Самоходная установка ИСУ-152К являлась модернизированным вариантом серийной самоходной установки ИСУ-152, на которой были проведены мероприятия второго этапа модернизации с целью дальнейшего повышения ее БТХ. Модернизация проводилась на ЛКЗ в 1955-1958 гг. при проведении капитального ремонта этих самоходных установок. В результате второго этапа модернизации на самоходной установке ИСУ-152К по сравнению с ИСУ-152М в полтора раза был увеличен боекомплект к основному оружию (30 вместо 20 выстрелов), в 1,65 раза повышен запас хода по проселочной дороге за счет увеличения емкости внутренних топливных баков. Кроме того, была повышена надежность эксплуатации машины за счет введения ряда более совершенных агрегатов, узлов и приборов. Многие из вновь введенных агрегатов и узлов были унифицированы с одноименными агрегатами и узлами танков Т-10, Т-54 и ПТ-76.
Новая компоновка отделения силовой установки с более компактной эжекционной вместо вентиляторной системой обдува радиаторов повлекла изменение конструкции крыши корпуса. Рабочее место механика-водителя отличалось от рабочего места механика-водителя ИСУ-152М наличием указателя спидометра, установкой автомата ППО, рычага управления заслонками эжекторов, отсутствием топливных баков и расположением воздушных баллонов. Спинка сиденья механика-водителя была легкосъемной. Педаль главного фрикциона была перенесена вправо на 70 мм, что обеспечило механику-водителю более удобное пользование ею. Боевое отделение ИСУ-152К отличалось от боевого отделения ИСУ-152М увеличенным количеством боеукладок, расположением котла подогревателя, и размещением части комплекта ЗИП.
Гаубица-пушка МЛ-20С была оснащена монокулярным телескопическим прицелом ПС-10 с шестикратным увеличением, который обеспечивал прицельную стрельбу прямой наводкой на дальностях до 3800 м, и панорамным прицелом для стрельбы с закрытых огневых позиций на дальностях до 13 000 м. Углы горизонтальной наводки гаубицы-пушки находились в пределах 11, углы вертикальной наводки составляли от -2°30'- 3°30' до +18-22°. Вместо ленточного стопора со съемным кронштейном и винтовых стопоров, фиксировавших орудие в горизонтальной и вертикальной плоскостях, устанавливался более удобный стопор новой конструкции, обеспечивавший жесткую фиксацию орудия по направлению и вертикали за меньшее время. Вспомогательным оружием самоходной установки являлся 12,7-мм пулемет ДШК обр. 1938/46 г.. устанавливавшийся в ЗПУ. В комплект ИСУ-152К также входили два 7,62-мм автомата АК-47, 26-мм сигнальный пистолет и 20 ручных гранат Ф-1. Пулемет ДШК был смонтирован на турельной установке, расположенной над люком заряжающего в крыше боевого отделения. При стрельбе из пулемета по воздушным целям использовался коллиматорный прицел К10-Т, по наземным целям - прицельная рамка.
Боекомплект к гаубице-пушке состоял из 30 выстрелов раздельно-гильзового заряжания с бронебойными БР-540. БР-540Б и осколочно-фугасными ОФ-540 снарядами. Первая небольшая партия ИСУ-152К была выпущена с укладками старого образца, где можно было закреплять только снаряды БР-540 и ОФ-540. Снаряды размешались в трех укладках на левом борту боевого отделения, гильзы с зарядами - на правом и левом бортах и под пушкой. Боекомплект к пулемету составлял 300 патронов, к автоматам - 600 патронов.
Противоснарядная броневая защита машины модернизации не подвергалась. Была введена защита боевого отделения от проникновения пыли и свинцовых брызг внутрь машины через зазор между стволом пушки и подвижной бронировкой, а также через отверстие прицела для стрельбы прямой наводкой. На подвижную бронировку был приварен цилиндрический кожух из броневой стали. Внутри него проходил ствол пушки. На переднем конце кожуха был закреплен кольцом войлочный сальник. Отверстие под прицел ПС-10 было выполнено в защитной втулке, вваренной в бронировку с некоторым выходом за наружную поверхность.
