鋼絲壓扁，生產扁鋼絲或遊絲。鑒於硬質合金的高硬度和耐磨性，硬質合金軋輥可以軋出高精度和高表面質量的軋材，故也適於軋制箔材。
