轧辊是轧制生产的重要部件，其表面的使用性能直接影响到轧辊的使用寿命。激光合金化是一种有效的轧辊强化工艺。在轧辊表面激光合金化中，铁基、镍基合金及硬质合金堆焊材料一直得到广泛的运用。当前轧辊激光合金化材料的选择仍然面临着一些问题：主要是材料的选择种类偏少，没有专门设计的适用于激光合金化工艺的材料，且目前使用的材料普遍无法满足热轧辊表面在高温下的使用性能，合金层的剥落与开裂始终较为严重。这些都极大的影响了轧辊表面激光合金化技术的发展。因此，设计开发一种适用于当前激光工艺的热轧辊修复材料显得十分重要。本文研究设计出一种新型的钴基高温合金粉末材料。粉末以Co元素为主，根据合金化层固溶强化及碳化物强化等机理，结合钴基合金材料设计的一般原则，在合金粉末中添加适量的WC、Cr3C2、Cr、Mo、Si、B、Ni等微纳颗粒，通过相计算法来控制有害相的析出，确保粉末配方的平均电子浓度在合理范围，结合后续实验分析，证明了粉末配方的合理性，并命名为Co-Cr3。采用实验室自主研发的环形光光内送粉喷头及机器人控制系统，调整工艺参数，在球墨铸铁表面得到了低裂纹率，无气孔的表面合金化层。分析试样表层微观组织结构：由表及里依次可分为三个组织结构互异的区域：熔化区、热影响区、基体区。熔化区的组织是具有定向特征的枝晶组织，分布致密均匀。结合EDS与XRD分析，枝晶上相组成为多种碳化物，包括（Cr，Fe）7C3，（Cr，Fe）23C6等，枝晶间是渗碳体相Fe3C、马氏体及奥氏体固溶体的混合组织。热影响区组织为少量球状石墨、马氏体及残余奥氏体组织Co-Cr3合金化层显微硬度分析表明，常温下合金化层的横向平均显微硬度为711.7HV0.5，纵向平均显微硬度为707.9HV0.5，无局部硬度突变，为球墨铸铁基体硬度的两倍，且硬度分布相比于碳化硼合金层更加均匀；进一步分析，合金化层的横向及纵向硬度值分布规律与其组织结构分布规律是一致的，在重熔搭接区虽然出现了硬度的下降，但是降低幅度很小，整体硬度及使用性能依然维持较高的水平。Co-Cr3合金化层摩擦磨损试验分析表明，常温、480℃及800℃下，合金化层的平均摩擦系数分别为0.345、0.342和0.259。且在800℃下，球墨铸铁基体与碳化硼涂层的磨损量分别为Co-Cr3合金层的7.56倍、3.54倍，使用Co-Cr3预涂合金后的轧辊表面具有较好的减磨耐磨性能。将Co-Cr3合金运用于沙钢冶金热轧辊激光合金化，取得了显著的效果：一是提高了单槽轧制量，轧辊的平均单槽轧制量相比碳化硼合金提高了一倍以上；二是提高了轧机的工作效率，使用Co-Cr3材料合金化后，轧辊的高温耐磨性增强，合金层开裂及剥落得到缓解，整体使用寿命提高了一倍左右，大幅度减少了换辊的次数，提高了轧制生产的效率，这也进一步验证了本实验工艺及粉末配方的合理性。