Самоходная установка ИСУ-152К была оснащена автоматической углекислотной установкой для тушения пожара в отделении силовой установки (аналогичной системе ППО танков ПТ-76 и T-10). Два углекислотных баллона ППО были установлены в отделении управления справа от распределительного щитка в специальных хомутиковых укладках. При возникновении пожара ППО приводилось в действие автоматически или от кнопки ручного включения, установленной на автомате ППО. Кроме того, в отделении управления устанавливался ручной углекислотный огнетушитель ОУ-2. На верхнем кормовом листе корпуса машины устанавливались две дымовые (аэрозольные) шашки БДШ с новыми механизмами их сброса с помощью пиропатронов ПП-3.
В отделении силовой установки вдоль продольной оси машины устанавливался V-образный двенадцатицилиндровый дизель В-54К мощностью 382 кВт (520 л.с.). В отделении силовой установки размещались шесть топливных баков емкостью 920 л, объединенных в левую и правую группы. Снаружи машины на крыше корпуса находились четыре топливных бака емкостью по 90 л каждый. Два бака из четырех наружных топливных баков были подключены к топливной системе. Запас хода ИСУ-152К по шоссе достигал 500 км. В системе воздухоочистки были применены два инерционных воздухоочистителя с закрытой масляной ванной и эжекционным удалением пыли. Ёмкость системы смазки двигателя была увеличена с 90 до 125 л. и в се состав были введены два радиатора, однотипных с теми, что устанавливались в танке Т-10. В жидкостной системе охлаждения двигателя были введены расширительный бачок и два пластинчато-трубчатых радиатора. Агрегаты трансмиссии и приводы управления были такими же, как на танке ИС-3. Для обеспечения требуемого температурного режима коробки передач в состав трансмиссии была введена циркуляционная система охлаждения. Конструкция трансмиссии незначительно отличалась от трансмиссии базовой машины. Основные изменения касались устройства главного фрикциона, который не имел окон для удаления пыли, образовывавшейся в процессе износа дисков трения. Конструкция узлов ходовой части была такой же, как у тяжелого танка ИС-3.
В систему электрооборудования был введен генератор Г-731 мощностью 1,5 кВт, вместо генератора ГТ-4563А мощностью 1,0 кВт. Аккумуляторные батареи бСТ-128 были заменены двумя батареями 6СТЭН-140М большей емкости. Рабочие места командира и механика-водителя были оборудованы световой сигнализацией, улучшавшей взаимодействие командира с механиком-водителем во время движения ИСУ-152К. У люка командира был установлен пульт с двумя кнопками, а на щитке контрольных приборов механика-водителя располагались две сигнальные лампы - «Правый поворот» и «Левый поворот». Незначительные изменения претерпела и наружная световая сигнализация. Габаритные фонари были заменены новыми фонарями с улучшенной герметичностью. Кронштейн фары обеспечивал ее регулировку по высоте и направлению. Были введены защитные ограждения и чехлы на фару и звуковой сигнал, внутренний звуковой сигнал был упразднен. Впоследствии на машине устанавливались две наружные фары ФГ-125 с ИК-фильтром и ФГ-127 со светомаскировочным устройством СМУ. На машине были установлены радиостанция Р-113 и танковое переговорное устройство Р-120 на пять абонентов. На части машин в последующем радиостанция Р-113 была заменена на радиостанцию Р-123 с ТПУ Р-124.
В период с 1955 по 1963 гг. с использованием узлов и агрегатов ИСУ-152К были созданы, приняты на вооружение и в производство на ЛКЗ небронированные стартовые агрегаты «Объект 803» и «Объект 810».
Технические характеристики САУ ИСУ-152К
Боевая масса - 47,2 т;
экипаж - 5 чел.;
вооружение: 152,4-мм гаубица-пушка МЛ-20С, пулемет - 12,7 мм;
броневая защита - противоснарядная;
мощность двигателя - 382 кВт (520 л.с.);
максимальная скорость - 40 км/ч.
